冰蓄冷技术在工业冷冻工艺上的应用

1、概述

     冰蓄冷技术，就是在电力负荷很低的夜间用电低谷期，采用电动制冷机制冷，使蓄冷介质结成冰，利用蓄冷介质的显热及潜热特性，将冷量储存起来。在电力负荷较高的白天，也就是用电高峰期，使蓄冷介质融冰，把储存的冷量释放出来，以满足建筑物空调或生产工艺的需要。

    它最适用于全天间断运行和峰谷负荷差较大的连续运行空调或生产工艺系统，尤其是空调或生产工艺的峰值负荷与电网峰值负荷同步的系统。

    冰蓄冷技术用于空调或生产工艺，可以转移用电高峰，均衡电网峰谷负荷。采用冰蓄冷的空调或生产工艺，它既能避开日间高峰用电，同时又能减少制冷机组、水泵、冷却塔等的数量与装机容量，节省一次性投资。并充分利用电网低谷负荷廉价电力，大大节约运行费用。

   冰蓄冷中央空调技术以其显著的社会效益和经济效益日益受到重视，且已经得到了较为广泛的应用。而其他行业应用冰蓄冷技术的生产工艺系统却相对较少。

    本文是对一个乳品生产工艺系统应用冰蓄冷技术的简要介绍。

1、基本情况

1.1、乳品生产工艺流程

生产工艺流程一：收奶（10-15℃）——冰水冷却（2-4℃）——暂存——版式换热器杀菌（出口43℃）——发酵（43℃）——冰水冷却（15-20℃）——灌装——入冷库降温（4小时降至2-6℃）

生产工艺流程二：罐内升温杀菌（95℃）——罐内冰水降温（30℃）——板式换热器、冰水冷却到（2-6℃）——灌装——入冷库

1.2生产加工时间

生产加工分两班，加工时间为：早6：30至晚23：00。

1.3用电峰谷时段

业主所在地电业部门规定的用电用电峰谷时段：峰电时段8:00-11:00，18:00-23:00。平电时段7:00-8:00，11:00-18:00。谷电时段23：00-7：00

1.4用冷部位

需要制冷系统提供冷源的地方：冷库（乳制品储藏库）1-5℃、生产工艺冰水0-2℃、空调冷水7℃。

2、制冷工艺方案

2. 1制冷系统

2.1.1制冷方式

整个制冷主机选用半封闭螺杆式制冷压缩机。

2.1.2蒸发温度系统

因蒸发温度相近，将冷库、生产工艺、空调系统的制冷工艺合并为一个蒸发温度系统（-7℃）。

2.1.3冷却方式

2.1.3.1冷库系统的冷却方式

冷库内采用风冷方式，设备采用热浸锌高效空气冷却器。

2.1.3.2乳品工艺系统的冷却

乳品生产用冷量由冷冻水提供，冷冻水采用冰水槽冷却，冰水槽为钢结构槽体，螺旋管蒸发器，多水道，搅拌机强制循环。冰水槽的的设计冷量为日生产量平均负荷值。冷冻水泵采用变频控制，来满足生产工艺用冷量的变化。

2.1.3.3空调系统的冷却

空调系统不单独设置冷水机组，空调用冷由冰水系统提供，通过板式换热器换出。

2.2蓄冷系统

2.2.1采用蓄冷的条件

根据业主提供的乳品加工生产加工时间是自早上6：00到夜间23：00，整个加工时间正好和高峰用电同步，这个时间内，工艺和空调都同时用冷，冷负荷最大。而夜间23：00到早上6：00的最便宜的低谷用电时段只有冷库用冷，冷负荷最小。整个工艺生产过程的用冷适合采用蓄冷技术，

乳品生产的的用冷是0-2℃的冰水，空调系统用的是7℃的冷水，冰蓄冷的出水温度能同时满足生产工艺和空调系统的要求。

为节省投资和运行费用，采用蓄冷系统来平衡生产和空调的峰谷负荷。

2.2.2蓄冷的形式和容量

蓄冷装置采用钢结构蓄冰槽，蓄冷系统和冰水槽系统并联使用。 

生产工艺蓄冰采用分量蓄冰，容量为可测算的日工艺生产负荷峰值和平值之差的合计。空调系统的负荷相于工艺生产负荷相比，相对很小，采用全量蓄冰。总蓄冰量为前两者之和。

2.3系统流程和运行策略

2.3.1系统流程

冰水和空调冷水的流程如下图所示：

为充分保证生产工艺的冰水温度要求，蓄冰槽和冰水槽采用串联连接。工艺生产上的回水，首先进入蓄冰槽降温，然后进入冰水槽二次降温，直至达到工艺温度要求。
2.3.2运行策略
2.3.2.1制冰运行

根据生产工艺的生产时间安排，23：00—6：00为非生产生产时段，而此时段为谷电时段，电价最低，是峰电价格的1/3。此段时间安排制冷机全力制冰运行。

2.3.2.2融冰运行

空调系统为全融冰系统。

生产工艺的融冰时间为工艺生产峰值期间和峰电时段

非工艺生产峰值期间或平电时段，由冰水槽来满足生产工艺负荷要求。

2.3.2.3冬季运行

冬季运行时，由于没有了空调系统的冷负荷，蓄冰系统全力为生产工艺系统提供服务，具有更大的节约运行费用空间。

3、应用广泛

3.1使用效果

    整个制冷工艺系统增加蓄冷装置后，不仅减少了主机容量，还减少了白天高价用电时段的同步开机数量，而且有应付生产负荷突然增大的能力，防止了因生产负荷的突然增大而造成的主机运行工况的波动。可以使主机在比较平稳的工况下运行，从而延长使用主机寿命。

3.2投资和回收期

   与空调系统的季节性运行同，生产工艺的运行是全年不间断的。一般空调系统因增加蓄冷装置后而增加的投资，回收期为2~3年。而生产工艺因增加蓄冷装置后而增加的投资。则当年就能收回

3.3应用范围

   冰蓄冷的特性决定了冰蓄冷系统为其他用冷设施提供的冷源温度范围为0~15℃的冷水，而很多的生产工艺温度要求正在这个温度范围之内。如冰淇淋等冷食生产中的原料老化成熟；速冻蔬菜生产中蔬菜漂烫后的冷却；家禽宰杀后的冷却；啤酒生产过程中的发酵成熟、奶业乳品生产中的冷却系统以及化工产品生产过程中的冷却等等。