屠宰廠冷凝熱回收及高溫?zé)岜脽崴到y(tǒng)的應(yīng)用

作者：魏洪生 朱世龍 孫鐵軍 發(fā)布于：2021-04-03

南京雨潤(rùn)食品集團(tuán)近幾年發(fā)展和擴(kuò)張迅速。生豬屠宰公司遍布全國(guó)各地，企業(yè)規(guī)模分為大、中、小型肉食品屠宰工廠。目前一些小型屠宰項(xiàng)目，處于一種產(chǎn)能不穩(wěn)定的狀態(tài)。有時(shí)日生豬屠宰量一般在1000頭以下，屠宰時(shí)間分為兩段或以上。從而導(dǎo)致水、電、蒸汽的頭豬能耗過(guò)高(涉及相關(guān)機(jī)密，這里不公布相關(guān)數(shù)據(jù))。尤其是蒸汽鍋爐的使用效率低，為解決分段式熱水需求，進(jìn)行氨制冷系統(tǒng)冷凝熱回收及空氣能熱泵熱水系統(tǒng)的應(yīng)用。

1 工程概況

1.1 南京雨潤(rùn)食品集團(tuán)某分公司屠宰車間熱水需求

本屠宰車間按一天最多屠宰1000頭生豬計(jì)算，一天最多屠宰兩次．第一個(gè)時(shí)間段：凌晨1點(diǎn)至早上5點(diǎn)(4h)，第二個(gè)時(shí)間段：中午12點(diǎn)到13點(diǎn)(1h)。設(shè)計(jì)需保證每個(gè)小時(shí)高峰最大屠宰量300頭豬用熱量要求。

用水場(chǎng)所分兩個(gè)地方。

第一個(gè)地方：屠宰浸燙槽(長(zhǎng)寬尺寸12mX2m，槽高0.85m，槽水深0.6m)，一般晚上12點(diǎn)前把18t65℃的熱水放進(jìn)水槽，當(dāng)豬進(jìn)入浸燙槽后水溫會(huì)下降(根據(jù)水溫間斷補(bǔ)充75~90℃的高溫?zé)崴?/span>)，使水溫達(dá)到61~62℃設(shè)計(jì)要求(晚上12點(diǎn)至早上6點(diǎn))，中午12點(diǎn)屠宰延用早上的水浸燙(中午12點(diǎn)到1點(diǎn))。一般一天換一次水，換水量為18~20t。

第二個(gè)地方：早上7點(diǎn)和下午2點(diǎn)工人下班后要用熱水清洗機(jī)器和地面，還有工人白天和晚上下班時(shí)洗澡用熱水，每天設(shè)計(jì)12~15t。

特別要求：

(1)每天高溫?zé)崴欢ㄒＷC(采用雙熱源或者備用設(shè)備)；

(2)生豬浸燙池水溫一定要保證61~62℃ 。

1.2 熱水需求量

滿足熱水同時(shí)最大需求量：系統(tǒng)每日供熱水約32t(32000kg)。

1.3 熱水需求熱量

根據(jù)公式：Q=C×M×△T(按冬季進(jìn)水溫度10℃，出水溫度55℃計(jì)算)。

Q=Cmδt

 =1.163×32×(55-10)=1674.2(kW)

1.4 制取穩(wěn)定熱水工作原理

新建工廠最初設(shè)計(jì)為天然氣2T蒸汽鍋爐兩臺(tái)，每班次至少需要鍋爐操作工兼水處理工一名。土建鍋爐房，軟化水處理設(shè)備一套。建天然氣工作調(diào)壓站，且當(dāng)?shù)靥烊粴夤疽竺刻煊脷饬啃柽_(dá)到一定的立方數(shù)。為滿足兩次浸燙用熱水和工人生活用熱水，需要多次啟動(dòng)鍋爐運(yùn)行，鍋爐的使用效率低，熱效率低，能耗較高。

根據(jù)多個(gè)不同需求的熱水和使用的時(shí)問(wèn)差，現(xiàn)設(shè)計(jì)2個(gè)獨(dú)立的熱水系統(tǒng)，3種不同加熱方式，設(shè)定好溫度要求、時(shí)間繼電器全自動(dòng)控制，具體方案如下。

(1)氨機(jī)組高溫排氣熱回收。

此屠宰車間制冷系統(tǒng)總共有8臺(tái)氨螺桿壓縮機(jī)組，氨制冷系統(tǒng)的排氣溫度正常為80~90℃。至少有一臺(tái)在38/-10℃工況下LG20BMY和一臺(tái)在35/-38℃工況下LG20BMYJ同時(shí)運(yùn)行，其排熱量為1456.8KW；利用一臺(tái)不銹鋼臥式殼管式換熱器，按20%的熱回收效率(1456.8kWX0.2=291kW)，每天只需要9~10h就可以滿足55℃熱源需求。具體參數(shù)及計(jì)算如下：

冷媒承壓：≥2.5MPa，換熱面積：12㎡。，換熱管材質(zhì)：316。

換熱管直徑：Φ19，換熱管厚度：2.0mm。

理論換熱量：Q=K×F×△T=3800W/㎡×12㎡×5℃=228kW <291kW。

每天按運(yùn)行9 h核算，228kW×9h=2052kWh>1680kWh 。

其中K值推薦為3400~4000W/m：平均溫差范圍△T=4—6℃。

熱氨氣熱源回收系統(tǒng)主要是依據(jù)氨熱虹吸交換器原理回收氨壓縮機(jī)運(yùn)行中不斷排出的高溫高壓熱源，工藝見(jiàn)圖1。

(2)恒溫?zé)岜孟到y(tǒng)。

空氣能熱泵就是吸收環(huán)境空氣內(nèi)源源不斷的熱量，通過(guò)壓縮機(jī)對(duì)制冷劑做功，將熱量轉(zhuǎn)移至水中，當(dāng)水箱熱水溫度達(dá)到設(shè)定溫度，就自行停機(jī)，在使用時(shí)可由閥門直接開(kāi)啟或由水泵輸送到使用地點(diǎn)。配置有15P高溫?zé)岜脵C(jī)組三組，每套制熱量為54kW，按每天工作10h計(jì)算，能提供的熱源為54×10×3=1620kW．可滿足將熱水加熱到55℃。

根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理，系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)即制冷劑在蒸發(fā)器中通過(guò)相變(液態(tài)一氣態(tài))，吸收空氣中的熱量；進(jìn)入壓縮機(jī)，被輸送到冷凝器中通過(guò)相變(氣態(tài)一液態(tài))，將熱量釋放到進(jìn)入冷凝器中的冷水中，水被加熱成高溫?zé)崴?；直接進(jìn)入保溫水箱；經(jīng)過(guò)相變放熱的循環(huán)工質(zhì)以液態(tài)形式進(jìn)人節(jié)流裝置。經(jīng)過(guò)節(jié)流降壓后再進(jìn)入蒸發(fā)器通過(guò)相變吸熱。循環(huán)工質(zhì)不斷將空氣中的熱量轉(zhuǎn)移到冷凝器中，進(jìn)入冷凝器的冷水不斷加熱成高溫?zé)崴畠?chǔ)存到水箱中供用戶使用。

當(dāng)水箱中的水降溫到一定值時(shí)，機(jī)組自動(dòng)開(kāi)啟，通過(guò)不斷從空氣中吸取熱量，將水箱中的水循環(huán)加熱到設(shè)定溫度。

其工作原理見(jiàn)圖2。

(3)輔助安全電加熱。

高溫電加熱棒15kW，三組，放置在高溫儲(chǔ)水箱中，溫控實(shí)時(shí)開(kāi)停。高溫浸燙槽恒溫系統(tǒng)(95℃恒溫)，用于豬浸燙槽工作時(shí)保持槽內(nèi)水溫恒定在65℃的補(bǔ)水系統(tǒng)。

1.5 系統(tǒng)工藝

采用氨排氣換熱器進(jìn)行熱回收，空氣能熱輔助加熱提升溫度，并采用電加熱提高溫度極限?？紤]機(jī)組穩(wěn)定性，同時(shí)空氣能熱泵作為備用制熱(55~65℃)。高溫部分采用高溫段0.3 kW 時(shí)的谷電進(jìn)行加熱到95℃，使用時(shí)可以與55℃水混合，溫度就達(dá)到65~70℃之間，提供生產(chǎn)用熱水。

1.6 系統(tǒng)原理圖

見(jiàn)圖3。

2 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果及分析

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行情況

(1)COP值高。

冬季環(huán)境溫度-5℃，測(cè)試結(jié)果熱效率為COP=2.5(春、夏、秋季平均環(huán)境溫度20℃ ，測(cè)試結(jié)果熱效率為COP≥3.5)。

(2)防結(jié)垢。

采用SUS316銹鋼管式換熱器，水側(cè)流通截面積相對(duì)較大，且冷卻水在換熱器內(nèi)呈復(fù)雜三元螺旋線運(yùn)動(dòng)，對(duì)水垢起沖刷作用，有效防止結(jié)垢和便于清洗。

(3)綠色環(huán)保。

高溫?zé)岜眉夹g(shù)解決了普通熱泵出水溫度低的問(wèn)題，可以替代供熱鍋爐的使用，減少由于使用燃煤、燃油鍋爐引起的有害氣體的排放，提高大氣環(huán)境質(zhì)量，充分利用可再生資源和節(jié)約常規(guī)優(yōu)質(zhì)能源，更有利于社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，其市場(chǎng)前景廣闊。

2.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

冷凝熱回收及高溫?zé)岜脽崴到y(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用低，而且節(jié)能效益明顯?？諝饽軣岜脽崴畽C(jī)組是由壓縮機(jī)、空氣換熱器、水換熱器、膨脹閥和風(fēng)機(jī)等部件組成，是一種高效集熱并轉(zhuǎn)移熱量的裝置。熱泵把空氣中的低溫?zé)崮芪者M(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)壓縮后轉(zhuǎn)化為高溫?zé)崮埽h(huán)加熱水溫。這種熱泵熱水器具有高效節(jié)能的特點(diǎn)。高溫?zé)岜玫倪\(yùn)行費(fèi)用與燃煤費(fèi)用相當(dāng)；比燃油(氣)費(fèi)用低約40％；比純電耗能設(shè)備節(jié)省50％。

屠宰車間原用天燃?xì)忮仩t蒸汽加熱，一天用天燃?xì)?/span>200m ，天燃?xì)饷苛⒎?/span>5元，每月購(gòu)買天燃?xì)赓M(fèi)用約3萬(wàn)元，現(xiàn)改造成熱氨回收加高溫?zé)岜煤螅芎慕档图s40％，綜合費(fèi)用每月可節(jié)約1.2萬(wàn)元，年度可節(jié)約14.4萬(wàn)元

3 結(jié)語(yǔ)

小型屠宰車間利用冷凝熱回收及高溫?zé)岜脽崴到y(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用，降低能耗，節(jié)約成本，縮小由于產(chǎn)能不足的弊端，從而增強(qiáng)小型屠宰企業(yè)在生鮮肉類加工企業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力，提高市場(chǎng)占有率。