本期分享冰轮环境技术股份有限公司《福建正大食品蒸汽改造工程项目》，该项目获得2024“节能杯”第九届热泵系统应用设计大赛“热泵工业最佳应用奖”。福建龙岩正大食品有限公司专注于家禽屠宰加工，实施两班制生产，日屠宰量高达约27万只。在加工流程中，如烫毛、蒸煮及高温消毒等环节，需大量蒸汽，日均消耗量超过38吨，且全部依赖外购（成本为330元/吨），导致运营开支庞大。此外，完成加工后的产品还需通过制冷系统进行降温、冷冻及冷藏，这一过程既需蒸汽加热升温，又需压缩机驱动降温，冷热之间缺乏有效衔接，造成了显著的能源浪费。经行业调研发现，理论上可采用热水替代蒸汽作为加热介质。考虑到车间主要热用温度为65℃的漂烫区及90~95℃的蒸煮消杀区，预计热水日消耗量将超过450吨。基于这些条件，设计了一套多级热回收机组，对制冷系统排放的废热进行再利用，以分别制取65℃和95℃的热水，从而完全取代蒸汽的使用。热源侧是氨制冷系统冷凝热，夏季工况35℃饱和温度，冬季工况25℃饱和温度；用户用热侧是生产车间工艺使用，包括65℃和95℃两种热水需求，65℃热水主要应用于烫毛工艺、喷淋工艺、车间清洗等，95℃热水主要应用于高温蒸煮、高温消毒等。用户希望从氨制冷系统回收冷凝余热，采用热泵制取生产工艺所需的热水。热水需求量：65℃水一天570吨，最大瞬时用水量为45吨/小时；95℃水一天240吨，最大瞬时用水量为10吨/小时。该项目采用的设备是冰轮环境设计和生产的氨高温热泵两套，R245fa高温热泵两套，并配套预热器、补水箱、65℃蓄热水箱、95℃蓄热水箱等设备。该系统首先通过氨高温热泵机组，从氨制冷系统回收冷凝热，制取65℃热水存放于蓄热水箱，部分65℃水可直供车间漂烫等用热工艺点，另一部分65℃水作为热源水进入R245fa高温热泵机组，制取95℃热水存放于蓄热水箱，末端需要时供往用热点使用。该系统最大能力可制取65℃热水800吨/天，95℃热水400吨/天，可实现对外购蒸汽的完全替代。
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根据用户要求，此项目采用的技术方案是两级热泵分别制取65℃和95℃热水，应对上述两种用热需求。热源来自于制冷系统冷凝热，根据调研数据，该项目氨制冷系统冬季冷凝压力约1.06MPa，对应冷凝温度为30℃；夏季冷凝压力约1.15～1.23MPa，对应冷凝温度32.5～34.5℃。制冷系统压缩机开启数量比较多，根据统计，夏季制冷系统最大总排热量约13000kW，冬季制冷系统压缩机平均最小排热量约3500kW。此排热量完全可以满足热回收的需求。![]()
首先在制冷系统的总排气管路上设置冷凝热回收器（以下简称预热器），可将凉水补水从15℃加热至30℃左右。氨工质在该预热器内部发生冷凝，冷凝液并入制冷系统总冷凝回液管。设置两套65℃氨高温水热泵机组，以氨制冷系统的冷凝余热作为低品位热源，用氨热泵将预热器预热后的水加热至65℃，存入65℃水箱；另设置两套95℃的R245fa高温热泵机组，以部分65℃水作为热源，将另一部分65℃热水继续加热至95℃，存入95℃水箱。65℃水箱和95℃水箱均具备蓄热能力，设置外供水泵，在末端需要用热水时从水箱直接抽水送往用热末端。![]()
该项目通过引入两级热泵系统为生产工艺供热，相较于改造前的蒸汽供热模式，具有显著的节能效益与经济优势。根据精确测算，该热泵系统年度制热量高达31257GJ，而其年耗电量仅为2347700kWh。基于当地平均电价0.65元/kWh，热泵系统的年运行成本为152.6万元。对比之下，改造前用户依赖外购蒸汽供热，蒸汽单价为330元/吨。若以热泵系统一年提供的总热量换算，相当于需要外购蒸汽12210吨，年蒸汽费用将高达402.9万元。因此，采用此热泵系统替代外购蒸汽供热，企业每年可节约能耗成本250.3万元，投资回收期短至2.5年。热泵技术以其高效节能的特性，相较于传统蒸汽供热方式，能够以较低的电能输入产出大量热能，大幅提升能源利用效率，并为用户带来可观的能源成本节约。在项目改造前，企业依赖外购蒸汽供热，这些蒸汽来源于周边热电厂燃烧化石燃料，导致制取蒸汽过程中产生了大量碳排放。而通过实施本项目，采用热泵系统作为替代方案，显著减少了化石能源的消耗及相应的碳排放。据测算，这一转变每年可减少二氧化碳排放量高达3125吨。此外，热泵系统的独特之处在于其热源来源于氨制冷系统的冷凝热。每年，该系统能够从制冷过程中回收高达24192GJ的冷凝热量，这相当于避免了制冷系统向自然环境排放同等量的废热，有效降低了热污染，实现了环境友好型的能源循环利用。用户反馈显示，该项目已稳定运行超过4年，期间总计回收了96768GJ的冷凝余热，成效显著。不仅节省了2.2万吨水资源，还减少了1.25万吨的二氧化碳排放，并带来了约1000万元的经济收益。在项目运行期间，系统整体表现稳定，节能效益十分突出。更重要的是，本项目展示了采用高温电热泵机组进行制冷系统冷凝全热回收供热从而替代蒸汽供热的可行性、环保效益和经济效益，为该技术的广泛应用提供了良好的示范效应。
