高效节能冷冻机系统及在生产中的综合应用技术

摘要

本发明公开了一种高效节能冷冻机系统及在生产中的综合应用技术，它解决了现有技术存在能耗高以及用电高峰拉闸限电给企业生产带来停机等问题，其特征在于：它是根据生产线耗冷设备的需求设计不同的冷冻机组和冷却塔组，通过安装泵、阀门的管道与生产线耗冷设备构成循环管路，其具体方法：一是将冷冻机组并联运行，将原有多条生产线冷冻机系统通过管道连接并联运行；二是对电网移峰填谷，增设蓄冷池集中蓄能；三是采用冷却塔冷却，当环境温度在15℃以下季节，无需开启冷冻机。具有构思科学、设计布局合理、节能降耗等优点，能够有效防止因供电部门拉闸限电以及冷冻机组维修使生产线停产给企业带来的损失，具有广泛的推广应用价值。

说明书

一、技术领域

本发明属于企业生产中冷冻机系统能源综合应用技术，尤其在涉及多台冷冻机组的能源高效节能的综合应用技术。

二、背景技术

因生产工艺需求，BOPP拉膜生产线需要10～20℃冷却水。冷却水形成是运用温度自动控制原理，对冷冻机系统供给的5～10℃冷冻水经过交换器与冷却水交换而成，满足生产需求。每条生产线都配有冷冻机，一用或多用一备，独立并联运行。因生产线设备状况不一，冷冻机系统配置大小各异，各系统能源利用率差别大，故而每条生产线间冷冻机系统的冷冻水能源缺乏互补性。随着夏季环境温度的升高，生产线制冷量需求量不断增加，制冷设备使用率高，故障率也不断攀升，每套冷冻机系统实际运行状况存在差异，生产线间每套冷冻机系统缺乏互换性，如果单条生产线的冷冻机系统出现故障，由于维修的不及时势必导致该生产线停机、停产。夏季高温季节电网电量供应紧张，电力对电网峰、谷电费计价有别，非计划性拉闸限电、停电时有发生。上述情况直接致使企业产品质量不稳定，产量下降，制造成本上升；同时设备因缺乏互补性、互换性，故障率高，利用率低，能耗高，维修成本增加。给企业带来不必要经济负担和负面影响，降低企业在市场中的竞争力。

三、发明内容

本发明的目的就是解决现有技术存在的缺陷，为生产企业提供一种通过对多套冷冻机系统进行电网移峰填谷并联运行，实行冷冻水集中蓄能，实时利用，季节性利用冷却塔降温功能的综合能源合理利用和节能降耗技术。

本发明的技术方案是：高效节能冷冻系统是由冷却塔组、冷却水池、冷冻机组通过带泵、阀的管道并联后与生产线耗冷设备形成循环管路，即在冷却水池与冷冻机组之间增设了蓄冷池，该蓄冷池一方面通过管道与冷冻机组的蒸发器相连，一方面通过设置阀门的管道与设置阀门的管道和设置泵的管道相连，设置泵的管道则与冷却水池相连，冷却水池上方设置冷却塔组，通过管道与冷却机组的冷凝器相连，蓄冷池则通过设置泵的管道与生产线耗冷设备相连，该生产线耗冷设备的出口一则通过带阀门的管道与冷冻机组的蒸发器相连，一则通过带阀门的管道与连接冷却塔组和冷却机组的冷凝器的管道相连。

高效节能冷冻系统在生产中的综合应用技术是根据生产线耗冷设备的需求设计不同的冷冻机组和冷却塔组，通过安装泵、阀门的管道与生产线耗冷设备构成循环管路，其具体方法如下：

（1）冷冻机系统并联，对电网移峰填谷运行，集中蓄能：冷冻机系统主要由冷冻机制冷系统和散热系统组成，冷冻机组蒸发器、蓄冷池、生产线耗冷设备、泵、阀门及管道构成冷冻机制冷系统；由冷冻机组冷凝器、冷却塔组、冷却水池、泵、阀门及管道构成冷冻机散热系统；冷冻机制冷系统是通过管道及阀门连接，将多条生产线冷冻机组的冷冻水进行并联输出，利用非峰值电力时段, 使多台冷冻机在满负荷条件下工作运行，通过水泵将冷冻水供给生产线耗冷设备，同时冷冻水以显热或潜热的形式蓄存在蓄冷池中；在峰值电力时段，利用蓄存的冷量经过冷冻机组供给生产线耗冷设备，从而可减轻冷冻机组负载量，达到减少系统冷冻机开启台数，也可满足耗冷系统的需求。冷冻机散热系统是对冷冻机冷凝器组进行散热作用；在峰值电力时段，减少冷冻机开启台数可大幅节约电能，同时可对冷冻机进行交替使用或对停下的冷冻机设备进行维护、保养，减少随机性设备故障，提高设备运转可靠性。冷冻机组集中制冷，集中蓄冷，并联输出有效提高冷冻水能源合理利用，提高冷冻机系统冷冻水资源互补性和设备互换性； 

（2）冷却塔制冷：冷却塔制冷系统由冷却塔组、冷却水池、蓄冷池、生产线耗冷设备、泵、阀门及管道组成，利用冷却塔工作原理，依靠空气的相对湿度以及压力，达到降温功效，其降温幅度可达到5-7℃；方案如下：将原用作冷冻机散热的冷却塔组通过管道进行并联，集中制冷，将降温下来的冷却水集中蓄冷，然后逐一输送各生产线耗冷设备，与生产线耗冷设备交换出水送到冷却塔组，其与空气交换降温再次集中送往蓄冷池集中蓄冷，这种制冷技术是一种季节性节能技术，因生产耗冷设备冷却水需在10-20℃范围，故当环境温度在15℃以下季节，无需开启冷冻机组，利用冷却塔制冷的冷却水也可达到生产线耗冷设备需求，从而减少制冷设备使用率，节约电费，达到节能降耗效果，由于此期间冷冻机为停机状态，可对冷冻机逐一进行年度维护、保养、大修工作，为下一年度高温季节冷冻机可靠运行提供保障。

本发明的有益效果：一是改变现有技术制冷机在白天电网高峰运行为用电低谷的夜间22：00到次日的上午8：00期间运行，既可减少系统的启、停次数，同时大大地降低了冷冻机系统设备故障率，提高了冷冻机系统设备的运行效率（8FS10活塞冷冻机运行工况见下表所示）。

二是冷冻机系统改独立并联运行为集中并联运行，不仅具有大冷量范围、低成本冷量率，而且具有极高的可靠性，同时多能量控制级数，有效减轻对用户电网的冲击。 

三是冷冻机系统高温季节运行，常温季节改良运行。即高温季节，冷冻机系统可满负荷夜间集中并联运行；常温季节（环境温度在10-20℃）时，利用冷却塔负压降温性能特点（进水与出水温差可达到5-10℃），科学合理配置多个负压低温冷却塔，车间在确保生产工艺的前提下，可根据季节气温变化，再适当地对循环水系统进行改造，以实现冷冻水和冷却水替代（混用），减少制冷机组的运行数量，从而达到节能效果。

下面结合附图对本发明作进一步描述。

四、附图说明

图1为本发明冷冻机系统整体工艺流程示意图；

图2为本发明环境温度在15℃以上冷冻机系统工艺流程示意图；

图3为本发明环境温度在15℃以下冷冻机系统工艺流程图。

图中：1为蓄冷池，2、10为泵，3为生产线耗冷设备，4、11、12、13为阀门。

五、具体实施方式

如图1所示，高效节能冷冻系统是由冷却塔组8、冷却水池9、冷冻机组5以及带泵、阀管道等构成循环回路，在冷却水池9与冷冻机组5之间增设了蓄冷池1，该蓄冷池一方面通过管道与冷冻机组5的蒸发器7相连，一方面通过设置阀门11的管道与设置阀门13的管道和设置泵10的管道相连，设置泵10的管道则与冷却水池9相连，冷却水池9上方设置冷却塔组8，通过管道与冷却机组的冷凝器6相连，蓄冷池1则通过设置泵2的管道与生产线耗冷设备3相连，该生产线耗冷设备3的出口一则通过带阀门4的管道与冷冻机组的蒸发器7相连，一则通过带阀门12的管道与连接冷却塔组8和冷却机组的冷凝器6的管道相连。

高效节能冷冻系统在生产中的综合应用技术是根据生产线耗冷设备的需求设计不同的冷冻机组和冷却塔组，通过安装泵、阀门的管道与生产线耗冷设备构成循环管路，其具体方法如下：

（1）冷冻机系统并联，对电网移峰填谷运行，集中蓄能：冷冻机系统主要由冷冻机制冷系统和散热系统组成，冷冻机组蒸发器、蓄冷池、生产线耗冷设备、泵、阀门及管道构成冷冻机制冷系统；由冷冻机组冷凝器、冷却塔组、冷却水池、泵、阀门及管道构成冷冻机散热系统；冷冻机制冷系统是通过管道及阀门连接，将多条生产线冷冻机组的冷冻水进行并联输出，利用非峰值电力时段, 使多台冷冻机在满负荷条件下工作运行，通过水泵将冷冻水供给生产线耗冷设备，同时冷冻水以显热或潜热的形式蓄存在蓄冷池中；在峰值电力时段，利用蓄存的冷量经过冷冻机组供给生产线耗冷设备，从而可减轻冷冻机组负载量，达到减少系统冷冻机开启台数，也可满足耗冷系统的需求。冷冻机散热系统是对冷冻机冷凝器组进行散热作用；在峰值电力时段，减少冷冻机开启台数可大幅节约电能，同时可对冷冻机进行交替使用或对停下的冷冻机设备进行维护、保养，减少随机性设备故障，提高设备运转可靠性。冷冻机组集中制冷，集中蓄冷，并联输出有效提高冷冻水能源合理利用，提高冷冻机系统冷冻水资源互补性和设备互换性； 

（2）冷却塔制冷：冷却塔制冷系统由冷却塔组、冷却水池、蓄冷池、生产线耗冷设备、泵、阀门及管道组成，利用冷却塔工作原理，依靠空气的相对湿度以及压力，达到降温功效，其降温幅度可达到5-7℃；方案如下：将原用作冷冻机散热的冷却塔组通过管道进行并联，集中制冷，将降温下来的冷却水集中蓄冷，然后逐一输送各生产线耗冷设备，与生产线耗冷设备交换出水送到冷却塔组，其与空气交换降温再次集中送往蓄冷池集中蓄冷，这种制冷技术是一种季节性节能技术，因生产耗冷设备冷却水需在10-20℃范围，故当环境温度在15℃以下季节，无需开启冷冻机组，利用冷却塔制冷的冷却水也可达到生产线耗冷设备需求，从而减少制冷设备使用率，节约电费，达到节能降耗效果，由于此期间冷冻机为停机状态，可对冷冻机逐一进行年度维护、保养、大修工作，为下一年度高温季节冷冻机可靠运行提供保障。

实施本发明时，如图1、图2所示，以环境温度在15℃以上为例，设备工作状态是：阀门4、阀门13开启，泵10、泵2开启，阀门12、阀门11关闭，冷冻机组5运行，冷却塔组8运行。工作流程是：泵2将蓄冷池1内的冷冻水供给生产线耗冷设备3，达到设备降温效果，经过耗冷设备交换出的冷冻水经过设置阀门4的管道流入冷冻机组5，通过冷冻机系统的蒸发器7进行制冷交换，冷冻水再次流进蓄冷池，周而复始。利用非峰值电力时段, 使多台冷冻机组5在满负荷条件下工作运行,一部分冷冻水供给生产线耗冷设备3，一部分冷冻水以显热或潜热的形式蓄存在蓄冷池1中。在峰值电力时段，利用这些蓄存的冷量供给生产线，从而可减少冷冻机系统开启台数，满足耗冷系统的需求。此时，可针对性对部分冷冻机系统设备进行维护、保养，减少随机性设备故障，提高设备运转率，同时达到冷冻水能源合理利用、节能降耗作用。冷却塔组8、冷却水池9、泵10是给冷冻机系统冷凝器散热用。

如图1、图3所示，以环境温度在15℃以下时为例，设备工作状态是：阀门12、阀门11开启，泵10、泵2开启，阀门4、阀门13关闭，冷冻机组5停止工作，冷却塔组8运行。启动冷却塔组，结合环境温度，开启冷却塔台数。工作流程如下：将冷却水池9内的冷水通过泵10，流经阀11进入蓄冷池1集中蓄冷，泵2将蓄冷池1中的冷水提供给生产线耗冷设备3，经过生产线耗冷设备3交换出冷水通过阀12流进冷却塔组8，冷却下来的水流进冷却水池9。此时，冷冻机组处于停机状态，集中对冷冻机组年度性维护、保养或大修。

综上所述，本技术是通过对多套冷冻机系统进行电网移峰填谷并联运行，实行冷冻水集中蓄能，实时利用，统一调节，逐一输出，季节性利用冷却塔降温功能的综合能源合理利用和节能降耗技术。有效弥补原冷冻系统不足，提高冷冻系统能源互补性、互换性和利用自然环境制冷经济性，提高设备运转率，减少随机性故障率，降低维修成本，降低产品制造成本，提高生产效率，稳定产品质量，为企业提高市场竞争力作出有力保障。