Системы генерации ледяной воды на базе льдоаккумуляторов позволяют сократить затраты на электроэнергию на молочном предприятии до 40%. О том, что они собой представляют, как работают, а также об успешном опыте применения систем на предприятиях молочной промышленности, рассказываем в новом материале, недавно опубликованном на портале milknews.ru.
Чем полезны льдоаккумуляторы на молочных предприятиях
В России с 2024 года заработал механизм регулирования спроса на электроэнергию. Согласно поправкам в закон «Об электроэнергетике», компании, присоединившиеся к его работе, в пиковые часы спроса должны будут снижать энергопотребление, за что им будет выплачиваться вознаграждение.
Системы холодоснабжения на предприятиях молочной промышленности являются одними из основных потребителей электроэнергии в силу того, что единственным способом сохранения высокого качества молока и молочных продуктов в промышленных масштабах является их быстрое охлаждение до заданных температур.
Наиболее эффективным способом снижения эксплуатационных затрат на электроэнергию в сегодняшних условиях является применение систем генерации ледяной воды на базе льдоаккумуляторов, которые в отличие от водоохлаждающих холодильных установок (чиллеров), обладают следующими преимуществами:
уменьшение установленной мощности холодильного оборудования;
уменьшение потребления электроэнергии холодильного оборудования;
уменьшение эксплуатационных затрат на электроэнергию за счет применения ночных тарифов;
уменьшение капитальных затрат на холодильное оборудование;
увеличение надежности и срока эксплуатации системы охлаждения без риска разрыва теплообменных аппаратов;
увеличение стабильности температуры теплоносителя при пиковых тепловых нагрузках.
Устройство систем генерации ледяной воды
Рассмотрим основные особенности систем генерации ледяной воды на предприятиях молочной промышленности. Как правило, в установках применяются аппараты двух типов: пленочные испарители и льдоаккумуляторы.
Пленочные испарители идеально подходят для производств с постоянной тепловой нагрузкой. Они представляют собой довольно простую и надежную конструкцию, включающую пакет полых гофрированных пластин из нержавеющий стали (рисунок 1). Охлаждение воды осуществляется по следующему принципу: отепленная вода от потребителя поступает в накопительный бак, после которого равномерно распределяется с помощью направляющих аппаратов на теплообменные пластины и стекает по ним, образуя тонкую пленку. Пластины имеют низкую температуру стенки, поддерживаемую за счет прохождения внутри них хладагента, благодаря чему вода быстро охлаждается вплоть до 0 °С. Далее охлажденная вода стекает в сборную емкость, расположенную под испарителем, и распределяется по потребителям.
Рисунок 1. Пленочный охладитель
Льдоаккумуляторы представляют собой теплоизолированный бак-резервуар с размещенными внутри теплообменниками, на внешней поверхности которых «холод» запасается путём наморозки льда (рисунок 2). Теплая вода из технологического контура поступает в резервуар льдоаккумулятора, где охлаждается, за счет таяния накопленной массы льда. В настоящее время наибольшее распространение получили трубчатые погружные теплообменники змеевикового типа.
Рисунок 2. Общий вид льдоаккумулятора
Льдоаккумуляторы оснащаются современной электронной системой автоматического управления, включающей в себя датчики толщины льда, уровня воды, температуры, также систему автоматической подпитки. Благодаря продуманной технологии теплоизоляции, исключены «мостики холода». Особая геометрия змеевиковых секций позволяет аккумулировать максимальное количество льда в минимальном объеме.
Применение льдоаккумуляторов позволяет компенсировать пиковые тепловые нагрузки, что существенно снижает требуемую холодопроизводительность и электрическую мощность компрессорного и вспомогательного оборудования. Равномерный режим работы позволяет холодильным установкам льдоаккумуляторов не простаивать, в отличие от более мощных чиллеров.
Более того основное рабочее время холодильных централей льдоаккумуляторов – это ночь, когда компрессоры работают с наиболее низким давлением конденсации, что позволяет дополнительно снизить потребляемую электрическую мощность.
Для интенсификации процесса таяния льда и ускорения охлаждения воды в современных льдоаккумуляторов предусмотрен барботаж - подача сжатого воздуха в объем воды.
Также для снижения температуры ледяной воды льдоаккумуляторные емкости некоторых конструкций выполняются в форме лабиринта: такое решение уменьшает разнос теплой воды, увеличивая ее путь от входа в бак до выхода из него.
Еще одним способом уменьшения температуры воды является разбиение испарителя для ледяной воды на отдельные секции (рисунок 3), каждая из которых снабжена своими датчиком температуры и запорной арматурой, и управляется отдельно, что, в свою очередь, позволяет проводить обслуживание и ремонт без остановки системы.
Рисунок 3. Погружная теплообменная секция змеевикового типа для льдоаккумуляторов
Для повышения пиковой мощности системы возможна комбинация пленочных охладителей и льдоаккумуляторов. При такой схеме аппараты устанавливается последовательно. В начале отепленная вода переохлаждается в пленочном аппарате, после чего доохлаждается до требуемой температуры в объеме льдоаккумулятора. Комбинированная схема охлаждения с применением пленочного охладителя и льдоаккумулятора показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Технологическая схема охлаждения комбинированного типа
Что предлагают отечественные производители?
Завод промышленного холодильного оборудования «ТехноФрост», расположенный в г. Киржач Владимирской области, поставляет на рынок широкий модельный ряд льдоаккумуляторов и панельных пленочных теплообменников для различных технологических процессов молочной промышленности.
В 2020 году завод «ТехноФрост» в рамках внутренней программы по импортозамещению обновил и расширил модельный ряд льдоаккумуляторов и панельных пленочных теплообменников. Более 90% комплектующих, необходимых для производства этого оборудования, производится в России.
В 2021 г. водоохлаждающая установка с аккумуляцией льда производства завода «ТехноФрост» была признана победителем конкурса «100 лучших товаров России», а в 2024 продукция стала победителем конкурса новейших разработок для молочной отрасли DairyTech Award в номинации «Оборудование и технологии для производства и упаковки цельномолочной, кисломолочной продукции» (рисунок 5). На конкурс был номинирован льдоаккумулятор, произведенный в рамках реализации проекта «Разработка и организация производства линейки высокоэффективных установок генерации ледяной воды на базе льдоаккумуляторов нового поколения c номинальной аккумулирующей способностью от 2 до 12 тонн льда», получившего поддержку Минпромторга России. Отметим, что научно-исследовательские работы по проекту ведутся совместно с Всероссийским НИИ холодильной промышленности (ВНИХИ).
Рисунок 5. Опытный образец льдоаккумулятора
Основные технические характеристики опытного образца:
Аккумулирующая способность 300 кг льда / 27,9 кВт
Номинальная холодопроизводительность 6,2 кВт
Температура кипения / конденсации - 10 °С / 45 °С
Хладагент R507A
Опыт применения льдоаккумуляторов «ТехноФрост» российскими молочниками
Сегодня «ТехноФрост» успешно работают на молокозаводах Московской, Воронежской, Орловской, Калужской, Костромской и Калининградской областей, а также в Татарстане, Красноярском крае и на Алтае.
Компания «АГРОСИЛА-МОЛОКО» после приобретения оборудования «ТехноФрост» увеличила объем переработки молока дополнительно на 100 тонн в сутки. В комплект поставки вошли два льдоаккумулятора с аккумулирующей способностью по 12 тонн в сутки и машинное отделение в контейнерном исполнении (рисунок 6). Внутри машинного отделения размещены две многокомпрессорные холодильные установки холодопроизводительностью по 237 кВт (при этом каждая работает на «свой» льдоаккумулятор), а также гидромодуль с частотным преобразователем. На крыше контейнера смонтирован воздушный конденсатор.
Рисунок 6. Система генерации ледяной воды на предприятии «АГРОСИЛА-МОЛОКО»
Самый мощный комбинированный льдоаккумулятор установлен на предприятии агрофирмы «Оптина» (г. Козельск Калужской области), он намораживает 16 тонн льда за 4,5 часа. Аккумулирующая способность составляет 1,5 МВт, а суммарная холодопроизводительность льдоаккумулятора и пленочного испарителя 750 кВт.
Такое технологическое решение позволяет вырабатывать весь необходимый для объекта объем холода в периоды, когда электрическая система предприятия не перегружена пиковым энергопотреблением, — такой подход является наиболее эффективным.
На заводе «Сыровар» (резидент крупнейшего агрокластера Подмосковья «Сырная долина», мощности завода позволяют перерабатывать до 190 тонн молока в сутки) предусмотрена система генерации «ледяной воды» с околонулевой температурой (рисунок 7). Система состоит из двух контуров. Первый контур рассчитан на температурный режим +2 / +8 ˚С в подающем и обратном трубопроводе соответственно. Во втором контуре обеспечивается циркуляция воды с температурами +15 / +32 ˚С.
Охлаждение воды второго контура организовано за счёт первого контура с применением фрикулинга — технологии понижения температуры объекта с использованием «холода» окружающей среды без применения компрессорного и другого энергоёмкого оборудования. В данном случае, при охлаждении воды до 15 ˚С, система фрикулинга работает в широком диапазоне температур наружного воздуха, что обеспечивает значительную экономию электроэнергии для предприятия в течение года.
Рисунок 7. Льдоаккумуляторы на заводе «Сыровар»
Выработка холода для пленочных испарителей осуществляется холодильной установкой на базе винтовых компрессоров холодопроизводительностью 480 кВт (температура кипения / конденсации -4 / +45 ˚С) с конденсаторами воздушного охлаждения. В качестве холодильного агента применен R507A. Охлаждение льдоаккумуляторов обеспечивается схожей централью производительностью 460 кВт (-10 / +45 ˚С).
В качестве заключения
Подводя итоги, необходимо подчеркнуть, что системы генерации ледяной воды на базе льдоаккумуляторов давно и успешно зарекомендовали себя на объектах молочной промышленности как надежные и энергоэффективные решения. А возможность таких систем запасать “холод” в ночные часы при реализации нового механизма регулирования спроса на электроэнергию позволит извлекать еще больше экономической выгоды от их применения. Грамотные проектные решения и качественное оборудование позволят предприятиям сократить затраты на электроэнергию до 40%.
Комментарии 0
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставить комментарий