掛面生產(chǎn)車(chē)間烘房排潮余熱回收技術(shù)應(yīng)用

盧紅平，張國(guó)棟，張?chǎng)?，陳汝?/p>

中糧糧谷控股有限公司（北京 100020）

掛面是以小麥粉添加鹽、堿、水制作的濕掛面，后經(jīng)懸掛烘干后切制成一定長(zhǎng)度的干掛面，是人們喜愛(ài)的主要面食之一[1]。烘干是掛面加工過(guò)程中非常關(guān)鍵的一道工序，掛面烘干采用低溫烘干工藝，烘干過(guò)程中烘干室接近恒溫、恒濕環(huán)境，烘房?jī)?nèi)掛面水分降低的同時(shí)烘干室濕度上升，為保證穩(wěn)定的脫水效果，需要將烘房?jī)?nèi)的濕熱空氣排出室外，并補(bǔ)充相同數(shù)量的常溫新風(fēng)，通過(guò)適當(dāng)?shù)目諝饣Q保持烘房的恒濕環(huán)境，確保掛面脫水穩(wěn)定。利用天然氣鍋爐產(chǎn)生蒸汽對(duì)烘房新風(fēng)和烘房?jī)?nèi)部進(jìn)行持續(xù)穩(wěn)定的加熱，保障烘干房處于恒溫環(huán)境。

烘房?jī)?nèi)空氣排出烘干室后平均溫度在31 ℃以上，相對(duì)濕度在90%左右，但因排潮空氣與環(huán)境溫度相比溫差不足，熱能品味較低，直接熱交換效果較差。掛面行業(yè)傳統(tǒng)做法是將排潮高溫高濕的氣體直接排空，造成大量能源浪費(fèi)，增加碳排放量，同時(shí)氣溫較低時(shí)高溫高濕的排潮風(fēng)易形成白霧，產(chǎn)生白色污染[1]。同時(shí)，烘房中濕熱空氣排出后需要補(bǔ)充濕度較低空氣，降低烘房?jī)?nèi)濕度，因新補(bǔ)充的干燥空氣溫度較低，以鄭州為例，全年平均氣溫14 ℃，最低氣溫-4 ℃，需要通過(guò)蒸汽加熱，消耗蒸汽熱能較多。由此可見(jiàn)在掛面生產(chǎn)的烘干過(guò)程中既有大量的余熱被浪費(fèi)掉，同時(shí)還需要通過(guò)化石原料燃燒不斷為烘房補(bǔ)充高溫干燥空氣，造成大量能源浪費(fèi)。

余熱是在能源消耗設(shè)備中沒(méi)有被利用的熱能，也就是多余、容易被浪費(fèi)掉的能源，包括高溫廢汽廢水余熱、化學(xué)反應(yīng)余熱、廢氣余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流體余壓等7種。根據(jù)研究調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資源大約占其燃料消耗總量的17%～67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%[2]。

王瑞等[3]在對(duì)乳品行業(yè)低溫余熱回收系統(tǒng)性能分析中提出了利用排風(fēng)余熱代替蒸汽預(yù)熱干燥空氣的余熱回收系統(tǒng)，以節(jié)約能耗。靳行等[4]對(duì)印染廢水余熱回收分析中表示，余熱回收技術(shù)不僅可以減少能源的使用，也能減少有害氣體排放，具有明顯的節(jié)能減排效益，而且熱泵的應(yīng)用對(duì)于印染廢水余熱回收利用領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景，所以在掛面行業(yè)應(yīng)用烘房排潮余熱回收技術(shù)，將熱能品味較低的余熱回收利用，提高能源效率，抑制日益增長(zhǎng)的能源需求，主動(dòng)減碳降碳，優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，服務(wù)保障碳達(dá)峰目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)，打造掛面生產(chǎn)節(jié)能減排示范項(xiàng)目，降低掛面干燥成本，是掛面行業(yè)應(yīng)關(guān)注的重要課題[1-4]。

1 低品位熱能回收技術(shù)

低品位熱能回收的實(shí)現(xiàn)方式是以逆循環(huán)方式迫使熱量從低溫端流向高溫端，其核心是熱泵，按熱源的種類(lèi)不同，熱泵可分為空氣源熱泵、水源熱泵、地源熱泵、雙源熱泵（水源熱泵和空氣源熱泵結(jié)合）等。

1.1 空氣源熱泵

蒸發(fā)器從空氣中的環(huán)境熱能中吸取熱量以蒸發(fā)傳熱工質(zhì)，工質(zhì)蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后壓力和溫度上升，高溫蒸汽通過(guò)粘結(jié)在貯水箱外表面的特制環(huán)形管時(shí)，冷凝器冷凝成液體，將熱量傳遞給空氣源熱泵貯水箱中的水[5]。

1.2 水源熱泵

通過(guò)輸入少量高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)低溫位熱能向高溫位轉(zhuǎn)移。水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季空調(diào)的冷源，即：在夏季將建筑物中的熱量“取”出來(lái)，釋放到水體中去，由于水源溫度低，所以可以高效地帶走熱量，以達(dá)到夏季給建筑物室內(nèi)制冷的目的；而冬季，則是通過(guò)水源熱泵機(jī)組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖[5]。

1.3 地源熱泵

通過(guò)輸入少量的高品位能源（如電能），實(shí)現(xiàn)由低溫位熱能向高溫位熱能轉(zhuǎn)移。地能分別在冬季作為熱泵供熱的熱源和夏季制冷的冷源，即：在冬季，把地能中的熱量取出來(lái)，提高溫度后，供給室內(nèi)采暖；夏季，把室內(nèi)的熱量取出來(lái)，釋放到地能中去[5]。

2 烘房排潮余熱回收技術(shù)原理

排潮余熱回收技術(shù)的核心是空氣源熱泵，空氣源熱泵是一種利用高位能使熱量從低位熱源空氣流向高位熱源的節(jié)能裝置，可以把不能直接利用的或者不容易直接利用的低位熱能轉(zhuǎn)換為可以利用的高位熱能，從而達(dá)到節(jié)約部分高位能的目的[6]。

空氣能熱泵是按照逆卡諾循環(huán)原理工作的，即：低溫高壓液態(tài)制冷劑經(jīng)膨脹機(jī)構(gòu)節(jié)流處理后變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊簯B(tài)制冷劑，進(jìn)入空氣交換機(jī)中蒸發(fā)吸熱，從空氣中吸收大量的熱量Q2；蒸發(fā)吸熱后的制冷劑以氣態(tài)形式進(jìn)入壓縮機(jī)，被壓縮后，變成高溫高壓的制冷劑（此時(shí)制冷劑中所蘊(yùn)藏的熱量分為兩部分：一部分是從空氣中吸收的熱量Q2，一部分是輸入壓縮機(jī)中的電能在壓縮制冷劑時(shí)轉(zhuǎn)化成的熱量Q1）；被壓縮后的高溫高壓制冷劑進(jìn)入熱交換器，將其所含熱量（Q1+Q2）釋放給進(jìn)入熱換熱器中的冷水，冷水被加熱到60 ℃直接進(jìn)入保溫水箱儲(chǔ)存起來(lái)供用戶(hù)使用；放熱后的制冷劑以液態(tài)形式進(jìn)入膨脹機(jī)構(gòu)，節(jié)流降壓，如此不間斷進(jìn)行循環(huán)[7]。

在實(shí)際運(yùn)行中，排潮余熱回收系統(tǒng)由送排風(fēng)機(jī)、余熱回收換熱器、余熱回收盤(pán)管、溫濕度傳感器及智能控制系統(tǒng)組成。余熱回收換熱器是通過(guò)壓縮機(jī)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)工作的，壓縮機(jī)啟動(dòng)后熱泵主機(jī)制冷系統(tǒng)中的冷媒在壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)下依次流經(jīng)冷凝器、儲(chǔ)液罐、膨脹閥、蒸發(fā)器、氣液分離器，其中冷媒在通過(guò)膨脹閥后，管道內(nèi)冷媒壓力降低，冷媒在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)氣化溫度降低，蒸發(fā)器與排潮空氣的溫差提高，從而能夠高效地吸收流經(jīng)蒸發(fā)器中排潮空氣中的熱量，冷媒攜帶從排潮空氣中吸收的熱量經(jīng)汽液分離器，經(jīng)壓縮機(jī)在高壓作用下凝結(jié)成液體而釋放出熱量，熱量通過(guò)冷凝器傳遞給經(jīng)過(guò)冷凝器的室外低溫空氣，將排潮空氣的熱量通過(guò)余熱回收盤(pán)管回收至循環(huán)水中供水源熱泵使用，形成源源不斷的高溫空氣進(jìn)入烘房。同時(shí)，排潮余熱回收系統(tǒng)與烘房?jī)?nèi)分區(qū)翅片管電動(dòng)調(diào)節(jié)閥共同作用，動(dòng)態(tài)維持烘房每個(gè)分區(qū)溫度及濕度恒定。

圖1 空氣源熱泵工作原理

3 烘房排潮余熱回收技術(shù)應(yīng)用效果

烘房新風(fēng)全年平均溫度在14 ℃左右，冬季溫度更是不到10 ℃，而烘房排潮全年溫度在31 ℃左右，且濕度大于85%，廢氣余熱豐富。在實(shí)際工作中，烘房排潮余熱回收技術(shù)有效地吸收烘房排出的濕熱空氣的熱能，吸熱后的冷媒通過(guò)壓縮機(jī)壓縮變成高溫氣體，高溫氣體通過(guò)冷凝器加熱介質(zhì)（水或空氣），加熱后的介質(zhì)輸送到烘房加熱干燥濕掛面，濕掛面水分蒸發(fā)變?yōu)楦蓲烀?，形成的排潮風(fēng)進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，在室內(nèi)帶動(dòng)空氣循環(huán)，形成恒定濕度空間。

排潮風(fēng)被吸熱后變成冷凝水與冷空氣，冷凝水匯集后再利用，冷空氣夏季可以通過(guò)專(zhuān)用管道排到操作間與包裝間降低室內(nèi)溫度，改善工人工作環(huán)境，減少制冷設(shè)備的投資及運(yùn)行費(fèi)用，其他季節(jié)通過(guò)精過(guò)濾后供潤(rùn)麥等工藝使用或排至消防水池，節(jié)約水資源，同時(shí)在冬季有效減少了白煙排放，降低白色污染。

排潮余熱回收系統(tǒng)通過(guò)在鋁基材上牢固地附著的專(zhuān)用分子篩層，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)顯熱交換（鋁基材）和潛熱交換（專(zhuān)用分子篩吸附層），熱轉(zhuǎn)換效率全年平均可達(dá)到80%以上。

排潮余熱回收系統(tǒng)冬季效果更佳，通過(guò)極少量的電能投入，有效減少天然氣能源消耗量，從源頭減少二氧化碳排放，減少天然氣燃燒產(chǎn)生的氮氧化物等污染物排放量。同時(shí)，余熱回收系統(tǒng)對(duì)排出氣體進(jìn)行過(guò)濾，有效減低粉塵的排放，解決粉塵排放污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

空氣源熱泵不需要陽(yáng)光，可以24 h全天候承壓運(yùn)行，具有高安全、高節(jié)能、壽命長(zhǎng)、不排放毒氣等諸多優(yōu)點(diǎn)[8]。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

烘房排潮余熱回收技術(shù)應(yīng)用后，以4條750型生產(chǎn)線(xiàn)，日加工掛面產(chǎn)品120 t的掛面生產(chǎn)企業(yè)來(lái)測(cè)算，掛面干燥環(huán)節(jié)年降低綜合能耗344.77 t標(biāo)煤。年節(jié)約能耗費(fèi)用50.9萬(wàn)元，投資回報(bào)率高。具體測(cè)算表如表1所示。

表1 烘房排潮余熱回收技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益測(cè)算表

4.2 社會(huì)效益分析

烘房排潮余熱回收技術(shù)應(yīng)用后，以4條750型生產(chǎn)線(xiàn)，日加工掛面產(chǎn)品120 t的掛面生產(chǎn)企業(yè)來(lái)測(cè)算，年減少二氧化碳排放903 t，具體測(cè)算方式詳見(jiàn)表1，相當(dāng)于每年多栽668棵樹(shù)（1棵普通的樹(shù)每天可吸收5 kg二氧化碳，一年按三個(gè)季節(jié)光合作用，每年可吸收1.35噸二氧化碳）。烘房排潮余熱回收技術(shù)應(yīng)用推動(dòng)了掛面行業(yè)綠色低碳發(fā)展水平，是掛面行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰目標(biāo)的重要技術(shù)路徑之一，具有重大的社會(huì)效益。

同時(shí)，烘房排潮余熱回收技術(shù)應(yīng)用也減少了化石能源的燃燒，有效減少了氮氧化物、二氧化硫、顆粒物等鍋爐廢氣的產(chǎn)生，對(duì)支持打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)、改善空氣質(zhì)量、踐行既要金山銀山也要綠水青山理念、增強(qiáng)人民群眾的幸福感具有重要意義。

5 結(jié)論與應(yīng)用建議

5.1 結(jié)論

通過(guò)該案例應(yīng)用分析，掛面生產(chǎn)車(chē)間烘房排潮余熱回收技術(shù)的應(yīng)用，達(dá)到了降低生產(chǎn)成本、綠色低碳以及保護(hù)環(huán)境的綜合效果，是未來(lái)掛面行業(yè)達(dá)成碳達(dá)峰目標(biāo)的重要途徑之一。但是先進(jìn)技術(shù)的前瞻性與客戶(hù)認(rèn)知度滯后的矛盾[1]，加上烘房排潮余熱回收技術(shù)一次性固定投資相對(duì)較高，工廠在未經(jīng)詳細(xì)測(cè)算的情況下接受率低。

5.2 應(yīng)用建議

1) 建議熱泵制造企業(yè)加快新技術(shù)的研發(fā)、提高效率、合理配置余熱回收儲(chǔ)備設(shè)備，獲得可觀的綜合收益[9]。同時(shí)，降低新技術(shù)中設(shè)備制造成本，減少掛面企業(yè)熱泵干燥技改的一次性投資。

2) 建議政府層面加大節(jié)能新技術(shù)宣傳推廣力度，出臺(tái)低碳改造專(zhuān)項(xiàng)補(bǔ)貼制度，減輕企業(yè)投資負(fù)擔(dān)，為掛面行業(yè)服務(wù)保障碳達(dá)峰目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展持續(xù)賦能。

3) 由于烘房需要的熱量比較大，故僅靠烘房排潮余熱回收技術(shù)的制熱量不足以滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)需求，建議烘房排潮余熱回收技術(shù)要與小型天然氣鍋爐配合使用，達(dá)到最大的節(jié)能降碳效果。

4) 在冬季寒冷地區(qū)，尤其是濕度較高時(shí)，建議適當(dāng)增加點(diǎn)檢頻次，預(yù)防結(jié)霜，保持系統(tǒng)高效運(yùn)行。

5) 在冬季寒冷地區(qū)，如果天氣溫度較低時(shí)，建議不要輕易切斷電源，避免溫度過(guò)低凍壞設(shè)備，造成設(shè)備故障。

6) 希望通過(guò)該文章能使掛面行業(yè)更加認(rèn)識(shí)到烘房排潮余熱回收技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益，以更加積極有為的態(tài)度響應(yīng)國(guó)家以及行業(yè)碳達(dá)峰實(shí)施的相關(guān)要求，自覺(jué)減碳降碳，探索低碳發(fā)展模式。