冷库制冷设备及节能

冷库制冷设备及节能节能背景意义冷库是食品冷冻加工、储存与流通的重要设施，在国民经济中占有重要地位。能源是国家经济建设的基本条件之一，节约能源是国家经济建设的长远战略方针。作为耗电大户的冷库，在长期国营企业的体制下，存在大量不重视能源管理与浪费能源的现象，随着能源市场与世界的接轨，特别是我国加入世界贸易组织，任何企业必须与世界各国优秀的企业竞争市场，此时，企业产品的质量和成本将决定一个企业的生死存亡，能源在冷库产品成本中占有重要地位，搞好节能工作将对冷库企业的经济效益提高发挥重要作用。因此分析、研究冷库行业制冷系统耗电情况，探讨制冷系统操作运行中的节能措施与方法，对节约能源、降低冷库企业生产成本，提高经济效益具有现实意义。冷库行业现状冷库行业的现状是:大多数冷库均为国家投资建设，国内冷库的兴建在80年代有一个高潮，但在此期间修建的冷库普遍存在自动化程度低，设备技术陈旧，能耗高效率低，隔热层运行到现在已经老化，跑冷严重。管理更由于受多年的国有体制影响，加上长期低廉的能源价格，使得企业管理粗放，多数冷库都没有能源消耗检测仪表，没有建立能源台帐，能耗成了一笔糊涂帐，以至许多企业能耗占成本费的30%以上。现在冷库行业多数尚未开展对制冷量、耗冷量、单位产品耗电量、单位产品耗冷量、单位冷量耗电量等进行定量分析，即使是在冷库管理比较规范的上海，其能源利用率离冷冻企业上等级也还存在一定差距。冷藏企业耗电考核标准规定:冻结物冷藏单位产品耗电量为0.3kw.h/(t-d);冷却物冷藏单位产品耗电量为0.9kw.h/t;冷冻加工单位产品耗电量为120kw"1。以上海年冷冻加工15万t，冻结物冷藏6500万吨日，冷却物冷藏1400万吨日按表1计算，如果达到冷藏企业上等级标准规定的要求，每年大约可节约用电1467万kw.h，经济效益相当可观。由此可见冷库节能工作还需要更多的努力。表.上琢冷库厅u单也产品后电量Lk加出」U常U工美另、五均单位卢巴耗电量最高亘位立导耗电苣最低亘空立品耗电量冻纣物冷备却物冷本文分,瘙：.S5。.鞭0.17瘙2.150.6?二1E3.75Ud.lBkWy't用二；卜宁恒：析了冷库制冷系统在工程设计、工程施工和运行管理等三个方面的节能措施说明节能方法。、、工程设计1优化设计、提高系统的制冷系统当增加围护结构隔热层的厚度，围护结构、隔热层的传热Ql占冷间总热负荷的20一35%，所以要降低渗入冷间的热负荷主要应从减少围护结构的传热量Q;入手。围护的传热量Ql=KF(tw一tn)a，式中:K与隔热材料的材质和厚度有关，因此，增加隔热材料的厚度是减少Q;的一个有效措施。但是，如果增加隔热层的厚度，土建造价随之增高，库房的有效使用面积也随之减少，所以设计隔热层厚度时，全面权衡制冷工艺设备造价、设备耗电量和土建造价的基础上来确定最佳厚度。在投资允许的情况下，尽量采用分散式供冷方式，冷藏库的冷却方式，现在大都是采用以氨为制冷剂的集中式制冷系统。氨具有可燃性，是有毒气体，所以要集中管理，将所有制冷压缩机和辅助设备集中布置在一个机房内，利用氨泵将所有制冷剂的分送至各冷间蒸发器去。另外一类是以氟里昂为制冷剂的分散式制冷系统，所谓分散式，是指每个冷藏室单独放置一台冷冻机来进行冷却的方式，不设置集中机房。分散式与集中式供冷系统相比有许多优点:(1)制冷工艺设计简单，安装简便、调试方便，便于维修、可靠性高。把制冷装置中的现场施工部份改由工厂预制来代替，因而设计及施工周期大大缩短。制冷压缩机就在蒸发器附近或组合成一体。制冷循环距离短，尤其是回气管路短，管道的阻力损失小、有利于节能。制冷机组小型化，它直接与单间库房组成独立的制冷系统，不受其他蒸发温度的影响，便于库温控制，易达到无人操作的目的。因而在我国冷库建设中，只要投资允许应尽量采用分散式制冷系统。适当地扩大冷凝面积蒸发器面积，为缩小冷凝和蒸发温度的温差，以减少能量消耗，应考虑热交换面积最佳化。即要求冷凝器和蒸发器的面积适当扩大，以提高传热效果，缩小二者温差，使制冷装置的运转能量消耗减少。且应考虑扩大面积的费用不能太高，减少一次性投资。有些国家认为的制冷系统其冷凝和蒸发温度的温差从10一14℃缩小到3-7℃范围，由减少能量消耗补偿这部分扩大热交换面积费用的周期平均为一年半。因此，在我国的冷库设计中，要参考国外资料，适当加大冷凝器和蒸发器的面积，以求最大限度地节育旨。广泛采用自动控制，制冷装置的自动控制主要有两个方面的作用，一方面保护机器设备的正常运行，另一方面保护操作人员的安全。库房的自动调节和蒸发器冷却排管的自动融霜，冷加工、工艺流程的程序控制;制冷压缩机的自动启、停和能量调节，辅助设备的自动控制，可使之制冷量与冷间热负荷相适应，对空气冷却器上的风机采用双速电机，当热负荷较小时，自动转入低速运转以降低电耗等等。总之，对制冷装置实现自动控制，能合理自动调配机器设备，节电效果明显。据有关资料统计，实现自控与手控相比，可节能10-15%。小方面讲冷风幕和门斗的设置，冻结间和低温库温度较低，在工程设计中必须设置冷风幕，并采用行程开关，使冷风幕和冷藏门连锁，在冷藏门开启同时启动冷风幕，隔断库内外联系，减少开门时室外热负荷对冷库库温的冲击。同时增加门斗可以部分减缓冲击。二、工程施工2.1工程施工中冷库制冷系统节能措施冷库土建施工跟一般建筑物最主要的区别在于防潮隔汽保温，因而如何最大限度的杜绝“冷桥”是冷库土建施工中的重点和难点，也是冷库施工中节能的重要一环。根据施工经验，冷库土建施工中吊点、墙柱、楼板、管道及支吊架、锚系梁、地坪等易产生冷桥部位应严格按设计图纸施工，不能疏忽大意，一旦形成“冷桥”，增加冷库热负荷，将后患无穷。另外冷库施工中应注意外墙墙角，采取防范措施，防止出现垂直裂缝破坏防潮隔汽保温层而形成“冷桥”，通常采取以下措施:一是在冷库外墙角处适当配筋，以提高墙角处抗弯强度;二是冷库外墙靠近墙角gm范围内不设置与楼板连接的锚系构件，以卸除墙角两边荷载，减少墙角处弯距;三是墙角做成圆弧过渡。另外，制冷系统投入运行前，应按规定的标准（压缩空气0.6MPa）进行排污。将系统中污物（焊渣、铁锈等）彻底吹除，以免让污物堵塞阀门和造成阀门内漏，影响安全操作、设备检修和有效运行。同时按规定标准（气密性试验高压侧I.SMPa,低压侧1.2MPa,保持24h;抽真空试验真空度8“59Pa,保持12h）进行气密性试验和抽真空试验，防止造成运行中跑冒滴漏现象，增加制冷系统运行费用。三、运行管理运行制冷系统合理匹配运行降低能耗冷库制冷系统蒸发温度的合理确定对节能十分重要。蒸发温度每降低1℃，多耗能3%~4%，提高蒸发温度，即蒸发温度和冷库库温之间温差较小，有利于降低干耗，同时又节省电能。因此必须选定一个合适的蒸发温度。对氨制冷系统而言，一般低温库蒸发温度为一28℃，冻结间和贮存有冰淇淋等特殊商品的低温库蒸发温度一般为一33℃，高温库蒸发温度一般为一10℃，速冻装置蒸发温度一般为一45℃。因此缩小蒸发温度，提高蒸发温度运行，冷藏间设备负荷考虑了每天进货等因素。但实际上，年周转4次的冷藏库，按每天进货5%计算，进货期也只有80多天，一年大部分时间没有进货，因而冷藏间的热负荷远小于设计的热负荷。大多数冷库大部分时间其冷藏间内设备负荷只有设计值的20%左右，根据Q—KF.At这一公式，当Q减少时K变化不大，且F不变;这样就以缩小蒸发温差^，即在冷库库房温度不变时，提高蒸发温度运行。据有关资料介绍，蒸发温度提高1℃可节能2.0一2.5%，同时考虑我国工人运行操作中开、停机的习惯，当设备负荷减少到20-30%时，蒸发温差只缩小50%，按设计计算蒸发温差为At—10℃，就可提高蒸发温度5℃运行可节能10—15%。同时，由于蒸发温差的缩小，可提高冷藏间的相对温度，可以减少干耗损失。2.采用夜间开机运行，如前所述，冷间负荷大部分时间低于设计时负荷，这样除提高蒸发温度运行外，还可采用夜间多运行的操作方式。我国昼夜温度的变化，海洋性气候地区，昼夜的温差约为6一10℃;大陆性气候地区为10一15℃，采用玻璃纲冷却塔和蒸发式冷凝器时，夜间运行冷却水温即降低，冷凝温度也相应的降低，冷凝温度每降低10℃，节能约1.0一1.5%，在上述温度范围内，节能在6一20%以上。3.冷却水系统合理匹配运行，冷库冷却水系统用电，一般约占制冷系统用电的15-25%，而冷库负荷一年变化很大，低负荷运行期长。当负荷变化时，及时合理地调整冷却水泵运行台数，减少冷却水耗电，也是节电的一个途径。我国计算冷凝温度（冷却水与被冷却水的氨饱和温度之差）一般为4一7℃，在冷库负荷大大减少时，保持原来的冷却水量，冷凝温度降低不多，一般在1一2℃以内。因此，在运行时，宜将水泵运行台数和冷库热负荷的变化匹配，使冷却水量等于或稍大于机械负荷对应的冷凝负荷所需的冷却水量即可。制冷机的运转和运行制冷机的运行方式和运转台数应根据冻结量和室外气温变化来调整。有的冻结厂却不管室外气温、冷凝压力、蒸发压力的高低和冷库热负荷的大小，一律采用双级压缩，造成不必要的浪费。合理的方式是，在冻结间或速冻装置刚进货后，其热负荷较大，蒸发压力较高有的高达0.12MPa,其压缩比小于8,应先采用单级制冷压缩，当蒸发压力降下来后，其压缩比大于8时再改用双级压缩制冷运行方式。在环渤海沿岸地区的春秋季节，室外昼夜温差较大，只要符合单级制冷运行条件就可采用单级运行方式，能减少制冷机运转台数就尽量减少，以充分节约能源。制冷系统的维修制冷机的正常维修周期一般为运转8000—10000h，即应进行大维修；运转3000—4000h进行中维修;运转1000h进行小维修。按规定运转时间对制冷机进行检修可以防患于未然。如果对制冷系统不及时进行维修，将造成制冷机等设备各部件摩擦部位间隙超标，缩短了设备的使用寿命，增加润滑油的能量，降低了制冷机的吸排气效率，导致制冷效率降低，相应电耗增加。防止“冻融循环”的危害冷库存在“冻融循环”，既缩短了冷库的使用寿命，又造成保温效果不良而浪费能源。有的冷冻厂缺乏冷库管理和维护常识，在生产淡季停止冻结间降温后就敞开库门，使库温回升到常温，造成“冻融循环”，从而破坏了库体结构的坚固性，使库内墙壁的水泥抹面脱落，地面冻酥，隔热隔汽性能下降，保温材料严重受潮，造成恢复生产时库房降温困难且保温性能下降。按规定低温库房停止使用后，库温仍应保持在一5℃以下，以防库体“冻融循环”。冻结过程风机的节能调节冻结是食品冷加工的主要方式，冻结过程需要的制冷量大大高于冷藏，消耗的能量大，节能潜力也很大。一般来讲，冻结应该是二段冻结，即先预冷后冻结。为了保证良好的传热效果，要求冷空气风速较高，风量大，因而风机的能耗在冻结过程中占了相当比例，减少风机的功耗，一方面减少了风机的能耗，另一方面也减少了制冷系统的负荷，即降低能耗。有两种方法可以减少风机的功耗:其一是调节运行风机的台数，当冻结负荷减少，冻结间中一部分风机可以停止运行。其二是降低风机的转速，风机功率是其转速的三次方，降低转速，使风机的功耗明显降低。降低风机转速需要变速电机或变速装置，需增加投资。调节风机功耗的节能效益，主要取决于冻结间利用率和当地电价，需通过技术经济分析确定。3.2管理冷库管理节能的措施与方法对于已建成的冷库，节能应首先从管理方面去考虑，同时在资金许可的条件下，要尽可能进行技术改造，更换陈旧高耗能设备，并采用自动控制的制冷工艺。目前在多数企业中存在不重视技术改造的现象，使用的设备高耗低效，总认为修设备比买设备少用钱，又因为没有能耗考核，日积月累多耗的能源花费已够更换设备的费用了，因此，在资金许可时，首先要考虑淘汰高能耗设备，同时，在管理方面上入手:严格能源管理，定量考核冷库各耗能部位在现行多数冷库自动化程度较低的情况下，机器设备的匹配、修理等工作多凭借职工的技术水平和工作态度，因此，必须提高职工的技术水平，同时，对单位能耗进行定量管理，促使职工自觉学习生产技能，养成良好的节能行为。要根据工况制订合理的耗能指标，即制定合理的单位产品耗冷、耗电量定额，建立耗能设备档案，根据冷冻加工、冻结物冷藏、冷却物冷藏等产品的产量，考核单位产品耗冷、耗电量，比较实际运行过程和定额的差别，可知运行状态是否经济合理，对不合理的地方进行改进，提高操作、维修、管理水平。制冷操作节能制冷系统是冷库主要耗能部位，也是节能的主要部位，应当注意以下几个方面。附属设备的节能在冷库制冷系统运行时，压缩机一般都有调整，而附属设备却较为忽视它的管理。而实际上运行时更有节能潜力的是附属设备。以某万吨冷库为例，在冷库制冷系统运行时，由于工况不同，主机运行设备总功率为150一370kw，附属设备却几乎都在满负荷运行，总功率约为200kw,附属设备耗电占冷库制冷系统耗电量的57%一35%。因此，管理好附属设备，对于节能工作将起到重要作用。在工作中要注意以下几点:1）不同工况、负荷条件下，合理匹配压缩机、冷风机等设备，防止“大马拉小车”现象引起的能源虚耗。其中又以冷风机所占比例最大，约为38%一23%。仍以某万吨冷