在乳制品生產(chǎn)過程中，低溫冷水主要用于乳制品配料、殺菌設(shè)備、分離機(jī)冷卻板片、發(fā)酵翻缸板片及其他輔助設(shè)備的冷卻。不同于空調(diào)冷卻，乳制品生產(chǎn)中使用的冷凍水供應(yīng)屬于工藝供冷，其供水量及供水溫度對(duì)生產(chǎn)的乳制品品質(zhì)有著直接關(guān)系。如冷凍水供應(yīng)溫度過高，一方面使得殺菌設(shè)備溫度過高，容易導(dǎo)致殺菌設(shè)備損壞或影響殺菌效果；另一方面乳制品配料、分離機(jī)冷卻板片、發(fā)酵翻缸板片及其他輔助設(shè)備的冷卻不足將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品無法達(dá)到既定品質(zhì)要求，造成產(chǎn)品不良率增高和經(jīng)濟(jì)損失。而優(yōu)秀的乳制品生產(chǎn)工藝?yán)鋮s系統(tǒng)，需要連續(xù)提供大量且高品質(zhì)（指滿足生產(chǎn)工藝需要的且水溫波動(dòng)在要求范圍內(nèi)）的低溫冷水。
1 乳制品工藝?yán)鋮s的負(fù)荷特點(diǎn)
乳制品生產(chǎn)企業(yè)工藝?yán)鋮s負(fù)荷特點(diǎn)為間歇性、無規(guī)律性、突變多，乳制品生產(chǎn)企業(yè)工藝?yán)鋮s負(fù)荷往往與生產(chǎn)計(jì)劃及市場(chǎng)供需情況有很大關(guān)聯(lián)。因此，在不同的時(shí)段工藝?yán)鋮s負(fù)荷的需求有較大的區(qū)別，而我們常見的舒適性空調(diào)的空調(diào)冷負(fù)荷卻一般呈駝峰行，規(guī)律性明顯。
2 乳制品工藝?yán)鋮s系統(tǒng)的主要形式
根據(jù)乳制品工藝?yán)鋮s負(fù)荷的特點(diǎn)，乳制品工藝?yán)鋮s系統(tǒng)多應(yīng)用蓄冷技術(shù)，其中使用較多的有單水池（罐）型和雙水池（罐）型（高溫水池+低溫水池）兩種。
1）單水池（罐）型適用于產(chǎn)量不大的單一型乳制品生產(chǎn)企業(yè)，但是受限于水池（罐）蓄冷量有限，常會(huì)出現(xiàn)高低溫水混合損失導(dǎo)致出水溫度會(huì)不斷升高的情況，影響乳制品品質(zhì)，已逐漸被行業(yè)淘汰。
2）雙水池（罐）型（高溫水池+低溫水池），雖然能克服高低溫水混合損失的缺陷，但是由于同樣受限于水池（罐）的容積及蓄冷能力的限制，需要建造足夠大的蓄冷池（罐），場(chǎng)地占用及項(xiàng)目投資大，不適用于一般的中小型乳制品生產(chǎn)企業(yè)。
3 乳制品工藝?yán)鋮s系統(tǒng)的常見缺陷
制冷系統(tǒng)經(jīng)常不能滿足乳制品工藝?yán)鋮s中對(duì)冰水量和冰水品質(zhì)的要求，尤其是冰水品質(zhì)不能滿足要求（主要包括收奶、奶罐保溫、巴氏殺菌以及某些特殊奶飲料生產(chǎn)中的冰水量和冰水品質(zhì)），導(dǎo)致牛奶品質(zhì)受影響，見圖1。乳制品的生產(chǎn)通常都是按銷量情況進(jìn)行排班生產(chǎn)，每天的生產(chǎn)情況都可能存在比較大的差別，因此需要制冷系統(tǒng)有非常好的彈性。但常規(guī)制冷系統(tǒng)通常會(huì)按最大量來進(jìn)行設(shè)計(jì)，而在運(yùn)行的時(shí)候，為了盡可能地達(dá)到要求水溫，會(huì)采取加大制冷主機(jī)運(yùn)行或提前開啟制冷系統(tǒng)等措施，這樣會(huì)導(dǎo)致投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用的增加。對(duì)于既有常溫奶、又有低溫奶的多品種產(chǎn)品生產(chǎn)，高溫用冷和低溫用冷如果沒有分開（如鮮奶和常溫奶使用一樣的冷水供水溫度），將導(dǎo)致生產(chǎn)運(yùn)行費(fèi)用偏高。
因此，在乳制品生產(chǎn)過程中，制冷系統(tǒng)頻繁加載、減載會(huì)使運(yùn)行效率低下和費(fèi)用增高，制冷系統(tǒng)也對(duì)工藝?yán)鋮s負(fù)荷的響應(yīng)滯后。無彈性的制冷系統(tǒng)在產(chǎn)量增加后，必須增加相應(yīng)制冷系統(tǒng)的制冷能力，這會(huì)在無形中增加了投資費(fèi)用。
4 合格的乳制品工藝?yán)鋮s系統(tǒng)
根據(jù)乳制品生產(chǎn)冷卻工藝要求，合格工藝的冷卻系統(tǒng)應(yīng)具備如下特點(diǎn)。
1）能提供高品位冷水（1℃以下）。
考慮冰水在輸送過程中的溫升以及車間生產(chǎn)用換熱器的情況，只有保證了冰水的量和品位的情況下，才能實(shí)現(xiàn)牛奶冷卻后出口溫度不高于4℃（低溫奶品質(zhì)要求）。在實(shí)際生產(chǎn)中，有些運(yùn)維人員認(rèn)為由于冰水量沒有達(dá)到要求或者主機(jī)配置小而導(dǎo)致牛奶溫度降不到規(guī)定要求，這種判斷往往都是錯(cuò)誤的，其核心原因是冰水品位，即溫度沒有達(dá)到要求。
2）具備強(qiáng)大的冷量?jī)?chǔ)備（蓄冷槽）及快速釋放能力。
冷量有儲(chǔ)備、能快速釋放，系統(tǒng)具備的這項(xiàng)能力保證了系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)的響應(yīng)及時(shí)迅速，避免了主機(jī)啟動(dòng)或者加載過程中的滯后，同時(shí)保證了制冷和用冷相互獨(dú)立，不會(huì)相互影響，大大提高了系統(tǒng)的反應(yīng)速度。
3）高效率及低費(fèi)用運(yùn)行。
常規(guī)系統(tǒng)需要提前開啟主機(jī)，或者為了維持管道內(nèi)水的溫度，在沒有生產(chǎn)的時(shí)候按最低負(fù)荷運(yùn)行，但有時(shí)候錯(cuò)誤的開啟多臺(tái)主機(jī)會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行能耗和費(fèi)用大大增加。因此，合格的工藝?yán)鋮s系統(tǒng)必須是高效率和低費(fèi)用運(yùn)行。
從以上分析可以知道，以往乳制品工藝?yán)鋮s系統(tǒng)采用的蓄冷技術(shù)主要為水蓄冷，在一定時(shí)間段內(nèi)能較好地滿足乳制品生產(chǎn)工藝的冷卻要求。但隨著乳制品生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品的多元化及對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)要求的提高，單一的水蓄冷系統(tǒng)已無法滿足生產(chǎn)需要。
5 動(dòng)態(tài)冰漿蓄冷技術(shù)在冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用
冰蓄冷技術(shù)主要分為靜態(tài)制冰和動(dòng)態(tài)制冰技術(shù)。靜態(tài)制冰主要是通過低溫冷水機(jī)組制備-6℃以下的冷凍液（低溫制冰），使蓄冰槽內(nèi)的盤管或冰球結(jié)冰從而儲(chǔ)存冷量，放冷時(shí)通過盤管或冰球融冰釋放冷量。靜態(tài)制冰存在換熱熱阻高、制冰能耗高、融冰過程比表面積小、放冷速度慢、容易出現(xiàn)固態(tài)冰阻礙傳熱的情況，一般適用于冷負(fù)荷需求相對(duì)平緩的舒適性空調(diào)系統(tǒng)。
動(dòng)態(tài)冰漿蓄冷技術(shù)，主要通過“過冷水+超聲波促晶”的原理制取冰漿儲(chǔ)存在蓄冰槽內(nèi)，以冰漿形式進(jìn)行換熱，融冰過程的比面積大大提高，能大幅度提高放冷速度，滿足突然增大的冷負(fù)荷需求。動(dòng)態(tài)制冰技術(shù)中低溫冷水機(jī)組的冷凍液供水溫度一般為-3℃，屬于高溫制冰，冷水機(jī)組運(yùn)行效率相對(duì)更高。
綜上所述，乳制品生產(chǎn)企業(yè)工藝?yán)鋮s負(fù)荷具有間歇性、無規(guī)律性、突變多的特點(diǎn)。蓄冷技術(shù)的應(yīng)用能夠有效應(yīng)對(duì)間歇性和無規(guī)則性的冷負(fù)荷需求，對(duì)于突變多的負(fù)荷要求，傳統(tǒng)的蓄冷方式雖然能一定程度上緩解負(fù)荷突變帶來的不良影響，但是不能完美解決。而以冰漿形式進(jìn)行換熱的動(dòng)態(tài)冰漿蓄冰，能夠滿足突然增大的冷負(fù)荷需求，完美契合新型乳制品生產(chǎn)企業(yè)對(duì)工藝?yán)鋮s系統(tǒng)的要求。動(dòng)態(tài)冰漿蓄冰的技術(shù)原理見圖2。
圖2 動(dòng)態(tài)冰漿蓄冰的技術(shù)原理
動(dòng)態(tài)冰漿技術(shù)的蓄冰步驟主要包括以下4步。
1）低溫制冷機(jī)組提供-3℃的乙二醇載冷劑。
2）通過高效過冷水板式換熱器制取-2℃過冷水（只換熱不結(jié)冰）。
3）通過超聲波輻射高速促使過冷水轉(zhuǎn)換為冰漿（只結(jié)冰不換熱）。
4）冰漿通過管道輸送回蓄冰槽儲(chǔ)存。
6 動(dòng)態(tài)冰漿蓄冷技術(shù)優(yōu)勢(shì)
6.1 制冰主機(jī)能效提高
制冷主機(jī)不凍液出水溫度恒定-3℃，比傳統(tǒng)靜態(tài)冰蓄冷-6℃以下的主機(jī)不凍液出水溫度高3～6℃，制冷蒸發(fā)溫度提高，主機(jī)能效比（COP）提高15%以上。換熱和結(jié)冰過程在空間上分離，換熱過程不結(jié)冰，結(jié)冰過程不換熱，避免了固態(tài)冰對(duì)傳熱熱阻的不利影響，采用高效板式換熱器傳遞冷量，系統(tǒng)熱交換效率成數(shù)十倍增加。
6.2 蓄冷率大幅提高
蓄冷率是指制冷主機(jī)在蓄冰工況下8 h的實(shí)際輸出冷量總和與該主機(jī)在空調(diào)工況下8 h的額定輸出冷量總和之比。蓄冷率越高，表明冰蓄冷系統(tǒng)的綜合蓄冰效率越高。根據(jù)實(shí)例分析，動(dòng)態(tài)冰蓄冷的蓄冷率約為70%；而靜態(tài)冰蓄冷的蓄冷率一般約為50%。動(dòng)態(tài)冰蓄冷因主機(jī)不凍液出水溫度高、8 h制冰運(yùn)行工況恒定，具有遠(yuǎn)高于靜態(tài)冰蓄冷的蓄冰率，蓄冷率大幅提高約20%。
6.3 融冰放冷速度數(shù)倍提高
動(dòng)態(tài)冰漿融冰放冷時(shí)采用回水直接與疏松冰層滲透接觸融冰的方式，固態(tài)冰顆粒與水接觸的比表面積是靜態(tài)冰蓄冷的成百上千倍，致使放冷能力大幅提高，從而具備了在空調(diào)負(fù)荷高峰時(shí)段（電價(jià)高峰時(shí)段）獨(dú)立融冰供冷的能力，避免了傳統(tǒng)靜態(tài)冰蓄冷因放冷速度太慢而無法完全避開使用峰價(jià)電的劣勢(shì)，蓄冷用戶經(jīng)濟(jì)效益可以實(shí)現(xiàn)最大化。同時(shí)，融冰出水溫度可穩(wěn)定低至2℃以下，具備了溫濕雙控或大溫差送水（送風(fēng)）等節(jié)能技術(shù)的冷源配備條件，也具備滿足某些特殊工業(yè)用冷的條件（如乳品冷卻等）。
6.4 場(chǎng)地占用適應(yīng)性強(qiáng)
蓄冰槽內(nèi)無需安裝設(shè)備及其他設(shè)施，任意形狀尺寸均可滿足安裝要求，可因地制宜充分利用現(xiàn)場(chǎng)的邊角空間。動(dòng)態(tài)冰漿機(jī)組屬于裝配式的設(shè)備，既可實(shí)現(xiàn)整體標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)組，又可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)特殊情況非標(biāo)設(shè)計(jì)，采取分塊安裝，各功能塊通過管道連接，場(chǎng)地適應(yīng)性高。
6.5 安全環(huán)保，維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單方便
冰槽內(nèi)的蓄冷介質(zhì)為普通自來水，不添加任何藥劑，安全環(huán)保、成本低廉。用于制冷主機(jī)和動(dòng)態(tài)冰漿機(jī)組之間傳遞冷量的乙二醇溶液載冷劑用量極少。制冰設(shè)備置于蓄冰槽之外，維修保養(yǎng)簡(jiǎn)單方便、成本低廉。
綜上所述，動(dòng)態(tài)冰漿蓄冷技術(shù)完美滿足乳制品生產(chǎn)企業(yè)工藝?yán)鋮s負(fù)荷的要求，能夠很好地適應(yīng)乳制品生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)律及用冷需求。由于蓄冰以冰漿形式進(jìn)行，換熱面積大，放冷效率高，能夠很好地適應(yīng)突然增加的用冷需求量；已能很好地控制冷水的供水溫度，提高高品質(zhì)的工藝?yán)渌Ｌ貏e是安裝場(chǎng)地占用適應(yīng)性強(qiáng)，特別適合乳制品生產(chǎn)企業(yè)升級(jí)改造供冷系統(tǒng)的改造項(xiàng)目。因此，該技術(shù)越來越多地應(yīng)用到乳制品生產(chǎn)企業(yè)中，并取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
7 動(dòng)態(tài)冰漿蓄冷技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益
動(dòng)態(tài)冰漿蓄冷技術(shù)作為蓄冷式制冷系統(tǒng)，能夠在夜間電力負(fù)荷低谷時(shí)段（低谷電價(jià)），同時(shí)也是冷負(fù)荷低谷時(shí)段，制冷主機(jī)開機(jī)制冷并由蓄冷設(shè)備將冷量?jī)?chǔ)存起來，待白天電力負(fù)荷高峰時(shí)段（高峰電價(jià)），或者冷負(fù)荷高峰時(shí)段，再將儲(chǔ)存的冷量釋放出來滿足冷負(fù)荷需求的一類供冷系統(tǒng)。蓄冷式制冷系統(tǒng)全部或部分地將制冷主機(jī)所需的電力負(fù)荷自白天轉(zhuǎn)移至夜間，由此實(shí)現(xiàn)電力移峰填谷，達(dá)到節(jié)約電費(fèi)的目的，見圖3。
圖3 蓄冷式制冷系統(tǒng)節(jié)電運(yùn)行示意圖
乳制品生產(chǎn)企業(yè)的工藝性冷卻系統(tǒng)的耗電，一直以來占據(jù)生產(chǎn)用電負(fù)荷較高的比例。充分利用峰谷電價(jià)優(yōu)惠政策，能夠節(jié)約大量的用電成本，為企業(yè)節(jié)支增效。部分地區(qū)政府還有針對(duì)蓄冷空調(diào)的電費(fèi)優(yōu)惠政策，如深圳地區(qū)見表1。這些政策將推動(dòng)更多企業(yè)投資使用蓄冷技術(shù)。
1）宏觀社會(huì)效益。
轉(zhuǎn)移電力高蜂用電量，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的移峰填谷，平衡電網(wǎng)峰谷負(fù)荷，避免高峰時(shí)段拉閘限電；縮小電力負(fù)荷峰谷差，提高發(fā)電廠一次能源利用效率，實(shí)現(xiàn)宏觀節(jié)能；減緩電廠和輸配電設(shè)施的建設(shè)和投資；減少SO2、NOx、C02排放，減少環(huán)境污染。
2）用戶經(jīng)濟(jì)效益。
制冷設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)效率高；減少25%～50%的主機(jī)裝機(jī)容量，減少冷卻塔的裝機(jī)容量和功率，減少空調(diào)系統(tǒng)的一次性投資；減少空調(diào)系統(tǒng)電力增容費(fèi)和供配電設(shè)施費(fèi)；冷凍水溫可降到1～4℃可實(shí)現(xiàn)大溫差、低溫送風(fēng)，空氣相對(duì)濕度較低，空調(diào)品質(zhì)提髙；節(jié)省水、風(fēng)輸送系統(tǒng)的投資和能耗。充分利用峰谷電價(jià)政策的低價(jià)電力，大幅降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用；可作為應(yīng)急冷源，停電時(shí)可利用自備電力融冰供冷。
表1 深圳地區(qū)商業(yè)電價(jià)（以下電價(jià)為本稿撰寫期間深圳地區(qū)實(shí)時(shí)電價(jià)）
8 結(jié)束語
隨著乳制品生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品越來越豐富和產(chǎn)量及品質(zhì)要求的提高，由以往單一的常溫乳制品，發(fā)展到現(xiàn)在巴氏奶、低溫酸奶、乳制品飲料、乳制品雪糕等豐富多樣的產(chǎn)品種類，從而對(duì)工藝性制冷系統(tǒng)的要求有了更高的要求。本文研究的動(dòng)態(tài)冰漿蓄冷技術(shù)，提供了足量穩(wěn)定的高品質(zhì)冰水，而穩(wěn)定的高品質(zhì)低溫工藝?yán)渌譃槿橹破菲焚|(zhì)提供了保障。所采用的蓄冷技術(shù)通過大量使用低谷電力，減少使用高峰電價(jià)電力的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了節(jié)支增收，為在乳制品生產(chǎn)企業(yè)大力推廣提供了樣本。
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