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浅谈啤酒系统中的制冷节能技术

来源: 制冷快报 2012-08-20 16:27:41
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[导读] 摘要:我国一直在提倡建设节约型社会,节能降耗成为社会关注的焦点。作者在实际工作中参与了一些啤酒制冷系统的设计,总结出了一些当前在啤酒制冷系统上应用较广的节能技术,希望能

 摘要:我国一直在提倡建设节约型社会,节能降耗成为社会关注的焦点。作者在实际工作中参与了一些啤酒制冷系统的设计,总结出了一些当前在啤酒制冷系统上应用较广的节能技术,希望能够起到抛砖引玉的作用,以便同行们在以后的啤酒制冷系统设计中可以借鉴使用,为我国啤酒啤酒行业的节能技术多提出一些建设性的建议。

  关键词:啤酒、节能、制冷

  一、前言

  节约资源,是当前和今后相当长时期内我国经济社会发展必须面对和解决的重大课题。为了促进我国经济社会又好又快发展,需要我们认真研究分析节能面临的形势,积极探索节能新的途径和办法。

  冰轮作为国内制冷行业的排头兵,也积极地探索分析节能途径。作者一直在冰轮负责制冷系统在啤酒行业的应用,主持设计了大量的啤酒制冷系统,从中总结出了一些节能技术,与各位同行一起分享,一起探讨。

  二、内容

  1、选用内容积比可调的制冷压缩机组

  众所周知,在啤酒生产工艺中,蒸发温度基本是恒定的,但是冷凝压力会跟随气温的变化在0.7~1.4MPa之间波动,外压力比会一直不断的变化;而压缩机只有在内压力比与外压力比一致的条件下,才能发挥出最大的制冷效率。因此,在制冷主机的选型中,应尽量采用内容积比自动可调的螺杆压缩机组,这样才能保证系统运行过程中内、外压力始终保持大致相等,避免额外的能量损失,使压缩机始终保持较高的制冷效率,节省了能源。

  2、系统合并,实现制冷机满负荷运行

  啤酒生产工艺的用冷需求是间歇式的,产量也有淡旺季之分,而压缩机在满载状态下运行效率是最高的。在产量高峰期时需要三台压缩机同时运行(仅是举例说明),而产量在低谷时,一台压缩机运行可能也达不到满负荷。因此根据啤酒厂生产用冷特点,在制冷系统的设计中,就必须要考虑在不同的负荷状况下,尽可能减少压缩机的运行台数,尽量保持压缩机在满负荷状态下运行,发挥其最大的工作效率。在系统设计时,我们对制冷系统应适当地合并,并在不同蒸发温度系统的压缩机之间增设过桥,以保证在不同负荷状况下能够灵活地调配制冷压缩机的开启,减少压缩机启用台数,提高压缩机的使用效率。

  3、采用氨液直接冷却

  氨液直接冷却要比载冷剂间接冷却更加节能。现在许多新建的啤酒厂,发酵罐的冷却已有过去采的载冷剂间接冷却改变成了现在的氨液直接冷却的方式。

  下面以某一年产20万吨啤酒厂中发酵倒罐为例,进行氨液直接冷却与载冷剂间接冷却的经济性分析:需冷量580Kw,麦汁由+12℃降至-1℃。

对比项目

对比内容

采用氨直接冷却

载冷剂间接冷却

压缩机性能参数

运行工况:-4℃/+35℃工况,

选用LG20BMY 一台

制冷量:970KW

轴功率:196.1KW

COP=制冷量/轴功率值:4.95

蒸发温度比氨直接蒸发低5℃

运行工况:-9℃/+35℃工况,

选用LG20BMY 一台

制冷量:792KW

轴功率:192.7KW

COP=制冷量/轴功率值:4.11

压缩机运行费用估计

满负荷运行时

假设全年满负荷运行280天,每天运行10小时,电费计算:假设峰谷与峰底电价均价1则有全年耗电:

580×(196.1/970)×280×10×1=328315元

满负荷运行时

假设全年满负荷运行280天,每天运行10小时,电费计算:假设峰谷与峰底电价均价1则有全年耗电:

580×(192.7/792)×280×10×1=395132元

制取设备

1、利用板换一次换热,即可得到-1℃麦汁

2、板换一侧为氨工质,另一侧为麦汁

1、利用板换一次换热获取低温载冷剂,再利用一个板换二次换热获取-1℃麦汁
2、一个板换一侧走氨工质,一侧走载冷剂,另一个板换一侧走载冷剂,一侧走麦汁
3、增加了载冷剂系统,增加了水泵和贮液器,水泵增加了电运行费用。

制冷设备价格

一次性投资仅需要一个氨分板换即可。

一次性投资需要一个氨分板换装置、一个板式换热器,一个封闭的载冷剂系统的贮罐、管路、阀门、载冷剂的费用。 

操作、维护

系统自控元件仅一套即可。控制简单,数据的输入点少,控制的参数少。

系统自控元件需两套。数据的输入点多。控制的参数多。

  从以上分析,采用氨直冷比采用载冷剂间接冷却的设备一次性投资少,系统地运行费用节省,控制的参数点少。

  4、蓄冷技术的应用

  蓄冷技术作为一项重要的能源利用技术,从古至今都得到大家的青睐,古人就会将冬天的冰贮存起来留到夏天的时候再使用;糖化过程中的制冰水系统,冰水为间歇式使用。因此只要在系统中设置一个容积足够的冰水罐,利用夜间电价波谷期间来制备冰水,贮存起来以备白天使用,因此白天不制冰水或少制冰水仍然能够满足生产需要。一方面对用电起到“移峰填谷”的作用,节省运行费用;另一方面夜间环境温度也更有利制冷机组运行,提高了制冷系统的运行效率。

  5、水泵采用变频技术

  如果发酵罐采用载冷剂间接冷却,则载冷剂水泵最好采用变频技术。因为发酵罐的温度在不同的时间段内控制的温度点不同,需要的载冷剂流量也不同;水泵节能离不开工况点的合理调节。其调节方式不外乎以下两种:一种是管路特性曲线的调节,如关阀调节,但会损失水泵的功;另一种是水泵特性曲线的调节,如水泵调速、叶轮切削等。在节能效果方面,改变水泵性能曲线的方法,比改变管路特性曲线要显著得多。因此,改变水泵性能曲线成为水泵节能的主要方式。而变频调速在改变水泵性能曲线和自动控制方面优势明显,因而应用十分广泛。

  6、制冷系统的全自动控制

  制冷系统实现自动控制,可以稳定产品质量、啤酒口味,节约能源,降低生产成本,减轻操作人员的劳动强度等等。随着国内制冷行业技术的进步发展,制冷系统实现全自动控制已是成熟的工业技术。目前,大多新建的啤酒厂都采用自动控制的模式。

  啤酒行业的制冷系统设计的总体思路为自动控制,运行时具有手动、自动两种控制方式选择。自动控制方式是由系统可编程控制器PLC进行系统总的协调控制,各设备(制冷机组、蒸发式冷凝器、冰水冷却器、氨分板换装置等)根据运行参数进行自身调节,同时系统留有通讯接口,可将运行状态信息送至公用工程监视中心,在监视中心显示其状态,并可实现启停控制。

  控制系统的下位采用PLC进行监控,上位采用一台运行组态软件的工控机,上位下位之间通过进行网络连接。每台氨螺杆制冷压缩机既可以在不影响其他周边设备的情况下对本制冷机组进行状态显示、工况设置、参数修改、个体控制,即下位机之间、上下位机之间不会产生干扰,自成独立体系,也可以通过现场总线将数据连到上位机,响应上位机的指令、监控。

  蒸发式冷凝器可以根据系统的排气压力自动判断蒸发冷水泵的开启台数。首先蒸发冷检测系统的排气压力,然后与设定值相比较,来确定蒸发冷风机的开启台数,以此来维持排气压力处于设定的正常范围之内。

  7、系统中设置自动型空气分离器

  在制冷系统中,空气的存在对系统的正常运行有很大影响,它使系统的冷凝压力升高,压缩机的能耗增大,系统运行费用增加。特别是在炎热的夏季,空气的存在甚至可能使得冷凝压力过高而造成系统无法正常运行。

  系统中设置一台能自动运行并连续不断的将不凝性气体从制冷系统中分离并排出系统的多点自动空气分离器设备,对降低制冷系统冷凝压力,维持系统在最经济性的状况下运转起到至关重要的作用。

  8、选择高效换热器,提高换热效率

  换热器的换热效率是影响制冷系统运行效率的一个重要因素。糖化系系统中冰水的制取应该选择板式换热器,一方面考虑到冰水是做为原料水加入到糖化锅中,要保证水质;另一方面是可以提高蒸发温度,提高制冷效率。发酵系统载冷剂的制取,可以采用板式换热器,也可以采用蒸发器;当选用蒸发器时,应选用高效虹吸式蒸发器,此种蒸发器的换热面积比普通的满液式蒸发器面积大大减小,但是效率却较高,降低了厂家设备成本,减少了设备投资费用。

  三、结束语

  节能技术将是制冷系统中的是一个永恒的话题。随着我国啤酒行业的迅速发展,其在制冷方面的能耗也越来越大。本文是作者多年在啤酒项目设计中取得的一点成功经验,希望同行们一起来关注、研究节能技术,在啤酒制冷系统的节能领域做出新的贡献。 

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