热泵热回收系统在某肉鸡屠宰项目中的应用研究

2022-12-19华国亮

低温与特气 2022年5期

邱琦，华国亮

(冰山冷热科技股份有限公司，辽宁大连 116630)

1 前言

随着国内社会经济的发展，在新型城镇化和食品消费升级的双向拉动下，预计2012～2025年冷链食品需求将从2.0亿t增加到4.5亿t[1]。在2015年国家层面提出实施城乡冷链物流基础设施补短板的要求后，我国加快了推进冷链基础设施建设。中商产业研究院预测2022年我国冷库总量将达8492万t。冷库作为城市的“冰箱”，急速增长的容量势必会消耗大量的能源。如何使冷库系统高效运行，将成为重点关注的发展方向。其中制冷系统运行时产生的大量热量大多以废热的形式直接排放到环境中，即使回收也只能得到部分低品位的热源。因此针对冷库现状以及现有技术，本文通过某肉鸡屠宰项目对热泵热回收系统在冷库中的应用进行了研究。

2 制冷原理[2]

冷库制冷系统通常采用蒸气压缩式制冷原理，其制冷系统如图1所示。它主要由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成。工作过程为：在压力为p0、温度为t0的条件下，制冷剂在蒸发器中沸腾吸热，吸收被冷却物体的热量。压缩机不断地抽走蒸发器中产生的蒸气并将它压缩到冷凝压力pk，然后送往冷凝器，在压力pk下等压冷却并冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质(一般是水或空气)。

冷凝后的液体通过节流阀进入蒸发器。制冷剂通过节流阀，压力从pk降到p0，离开节流阀的制冷剂为t0温度的两相混合物，混合物在蒸发器中蒸发，从被冷却物中吸热达到制冷的目的。而从冷凝器中输出的热量即是采用热泵技术回收的冷凝废热。根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功起补偿作用，使制冷剂不断从低温物体中吸热，并向高温物体放热，完成整个制冷循环。

图1 蒸气压缩式制冷系统简图

3 项目案例

某肉鸡屠宰加工项目按生产性质分属于生产性冷库[3]，其热水系统主要用于家禽的屠宰浸烫以及设备清洗和员工生活热水等，因此制冷系统是必不可缺的一个环节。

表1 热水用量分布表

该项目制冷系统的制冷剂采用R717，具体配置为：-1℃JZ2LG20Z蒸发系统1台；-43℃JZ2LG25Z(D)蒸发系统5台；-43℃ JZ2LG20Z(D)蒸发系统1台；热水需求时间：5:30～21:30；热水需求温度：45～54℃。具体热水用量分布见表1。通过分析可知用户在12:30～13:30期间用水量最高，大约30 m3/h。

4 方案介绍

本热回收方案回收氨制冷系统部分冷凝热用于加热生产及生活用水，图2为热泵热回收方案系统示意图。

图2 热泵热回收方案系统示意图

常规制冷系统的冷凝热负荷一般通过不同结构形式的冷凝器将其排放至大气环境中。在不同季节冷凝热品质有所差异，本项目预计冬季冷凝热在25℃，夏季大约在38℃，当采用冷水提取该部分热量时，只能得到23～35℃的热水，实际能够回收的热量很少且水温偏低，需二次加热才能满足各用水点需求。

通过热泵技术，将部分氨制冷系统的排气压力提升到一个更高值，冷凝温度将大幅提高，冷水经过冷凝器加热时可提供的水温也随之升高。热泵机组配置的压缩机通过消耗一定的电功率，得到的冷凝热可成倍增加，但随着冷凝温度的提高，冷凝热与消耗的电功率比值将逐步减小，综合考虑制取热水温度控制在46～48℃，该温度的热水既能满足大多数用水点的需求，又具有较好的经济效益。对于需要更高水温且同时也需要维持稳定水温的浸烫用热水，采用原有锅炉加热的方法解决。另外考虑热泵机组运行的稳定性，冬季和夏季均控制吸气饱和温度为25℃，以保证压缩机的运行工况压比不至于太小，这样系统运行的稳定性也更容易得到保证。

5 系统原理

来自原制冷系统的压缩机排气经调压后进入高温中冷，变为低温低压过热蒸气，然后与高温中冷内的制冷剂换热后，被压缩机抽走压缩成高温高压气体。经油分离器分离出的润滑油依次经油冷却器冷却、精油过滤器过滤后进入压缩机循环使用；分离出的高温高压气体则通过热回收模块加热生活热水，模块中制冷剂经过冷却(显热)、冷凝(潜热)过程变为高温高压液体。高温高压液体分为两路：一路经节流阀进入高温中冷与原制冷系统的压缩机排气进行换热后，再一起被压缩机抽走压缩，重复循环。另一路则经节流回到原制冷系统的贮氨器，以补充原制冷系统进入高温中冷的制冷剂，重复循环。冷却水部分则是通过三级热回收加热达到要求的出水温度(46～48℃)供用户使用。系统流程见图3。另外采用变频电机控制压缩机能级，采用变频水泵控制热水流量，使之与热能的利用实现供需平衡。热水流量、蓄水罐水位以及与压缩机能级之间采用模糊控制。