胡樹杰
(沈陽理工大學 信息科學與工程學院,沈陽 110168)
高溫火腿腸生產(chǎn)線節(jié)能設計
胡樹杰
(沈陽理工大學 信息科學與工程學院,沈陽 110168)
高溫火腿腸烘干加工線在設計及實現(xiàn)中過于考慮產(chǎn)品去濕的效果,而忽略了能源的利用率。通過加工線運行的數(shù)據(jù)及對空氣處理機的分析,提出改進方案。經(jīng)過對PLC及變頻器編程調試達到設計要求。運行結果證明,系統(tǒng)在自動運行的情況下節(jié)能明顯。
能源;設計;生產(chǎn)線
隨著節(jié)能環(huán)保的意識逐漸增強,對設備的節(jié)能提出了更高的要求。高溫火腿腸加工線的設計由于國內外沒有相關的參照,且包括自控、暖通及機械傳輸?shù)榷鄠€專業(yè)的設計配合,在設計及實現(xiàn)中又過于考慮產(chǎn)品去濕的效果[1],而忽略了能源的利用率。
在自動加工線的運行中傳輸帶的能耗較小,而能耗主要部分為空氣處理機。一般空氣處理機的應用大部分用作人工環(huán)境的處理,因此可參考的相關數(shù)據(jù)及經(jīng)驗值也少。在設計上為保證去濕的效果,設計參數(shù)上均取了上限值。而大量的能耗消耗在冷熱風上。根據(jù)加工線運行數(shù)據(jù)及對空氣處理機等的分析,在滿足系統(tǒng)要求的基礎上,對系統(tǒng)進行了節(jié)能的設計。運行結果證明,設計的節(jié)能較明顯,自控系統(tǒng)復雜程度不變。
傳輸線(包括震動和提升)及倒料槽對能量消耗較小,因此不做過多的分析和改動。
人工環(huán)境用空氣處理機往往強調溫濕度控制精度,并且送風溫差小。而本系統(tǒng)熱風溫度較高(35-55度)且風壓大,風速高,通過高速的熱風將產(chǎn)品濕氣帶走,對溫度的精度要求不高,兩者區(qū)別較大。
傳輸線的產(chǎn)品為濕負荷,由于大部分水分在瀝水震動已被去掉,主要在腸衣兩頭及疊處存有少量濕氣,產(chǎn)品對回風的絕對濕度及相對濕度影響不大。因此空氣處理機采用部分回風不會影響系統(tǒng)的除濕效果。
原K1系統(tǒng)直接利用新風,沒加回風主要考慮回風同新風混合增加送風濕度,影響熱風除濕效果。經(jīng)實際測試:上、中層產(chǎn)品溫度較均勻,與送風溫度差8度左右。上層產(chǎn)品去濕接近90%,要求中層去濕程度低。從數(shù)據(jù)看中層除濕負擔不大,上層回風含濕小,可以利用其作為中層的送風,并采用回風。
原K2系統(tǒng)直接利用新風主要考慮利用回風會加大送風的含濕量,而且送風溫差大使產(chǎn)生冷凝水。原K2系統(tǒng)實際測試:下層產(chǎn)品的溫差較大,前端與中層接近,末端接近送風溫度。說明適當降低中層溫度有利下層的處理。
改進后的風系統(tǒng)如圖1、圖2所示。兩個系統(tǒng)比原系統(tǒng)增加了回風,新風閥、回風閥及排風閥為連續(xù)可調。K1的送風由同時送上下層改為送上層再送中層再回風。
由于中層產(chǎn)品除濕只剩10%的量,利用上層的回風對中層進行除濕,這減輕了K1空氣處理機的熱風量。
通過PLC的控制實現(xiàn)不同工況的調節(jié)。在夏季工況下加大新風量,使加熱量降低;在冬季時加大回風量,同樣降低了能量的消耗。新風含濕很低,加大回風對送風濕度影響很小[2]。
中層送風方式的改變使中層產(chǎn)品溫度有所降低,使下層送風溫度與產(chǎn)品溫差降低,即減輕了下層送風的量。運行中下層產(chǎn)品沒有冷凝水的產(chǎn)生。
改進后主要解決的問題是系統(tǒng)冷熱風機組新風沒有利用季節(jié)的變化,而直接靠冷熱源對空氣處理,從而加重了冷熱源的消耗。
圖1 K1熱風系統(tǒng)結構圖
圖2 K2冷風系統(tǒng)結構圖
自控系統(tǒng)均采用西門子產(chǎn)品。根據(jù)工藝要求,綜合輸入輸出點數(shù),具體硬件配置如下: PLC采用CPU226 一臺,EM235 一臺,EM232 三臺,EM231 二臺 ,TP7 一臺;
檢測及執(zhí)行部分如圖1、2及對應的點,具體:變頻器ECO-3700/3、ECO-7500/3、ECO1500/3各一臺,變頻器控制風機使壓力達到設定值;傳感器采用 溫度傳感器TE200 三個,檢測新風及送風溫度;壓力傳感器QBM62兩個;壓差傳感器QBM81兩個,檢測過濾網(wǎng)壓力;風閥驅動器GIB161四個,驅動新、回風閥使調節(jié)到控制要求的開度;二通閥及驅動器VVF41.90+SKC62,VVF5 2.40+SKB62,VVF45.65+SKC62,PLC控制驅動器調節(jié)冷水或蒸汽的流量,使溫度達到設定值。
自控系統(tǒng)分為三部分:熱風系統(tǒng)控制、冷風系統(tǒng)控制和傳輸系統(tǒng)控制。傳輸系統(tǒng)主要靠PLC控制變頻器帶動傳輸帶運行,根據(jù)產(chǎn)品型號的不同選擇相應的速度。系統(tǒng)啟動時新、回風及排風聯(lián)動,保持總風量的平衡。當有加工線停機時,通過壓力檢測,自動調節(jié)變頻器使風壓達到設定值。風系統(tǒng)如果按焓值控制,系統(tǒng)硬件投入將加大很多,并且控制程序不宜實現(xiàn)[3]。不同工況控制運行如下:冬季工況:當室外溫度低于10度時,K1隨著溫度的降低逐漸關小新風閥、排風閥,開大回風閥;而K2隨著溫度的降低逐漸關小新風閥、排風閥,開大回風閥,直至溫度5度時風閥分別開到最小和最大。同時分別調節(jié)冷水閥及蒸汽閥,使送風溫度達到設定值[4]。
從表1可以看出,冬季工況下K1可以節(jié)?。?842-1621)/2842=43%的熱量;K2可節(jié)?。?45-311)/345=10%的熱量。而熱量的絕對值大,使得節(jié)能效果比較理想。
夏季工況:當室外溫度高于20度時,K1隨著室外溫度的升高逐漸開大新風閥、排風閥,關小回風閥;而K2機組隨著溫度的增大逐漸關小新風閥、排風閥,開大回風閥,直至溫度30度時風閥分別開到最小和最大限值。同時分別調節(jié)冷水閥及蒸汽閥,使送風溫度達到設定值。
從表1可以看出,夏季工況下K1可以節(jié)?。?32-354)/432=18%的熱量;K2可節(jié)?。?5-14)/45=69%的熱量。K2節(jié)省冷量(322-210)/322=35%。節(jié)省能量很明顯。
過渡季節(jié):當室外溫度大于10度小于20度時,新風閥、排風閥均開在最大位置,關閉回風。同時分別調節(jié)冷水閥及蒸汽閥,使送風溫度達到設定值。
從表1可以看出,過度季節(jié)下K1可以節(jié)?。?70-534)/570=6%的熱量;K2可節(jié)?。?5-24)/35=31%的熱量。K2節(jié)省冷量(120-95)/120=21%。節(jié)省能量也較明顯。
表1 機組參數(shù)及冷熱量參數(shù)對比
通過以上分析可以得出,改進后的系統(tǒng)達到了節(jié)能的目的。各工況節(jié)能明顯,尤其夏季和冬季。自控系統(tǒng)控制較易實現(xiàn),系統(tǒng)操作同以往一樣。改進的設備經(jīng)過雙匯阜新食品廠運行,效果穩(wěn)定。在運行效果不變的情況下,達到節(jié)能的目的。
[1] 胡樹杰, 等. 高溫火腿腸自動加工線的設計[J].制造業(yè)自動化, 2010(12): 136-138.
[2] 劉耀浩.空調與供熱的自動化[M]. 天津: 天津大學出版社, 1993.
[3] 孟憲海.智能建筑系統(tǒng)工程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.
[4] 班博林, 等. 能量回收式空氣處理機組全年運行節(jié)能分析[J]. 北京建筑工程學院學報, 2006(3): 21-25.
The energy saving design of production line on high-temperature sausage
HU Shu-jie
TP23
A
1009-0134(2011)5(下)-0131-02
10.3969/j.issn.1009-0134.2011.5(下).41
2011-01-15
胡樹杰(1964-),男,副教授,碩士,研究方向為自動控制。