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摘要:介紹了利用lng汽化潛熱作為制冷工藝的一種小型冷庫設(shè)計方案,制冷工藝流程簡單,投資少,勞動強度小,維護成本低,罐車防波板梯級利用lng的汽化產(chǎn)生的冷量,對環(huán)境沒有污染,發(fā)展前景廣闊,能夠帶來較大的經(jīng)濟效益和社會效益。
1 前言
隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高,人們對于水產(chǎn)品、肉類、水果、蔬菜、禽蛋等食品的需求越來越旺盛,但它們的生產(chǎn)有較強的地區(qū)性和季節(jié)性,為了調(diào)節(jié)淡旺季節(jié),保障供給,就需要對食品進行冷加工、冷藏及冷藏運輸,這樣對冷庫、冷藏車船的需求也在不斷地增長。冷庫設(shè)計的核心是制冷系統(tǒng)的設(shè)計,目前的冷庫制冷方式普遍采用液體汽化壓縮制冷方式。但其工藝復(fù)雜,耗費電能較多,投資成本高[1-2]。
為響應(yīng)國家節(jié)能降耗、回收可利用能源的要求,本文提出了回收lng汽化冷量來提供冷庫冷源的設(shè)計思路。lng常壓下的沸點溫度為-162e,它在燃料燃燒前汽化時吸收的汽化潛熱所產(chǎn)生的冷量,足以維持一個小型冷庫需要的冷量,通過載冷劑將lng相變物質(zhì)溶解釋放的冷量傳遞給冷庫。
2 制冷工藝及制冷負荷計算
2. 1 制冷工藝
利用外界能量使熱量從溫度較低的物質(zhì)(或環(huán)境)轉(zhuǎn)移到溫度較高的物質(zhì)(或環(huán)境)的系統(tǒng)叫制冷系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)通??煞譃檎羝评湎到y(tǒng)、空氣制冷系統(tǒng)和熱電制冷系統(tǒng)。
〔1〕蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)主要由壓縮系統(tǒng)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器四部分組成,制冷劑在系統(tǒng)中經(jīng)過壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)吸收潛熱冷卻物體。其工藝成熟,廣泛應(yīng)用食品加工業(yè),但其工藝復(fù)雜,耗費大量電能,投資成本高。
〔2〕空氣制冷系統(tǒng)是通過壓縮空氣在膨脹機中絕熱膨脹獲得低溫氣流而實現(xiàn)制冷。空氣是天然工質(zhì),無毒無害,對環(huán)境沒有破壞作用,制冷溫度范圍寬,但其制冷效率低,噪聲高,部件還需優(yōu)化,運行參數(shù)還需優(yōu)化匹配。
〔3〕熱電制冷是利用熱電效應(yīng)(即帕爾帖效應(yīng))的一種制冷方法。其結(jié)構(gòu)簡單,啟動快,操作靈活。主要缺點是效率低,耗電多,主要用于電子器件儀表的冷卻器。
以上是現(xiàn)在國內(nèi)普遍采用的制冷方法,本文中冷庫制冷系統(tǒng)采用lng汽化產(chǎn)生冷量直接制冷的方案,在國內(nèi)尚屬首創(chuàng),該工藝簡單,冷量大,其制冷的工藝流程如圖1(該流程采用乙二醇、丙二醇和丙三醇的水溶液做載冷劑)。
工藝流程描述:來自儲罐的-162e的lng經(jīng)過與20e的載冷劑換熱以后氣化為2@104nm318e的天然氣,可供給大約6萬城鎮(zhèn)居民一天的用氣;載冷劑經(jīng)過lng換熱器后溫度降為-35e左右,然后經(jīng)過一級超低溫蒸發(fā)器,溫度變?yōu)?20e,此過程提供的冷量可用于禽類、肉類或者魚蝦的速凍,經(jīng)一級換熱以后,進入二級換熱器,載冷劑溫度升為-2e,此過程提供的冷量可用做冷庫低溫冷藏間的冷量需要(主要用于肉類、水產(chǎn)品的冷藏),二級換熱后,進入三級換熱器,載冷劑的溫度升為20e,然后循環(huán)回lng汽化換熱器,三級換熱產(chǎn)生的冷量可用于冷水養(yǎng)殖或者空調(diào)系統(tǒng)的冷水供給。
2. 2 制冷負荷計算
2. 2. 1 冷量利用方案確定
通過hysys軟件模擬知:該流程可提供155kw的冷量,其中經(jīng)過一級換熱(溫度-35e-20e)可提供42kw的冷量,二級換熱(溫度-20e-2e)產(chǎn)生50. 5kw的冷量,三級換熱后(溫度-2e20e)產(chǎn)生62. 5kw的冷量。
該制冷工藝得到的制冷溫度較低,經(jīng)過經(jīng)濟分析對比后,推薦利用一級二級換熱產(chǎn)生的冷量建設(shè)以魚蝦、貝類冷凍加工、冷藏性質(zhì)的冷庫;經(jīng)過兩級換熱后,載冷劑的冷量不再適合低溫冷庫冷量的供給,可與25e水換熱產(chǎn)生冷水,用于空調(diào)系統(tǒng)的冷水供給或用于十分具有發(fā)展前景的冷水養(yǎng)殖業(yè)用水。經(jīng)計算:三級換熱的冷量一天可產(chǎn)生70t7e或者120t15e的冷水。
2. 2. 2 生產(chǎn)能力計算
〔1〕速凍間:
根據(jù)文獻資料顯示:在庫房溫度-25e時,水產(chǎn)品的單位冷負荷為: 7 kw /,t冷加工時間為16h,水產(chǎn)品由入庫時的20e降到-15e;由模擬的流程知一級換熱后產(chǎn)生的冷量負荷為42 kw.
按15%的冷量損失考慮,計算得:可生產(chǎn)冷凍魚蝦3. 4t/d。
〔2〕冷藏間、制冰間:
查5冷庫設(shè)計6一書知:鹽水制冰的單位負荷約為7kw /;t 250t以下冷庫凍結(jié)物冷藏間單位冷負荷為0. 082 kw /,t冷藏間按3天產(chǎn)量的貯藏能力考慮;二級換熱產(chǎn)生的冷量用于凍結(jié)物冷藏和制冰。按15%的冷量損失考慮,計算得:冷藏間需要冷負荷為: 0. 28 kw,可制冰6. 0 t/d。
2. 3 載冷劑
2. 3. 1 載冷劑的性質(zhì)
本文中制冷系統(tǒng)產(chǎn)生-35e~20e的循環(huán)液體,因此用作載冷劑的物質(zhì)應(yīng)在所需要的載冷溫度下保持液態(tài),在載冷系統(tǒng)中循環(huán)時,不結(jié)冰、不揮發(fā);對設(shè)備無腐蝕,對人體無害;載冷能力強;輸送功率少。因此載冷劑應(yīng)具備如下的性質(zhì):
〔1〕無毒、無可燃性、無刺激性氣味。化學(xué)穩(wěn)定性好,在大氣壓力下不分解,不氧化,不改變其物理化學(xué)性質(zhì)。
〔2〕在使用溫度范圍內(nèi)呈液態(tài)。
〔3〕相對密度小,黏度小、傳熱性好、比熱容大。
這樣可以使載冷系統(tǒng)中流動阻力損失小,循環(huán)量少、可以減少換熱器尺寸。
2. 3. 2 載冷劑的選擇
〔1〕水水是最適宜的載冷劑,它主要用于集中式空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng),還可以直接噴入空氣中,實現(xiàn)溫度和濕度調(diào)節(jié),但水的冰點是0e,所以只適用于載冷溫度在0e以上的場合使用。
〔2〕甲醇甲醇的冰點為-97e,它可以達到較低的載冷溫度,流動性較好,甲醇和乙醇都有揮發(fā)性和可燃性,使用過程中應(yīng)注意防火,甲醇揮發(fā)氣有弱毒性,不宜做冷凍食品用載冷劑。
〔3〕純有機體純有機液體如二氯甲烷、三氯乙烯和其他氟里昂液體。它的凝固點很低。特點是相對密度大、黏度小、比熱容小??梢杂脕淼玫礁偷妮d冷溫度,但是其對環(huán)境有污染。
〔4〕乙二醇、丙二醇和丙三醇的水溶液丙三醇是極穩(wěn)定的化合物,其水溶液對金屬無腐蝕。無毒,可以和食品直接接觸,是良好的載冷劑。乙二醇和丙二醇水溶液的特性相似,它們結(jié)晶溫度可達-60e左右。
通過以上幾種常用載冷劑的對比篩選和大量的資料調(diào)研:推薦采用乙二醇、丙二醇和丙三醇的水溶液作為載冷劑。
3 冷庫組成及工藝流程
3. 1 冷庫組成
該冷庫屬于魚、蝦、貝類冷凍加工的生產(chǎn)性冷庫,推薦建在靠近漁港、碼頭、海灣等水運和公路運輸較方便的地域。該冷庫主要由庫房、生產(chǎn)工藝用房、動力用房及行政用房組成。
〔1〕庫房是冷庫的核心部分,庫房是冷庫建筑群中的主要建筑,包括冷加工間、冷藏間和直接為它服務(wù)的建筑。
〔2〕生產(chǎn)工藝用房主要包括水產(chǎn)品清洗、分類、裝盤、過磅的房間、整理間和水塔、倉庫、污水處理等。
〔3〕動力用房包括用于安裝制冷設(shè)備的房間,是冷庫的動力車間,它還包括設(shè)備間和變、配電間。
〔4〕行政用房主要包括辦公室、宿舍、廁所等。
〔5〕其他建筑包括圍墻、出入口、綠化設(shè)施和危險品倉庫,其中危險品倉庫指貯載冷劑等易燃易爆物品的庫房。
3. 2 冷庫加工工藝流程
該冷庫的功能就是在低溫環(huán)境中貯藏水產(chǎn)品,為了能夠在低溫環(huán)境下貯藏物品,必須在貯藏前進行冷卻、凍結(jié)加工,還要在出庫前進行檢驗、過磅,出庫前過磅等一系列流程,該冷庫生產(chǎn)的工藝流程見圖2。
該流程比較簡單,水產(chǎn)品在理魚間清洗、分級、裝盤、過磅后直接入凍結(jié)間凍結(jié),再經(jīng)脫盤、包裝(也有不包裝的)即運入凍結(jié)物冷藏間貯藏,最后過磅、出庫。脫盤后有一回盤工序返回理魚間。
4 經(jīng)濟評價
城鎮(zhèn)居民一天用氣消耗34m3lng來核算,如果采用加熱爐加熱汽化至18e,經(jīng)計算每天大概燃燒400nm3天然氣,按1nm3天然氣的價格為2元計算,每年加熱lng的所需燃氣費用在29萬元左右,并且lng本身的冷量白白浪費;如果利用lng汽化產(chǎn)生的冷量建成小型冷庫,經(jīng)計算知:每天可冷凍魚蝦3. 4,t按每加工1kg魚蝦的利潤為3元(一年生產(chǎn)周期按300天算)計算,每年的稅前利潤為306萬元,預(yù)計在1. 5年內(nèi)即可收回投資??梢?該方案有效利用lng汽化冷量,耗電少,經(jīng)濟效益十分明顯。
5 結(jié)論
〔1〕冷庫是具有保留食品的原始成分,維持良好的食品質(zhì)量的優(yōu)點,尤其許多深海魚類需深度冷凍保鮮。利用lng本身的低溫性及時為它們的加工提供條件,開發(fā)水產(chǎn)品的冷凍加工、冷水養(yǎng)殖是很有發(fā)展前途的工作。
〔2〕該冷庫制冷工藝流程簡單,投資少,勞動強度小,維護成本低,梯級利用lng的氣化產(chǎn)生的冷量,對環(huán)境沒有污染,發(fā)展前景廣闊,能夠帶來較大的經(jīng)濟效益和社會效益。