CC BY
176
АСПЕКТЫ
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
ХОЛОДИЛЬНЫХ СИСТЕМ
МЯСОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ
ПРОИЗВОДСТВ
Соколов Ю.В., генеральный директор ООО «ОК», академик МАХ Гордиенко Ю.С., канд. техн. наук, Московское представительство ООО «ОК»
Я о данным, опубликованным в различных изданиях, энергопотребление холодильными системами достигает до 15% от объема электроэнергии, производимой в России. Расход электроэнергии на производство холода составляет около половины потребляемой мясоперерабатывающими предприятиями электроэнергии. Поэтому в электроснабжении холодильных установок скрыт существенный резерв по экономии электроэнергии.
УДК 637.5:621.565 Ключевые слова:
аммиачные холодильные системы, фреон, энергоэффективность
Есть несколько моментов, на которые нужно обратить внимание, при выборе энерго-эффективного холодильного оборудования.
1. Выбор холодильного агента
Потребление электроэнергии аммиачными холодильными системами меньше, чем фреоновыми на 20 - 40%, а это существенная величина для производства конкурентной пищевой продукции. Аммиак является природным хладагентом и производится в России в отличие от фреонов, которые ввозятся из-за рубежа. Отрицательные свойства аммиака постоянно освещаются в СМИ. Но мало кто знает, что фреоны вызывают сердечную сенсибилизацию, нарушение сердечной электропроводимости и даже смерть, хотя в паспортах безопасности фреонов данная информация приводится, рис. 1. Персонал предприятия жалуется, ссылается на проблемы по работе, на транспорте и прочие неурядицы, не подозревая об истинном виновнике нездоровья.
Утечки из современных аммиачных холодильных систем порядка на два меньше, чем из фреоновых. Это связано с более жестким обеспечением требований герметичности, оснащением системами контроля уровня загазованности, да и аммиак заранее предупреждает о возникновении утечки. Подавляющее большинство фреоновых установок не имеет систем контроля уровня загазованности и потери фреона достигают немалых величин, что обеспечивает работой сервисные службы и повышает стоимость выпускаемой предприятием пищевой продукции, рис. 2.
Негативные свойства R717 заставляют принимать специальные меры, обеспечивающие безопасную эксплуа-
Рис. 1. Выдержка из паспорта безопасности R404A
Рис. 2. Четверть века назад на пищевых предприятиях в таком количестве лежали желтые баллоны - с аммиаком
тацию аммиачных холодильных установок, в частности уменьшать аммиакоемкость системы. На мясоперерабатывающих предприятиях используются чиллеры с пластинчатыми испарителями и пластинчатыми конденсаторами, рис. 3. Количество аммиака в таких системах, мощностью в несколько мегаватт, измеряется всего несколькими сотнями килограмм.
В подобных системах, мощностью порядка 10 МВт, содержится, в зависимости от технического решения, от одной до нескольких тонн аммиака.
2. Выбор компрессорного оборудования
Современные винтовые компрессорные агрегаты позволяют поддерживать низкую температуру кипения при одноступенчатом сжатии. И есть компании, предлагающие одноступенчатые холодильные агрегаты на низкую температуру кипения до -47 0С ввиду их более низкой стоимости по сравнению с 2-х ступенчатыми агрегатами для получения конкурентного преимущества. При этом энергоэффективность не берется в расчет. Если сравнивать холодильный коэффициент одноступенчатых и 2-х ступенчатых агрегатов при условиях Тс/То=-47/35С, то холодильный коэффициент одноступенчатого агрегата равен 1,08, а 2-х ступенчатого 1,4. То есть для получения одинаковой холодопроизводи-тельности мощность, потребляемая одноступенчатым агрегатом должна быть на 30% выше, чем 2-х ступенчатого. Поэтому для повышения энергоэффективности холодильной установки нужно применять либо 2-х ступенчатые агрегаты, либо применять, где это возможно 2-х ступенчатую схему холодильной установки с одноступенчатыми компрессорными агрегатами. Известная японская компания МУСОМ, производящая компрессорные агрегаты, имеет в своем арсенале так называемые компаудные компрессорные агрегаты, в которых две ступени сжатия заключены в одном корпусе, а привод вала осуществляется одним электродвигателем. Это компромисс по цене между 1-но ступенчатыми и 2-х ступенчатыми агрегатами с раздельными компрессорами.
3. Выбор теплообменного оборудования
Подбор конденсаторов холодильной установки напрямую
связан с выбором холодильного агента. Для аммиачных хо-
Рис. 3. Аммиачный чиллер
Обеспечение низких температур в охлаждаемых объектах осуществляется и каскадными холодильными установками, в нижней ветви которых в качестве хладагента используется диоксид углерода, а в верхней - аммиак. Такое решение позволяет существенно сократить аммиакоем-кость холодильной системы, так как аммиак не подается к технологическим аппаратам, а находится только в верхней ветви каскада, отвод же теплоты от охлаждаемых объектов и технологических аппаратов осуществляется кипящим диоксидом углерода, рис. 4.
Образующийся при кипении диоксида углерода пар сжимается компрессором нижней ветви каскада и нагнетается в конденсаторную часть конденсатора-испарителя, где переходит в жидкое состояние. Отвод теплоты от конденсирующегося пара диоксида углерода осуществляется аммиаком, кипящим в испарительной части конденсатора-испарителя.
Рис. 4. Каскадная холодильная установка аммиак/диоксид углерода
лодильных установок обычно подбираются испарительные конденсаторы, в которых температура конденсации задается 35 0С. Во фреоновых установках применяются, как правило, воздушные конденсаторы с температурой конденсации +45 0С. Если посмотреть динамику изменений параметров одного и того же агрегата при переходе с одного холодильного агента на другой и с одной температуры конденсации на другую (см. таблицу 1), то можно видеть, что холодильный коэффициент уменьшается более, чем на 50%, а холо-допроизводительность уменьшается на 100 кВт.
Арегат N200VM-M, To=-15°C
Хол. агент Tc Qo Na £
NH3 35 529,4 161,4 3,28
R404A 35 511,9 203,4 2,52
R404A 45 426,1 236,2 1,8
Таблица 1. Динамика изменений параметров
Это ли не повод для того, чтобы задуматься о правильном выборе оборудования.
4. Рекуперация теплоты
Постоянно муссируемое и редко реализуемое техническое решение по энергоэффективности производств по мясопереработке - использование бросовой теплоты. Решить задачу по отбору бросовой теплоты у холодильной установки, используя крылатое выражение, «проще пареной репы». Достаточно установить форконденсатор на линии нагнетания и снять теплоту от маслоохладителей винтовых агрегатов. Для примера: Птицефабрика на 10500 бройлеров в час. Требуемая холодопроизводительность составляет примерно 5мВт, теплота, отводимая конденсатором 7,2мВт. При этих параметрах теплота от маслоохладителей составляет 1440 кВт, а теплота от форконденсатора 500кВт. Это теплота, которую можно утилизировать. При наработке оборудования 5000 часов/год и стоимости 3,5 рубля за 1 кВтчас экономия может составить 34 млн рублей.
Как использовать эту теплоту, ведь она низкопотенциальна. Температура воды составляет 45-50 °С.
Рис. 5. Обогрев грунта под холодильником теплотой конденсации
Все зависает на стыке с технологией производства -куда и как использовать низкотемпературную теплоту. На всех производствах по мясопереработке требуется теплая вода для санитарной мойки оборудования, инвентаря, помещений. Срок окупаемости систем использования бросовой теплоты не превышает года. Обогрев грунта под низкотемпературными холодильниками, рис. 5, также вариант использования бросовой теплоты.
Интересный вариант утилизации теплоты паров на линии нагнетания предлагает компания Мусом, идея в том, что часть паров на линии нагнетания отбирается и используется в цикле теплового насоса при этом вода нагревается от температуры 12 °С до температуры 60 °С. На рисунке 6 представлена схема теплового насоса, а также вид теплового насоса производительностью 400кВт, рис.7, и бака аккумуляции теплой воды, рис.8. Срок окупаемости теплового насоса составляет 2,5 года.
Значительный фактор экономии энергоресурсов скрыт в производственных помещениях, в которых температурный режим по технологическим требованиям к продукции находится в интервале от 0 °C до 12 °C. В осенне-зимний период возникает конфликт между необходимостью отопления помещений и их охлаждением. Температура воды, используемой
High stage haat pump unit
-cBj— I I
typing iymt«n I МвИкПсчЮО polm |
Рис. 6. Схема теплового насоса
Рис. 7. Тепловой насос на базе поршневого компрессора мощностью 400 кВт
Рис. 8. Бак аккумуляции теплой воды
для отопления, не может снижаться ниже определенного предела по техническим требованиям к системам отопления. Кроме того недопустимо останавливать циркуляцию воды в зимний период - это чревато разрушением трубопроводов и отопительных устройств. Для обогрева таких помещений вполне возможно использование бросовой теплоты холодильной системы. Причем управление системой «обогрев - охлаждение» будет идти от одного блока управления, что снимет техническую конфликтную ситуацию: чем интенсивней работает система охлаждения технологического помещения, тем жарче батареи отопления в этом помещении. 5. Выбор способа оттаивания приборов охлаждения
Использование теплоты перегретого пара для оттаивания инея всегда реализуется в аммиачных холодильных установках, редко во фреоновых. В первую очередь это связано с минимальными инвестициями, таблица 2. Стоимость электроэнергии в России достигла уровня некоторых европейских стран, а в ряде регионов уже превысила, и пока незаметно, что рост стоимости электроэнергии замедляется. Использование перегретого пара для оттаивания инея с воздухоохладителей позволяет снизить давление конденсации и, следовательно, уменьшить потребление электроэнергии компрессорными агрегатами, таблица 2.
Понижение давления конденсации позволяет уменьшать потребление электроэнергии компрессорными агрегатами. Холодильные системы с конденсаторами водяного охлаж-
Показатель Электроэнергией Перегретым паром
Стоимость опции, Евро 9 500 10 500
Стоимость арматуры, Евро 7 000 45 000
Стоимость силового 2 500 0
оборудования, Евро
Стоимость материалов и монтажных работ, Евро 0 25 000
Стоимость материалов и
электромонтажных работ, 2 500 0
Евро
ИТОГО 21 500 80 500
Затраты на электроэнергию в год, Евро 11 500 0
Экономия на электроэнер-
гии (использование воздухоохладителей в качестве 0 11 000
конденсаторов), Евро
ОКУПАЕМОСТЬ, лет (80 500 - 21 500)/(11 500 + 11 000) ~ 2,6
Таблица 2. Сравнение систем оттаивания инея с воздухоохладителей в расчете на 1 МВт холодопроизводительности
дения позволяют обеспечивать температуру конденсации более, чем на 10 К ниже по сравнению с холодильными установками, оснащенными конденсаторами воздушного охлаждения, рис. 6. Не малую роль в этом играет система водоподготовки, т.к. при использовании испарительных конденсаторов основной эффект охлаждения получается за счет испарения воды, а соли начинают выпадать в осадок, причем на теплообменной поверхности. Наиболее эффективна, в настоящее время, система химической водоподго-товки. Периодическое использование системы водоподго-товки, которое по разным причинам иногда осуществляется, к сожалению, ведет к сохранению и постепенному увеличению водяного камня на части теплообменной поверхности конденсаторов водяного охлаждения.
Заключение
Решение задачи по экономии энергоресурсов должно решаться комплексно, а не по отдельным кусочкам.
Рис. 9. Испарительные конденсаторы
Позволяет экономить ежегодно на энергоресурсах до 40%. Вполне естественно, что инвестиции в подобную установку также больше, т.к. требуются дополнительные теплообменники, насосы, аккумуляционные емкости, резервное оборудование на работу в ситуации разбаланса выработки бросовой теплоты и в потребности теплоты. В условиях высокой стоимости энергоносителей и их дефицита правительства стран Европы частично компенсируют предпринимателям дополнительные инвестиции. Цены на энергоносители в ряде регионов России уже близки к европейским. Проблемы с подключением к электроснабжению почти повсеместны. Увеличивается применение газопоршневых и газотурбинных установок (ГПУ и ГТУ) для автономного получения электроэнергии. Возникла задача использования выбрасываемой ГПУ и ГТУ теплоты, как непосредственно для обогрева, так и для производства холода различного температурного уровня на абсорбционных холодильных машинах.
Поскольку тариф на электрическую энергию в дневное время существенно выше тарифа в ночное время, то существенным фактором в экономии электроэнергии является применение систем аккумуляции холода: льдоаккуму-ляторы, системы «айсслари». Такие системы позволяют накапливать холод в ночное время и тратить в дневное без включения в работу систем охлаждения.
Ожила старая проблема, которую рассматривали еще в 1975 году на XIV Международном конгрессе по холоду в Москве - усушка мяса при охлаждении, замораживании, хранении. Что звучало в то время как не очень выполнимые предложения, то на сегодняшний день является реализованными технологическими и техническими решениями. Системы тихого охлаждения и замораживания периодического действия с продолжительным временем протекания процессов и большими потерями при усушке в настоящее время вытеснены системами шокового охлаждения и замораживания с автоматизированными процессами подачи холода и оттайки инея с теплообмен-ной поверхности воздухоохладителей при непрерывном движении конвейера, существенно меньшей величиной усушки, рис. 7.
Решение проблемы экономии электроэнергии невозможно без согласования на стадии проекта организаций, предлагающих технологические решения, энергетиков, проектировщиков холодильной установки.
Специалисты ООО «ОК» всегда готовы рассмотреть Ваши предложения, оказать помощь в увязке технологических и холодильных процессов, выполнить интересующие Вас технико-экономические расчеты. При этом используется богатый опыт проектирования, подбора оборудования, монтажа, пуско-наладки, обучения специалистов-эксплуатационников подобных систем холо-доснабжения. Работы производятся как для вновь вводимых предприятий убоя и мясопереработки, так и для работающих производств, причем реконструкция произ-
Рис. 10. От тихих систем охлаждения к шоковым
водится без остановки основного производства. Возможен ввод новой системы холодоснабжения по этапам, согласованным с Заказчиком. |
КОНТАКТЫ:
Юрий Владимирович Соколов Юрий Семенович Гордиенко
+7 (916)313-56-96 www.ok-ref.ru
