隨著國家“雙碳”目標的推進,糧油食品行業中掛面烘干的傳統鍋爐熱源正迅速被熱泵熱源所取代。
然而,在實際應用中,即使在相同區域、相同產能、相同烘干工藝以及相同廠家的熱泵技術支持下,不同掛面生產廠家的節能效果仍存在顯著差異。具體表現為,噸干品掛面的烘干電耗(包括熱泵壓縮機、熱泵風機、循環水泵等熱源部分的綜合能耗)差異較大。經過大量調查和數據分析,這種差異主要與烘房四周墻體的保溫質量以及開機生產的連續性有關。本期將重點探討開機生產連續性對節能效果的影響。
首先我們要了解清楚熱泵與鍋爐制熱原理的不同,才能分析出為什么熱泵掛面烘干連續生產才能更節能,尤其是外界溫度低的時候更為明顯(我國北方地區的冬季)。
鍋爐是一種能量轉換設備,其輸入能量形式包括燃料中的化學能、電能以及高溫煙氣的熱能等。經過轉換后,鍋爐向外輸出具有一定熱能的蒸汽、高溫水或有機熱載體。在鍋爐的額定制熱工況下,單位時間內輸入的燃料越多,產生的熱能也越多。
熱泵本身并不直接產生熱量,而是充當“熱量搬運工”的角色。它是一種能夠將低溫熱源的熱能轉移到高溫熱源的裝置,其工作原理基于逆卡諾循環。通過消耗少量高品位能源(如機械能、電能或高溫熱能),熱泵可以實現熱能從低溫到高溫的傳遞。
熱泵制熱的條件是必須有充足的熱源。熱源側溫度越低,壓縮機的能效比就越低,即壓縮機的“搬運能力”越差。同時,供熱側溫度要求越高(即熱源側與供熱側的溫差越大),壓縮機的能效比也會越低。相反,熱源側與供熱側的溫差越小,壓縮機的能效比則越高。
在掛面生產開始前,烘干房需要提前升溫至設定溫度才能進入濕面條。在沒有高溫高濕排風(即沒有額外熱源)的情況下,熱泵通過吸收外界空氣中的能量以及壓縮機自身運行產生的機械能轉化為熱能來實現升溫。當室外環境溫度較高時,壓縮機的能效比較高,烘干房升溫迅速;而當室外環境溫度較低時,壓縮機的能效比較低,烘干房升溫緩慢。尤其是當室外溫度低于5°C時,升溫耗能顯著增加,延長了烘干房的升溫時間。為了避免烘干房升溫過慢,熱源系統通常配備有輔助加熱裝置(如電輔加熱),在極端天氣條件下啟動。
一些小型企業由于產品市場占有率較低,通常采用12小時間歇生產模式,即白天生產、晚上停機。每次啟動熱泵時,都需要重新建立烘干室與外部環境的熱平衡(如加熱設備結構、調節濕度等),這一過程會額外消耗20%-30%的啟動電能,且熱泵的制熱系數(COP)明顯下降。相比之下,連續運行可以維持穩定的蒸發/冷凝溫度差,使壓縮機始終處于高效運行區間。
連續化的必要性:
熱泵的能效比高:連續生產時,濕熱空氣的排出與新風輸入保持動態平衡,熱泵可實時回收熱量,熱回收效率高達60%-80%。而間歇生產中,烘干室需要周期性排濕和補熱,導致余熱回收窗口碎片化,大量熱量未被利用即散失(例如停機時濕熱空氣滯留導致冷凝水析出,潛熱無法回收)。
減少熱慣性損失:熱泵烘干設備(如烘干室壁、輸送帶等)具有熱慣性,間歇運行時,設備結構散熱導致熱量損失,重啟時需重新加熱至設定溫度,額外消耗能量;連續運行時,設備始終處于熱平衡狀態,結構體的蓄熱成為穩定運行的“熱緩沖池”,無需反復補熱。
因此,連續化生產不僅是工藝需求,更是熱泵技術特性與節能潛力充分發揮的必要條件。
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