掛面生產車間烘房排潮余熱回收技術應用

盧紅平，張國棟，張鑫，陳汝群

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，后經懸掛烘干后切制成一定長度的干掛面，是人們喜愛的主要面食之一[1]。烘干是掛面加工過程中非常關鍵的一道工序，掛面烘干采用低溫烘干工藝，烘干過程中烘干室接近恒溫、恒濕環境，烘房內掛面水分降低的同時烘干室濕度上升，為保證穩定的脫水效果，需要將烘房內的濕熱空氣排出室外，并補充相同數量的常溫新風，通過適當的空氣互換保持烘房的恒濕環境，確保掛面脫水穩定。利用天然氣鍋爐產生蒸汽對烘房新風和烘房內部進行持續穩定的加熱，保障烘干房處于恒溫環境。

烘房內空氣排出烘干室后平均溫度在31 ℃以上，相對濕度在90%左右，但因排潮空氣與環境溫度相比溫差不足，熱能品味較低，直接熱交換效果較差。掛面行業傳統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，增加碳排放量，同時氣溫較低時高溫高濕的排潮風易形成白霧，產生白色污染[1]。同時，烘房中濕熱空氣排出后需要補充濕度較低空氣，降低烘房內濕度，因新補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 ℃，需要通過蒸汽加熱，消耗蒸汽熱能較多。由此可見在掛面生產的烘干過程中既有大量的余熱被浪費掉，同時還需要通過化石原料燃燒不斷為烘房補充高溫干燥空氣，造成大量能源浪費。

余熱是在能源消耗設備中沒有被利用的熱能，也就是多余、容易被浪費掉的能源，包括高溫廢汽廢水余熱、化學反應余熱、廢氣余熱、高溫產品和爐渣余熱、冷卻介質余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流體余壓等7種。根據研究調查，各行業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]在對乳品行業低溫余熱回收系統性能分析中提出了利用排風余熱代替蒸汽預熱干燥空氣的余熱回收系統，以節約能耗。靳行等[4]對印染廢水余熱回收分析中表示，余熱回收技術不僅可以減少能源的使用，也能減少有害氣體排放，具有明顯的節能減排效益，而且熱泵的應用對于印染廢水余熱回收利用領域具有很好的應用前景，所以在掛面行業應用烘房排潮余熱回收技術，將熱能品味較低的余熱回收利用，提高能源效率，抑制日益增長的能源需求，主動減碳降碳，優化能源消費結構，服務保障碳達峰目標如期實現，打造掛面生產節能減排示范項目，降低掛面干燥成本，是掛面行業應關注的重要課題[1-4]。

1 低品位熱能回收技術

低品位熱能回收的實現方式是以逆循環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合）等。

1.1 空氣源熱泵

蒸發器從空氣中的環境熱能中吸取熱量以蒸發傳熱工質，工質蒸汽經壓縮機壓縮后壓力和溫度上升，高溫蒸汽通過粘結在貯水箱外表面的特制環形管時，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

通過輸入少量高品位能源（如電能），實現低溫位熱能向高溫位轉移。水體分別作為冬季熱泵供暖的熱源和夏季空調的冷源，即：在夏季將建筑物中的熱量“取”出來，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，以達到夏季給建筑物室內制冷的目的；而冬季，則是通過水源熱泵機組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖[5]。

1.3 地源熱泵

通過輸入少量的高品位能源（如電能），實現由低溫位熱能向高溫位熱能轉移。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，提高溫度后，供給室內采暖；夏季，把室內的熱量取出來，釋放到地能中去[5]。

2 烘房排潮余熱回收技術原理

排潮余熱回收技術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換為可以利用的高位熱能，從而達到節約部分高位能的目的[6]。

空氣能熱泵是按照逆卡諾循環原理工作的，即：低溫高壓液態制冷劑經膨脹機構節流處理后變為低溫低壓的液態制冷劑，進入空氣交換機中蒸發吸熱，從空氣中吸收大量的熱量Q2；蒸發吸熱后的制冷劑以氣態形式進入壓縮機，被壓縮后，變成高溫高壓的制冷劑（此時制冷劑中所蘊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中的電能在壓縮制冷劑時轉化成的熱量Q1）；被壓縮后的高溫高壓制冷劑進入熱交換器，將其所含熱量（Q1+Q2）釋放給進入熱換熱器中的冷水，冷水被加熱到60 ℃直接進入保溫水箱儲存起來供用戶使用；放熱后的制冷劑以液態形式進入膨脹機構，節流降壓，如此不間斷進行循環[7]。

在實際運行中，排潮余熱回收系統由送排風機、余熱回收換熱器、余熱回收盤管、溫濕度傳感器及智能控制系統組成。余熱回收換熱器是通過壓縮機系統運轉工作的，壓縮機啟動后熱泵主機制冷系統中的冷媒在壓縮機的驅動下依次流經冷凝器、儲液罐、膨脹閥、蒸發器、氣液分離器，其中冷媒在通過膨脹閥后，管道內冷媒壓力降低，冷媒在蒸發器內蒸發氣化溫度降低，蒸發器與排潮空氣的溫差提高，從而能夠高效地吸收流經蒸發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汽液分離器，經壓縮機在高壓作用下凝結成液體而釋放出熱量，熱量通過冷凝器傳遞給經過冷凝器的室外低溫空氣，將排潮空氣的熱量通過余熱回收盤管回收至循環水中供水源熱泵使用，形成源源不斷的高溫空氣進入烘房。同時，排潮余熱回收系統與烘房內分區翅片管電動調節閥共同作用，動態維持烘房每個分區溫度及濕度恒定。

圖1 空氣源熱泵工作原理

3 烘房排潮余熱回收技術應用效果

烘房新風全年平均溫度在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。在實際工作中，烘房排潮余熱回收技術有效地吸收烘房排出的濕熱空氣的熱能，吸熱后的冷媒通過壓縮機壓縮變成高溫氣體，高溫氣體通過冷凝器加熱介質（水或空氣），加熱后的介質輸送到烘房加熱干燥濕掛面，濕掛面水分蒸發變為干掛面，形成的排潮風進入下一個循環，在室內帶動空氣循環，形成恒定濕度空間。

排潮風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專用管道排到操作間與包裝間降低室內溫度，改善工人工作環境，減少制冷設備的投資及運行費用，其他季節通過精過濾后供潤麥等工藝使用或排至消防水池，節約水資源，同時在冬季有效減少了白煙排放，降低白色污染。

排潮余熱回收系統通過在鋁基材上牢固地附著的專用分子篩層，可同時實現顯熱交換（鋁基材）和潛熱交換（專用分子篩吸附層），熱轉換效率全年平均可達到80%以上。

排潮余熱回收系統冬季效果更佳，通過極少量的電能投入，有效減少天然氣能源消耗量，從源頭減少二氧化碳排放，減少天然氣燃燒產生的氮氧化物等污染物排放量。同時，余熱回收系統對排出氣體進行過濾，有效減低粉塵的排放，解決粉塵排放污染環境的風險。

空氣源熱泵不需要陽光，可以24 h全天候承壓運行，具有高安全、高節能、壽命長、不排放毒氣等諸多優點[8]。

4 效益分析

4.1 經濟效益分析

烘房排潮余熱回收技術應用后，以4條750型生產線，日加工掛面產品120 t的掛面生產企業來測算，掛面干燥環節年降低綜合能耗344.77 t標煤。年節約能耗費用50.9萬元，投資回報率高。具體測算表如表1所示。

表1 烘房排潮余熱回收技術經濟效益測算表

4.2 社會效益分析

烘房排潮余熱回收技術應用后，以4條750型生產線，日加工掛面產品120 t的掛面生產企業來測算，年減少二氧化碳排放903 t，具體測算方式詳見表1，相當于每年多栽668棵樹（1棵普通的樹每天可吸收5 kg二氧化碳，一年按三個季節光合作用，每年可吸收1.35噸二氧化碳）。烘房排潮余熱回收技術應用推動了掛面行業綠色低碳發展水平，是掛面行業實現碳達峰目標的重要技術路徑之一，具有重大的社會效益。

同時，烘房排潮余熱回收技術應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生，對支持打好藍天保衛戰、改善空氣質量、踐行既要金山銀山也要綠水青山理念、增強人民群眾的幸福感具有重要意義。

5 結論與應用建議

5.1 結論

通過該案例應用分析，掛面生產車間烘房排潮余熱回收技術的應用，達到了降低生產成本、綠色低碳以及保護環境的綜合效果，是未來掛面行業達成碳達峰目標的重要途徑之一。但是先進技術的前瞻性與客戶認知度滯后的矛盾[1]，加上烘房排潮余熱回收技術一次性固定投資相對較高，工廠在未經詳細測算的情況下接受率低。

5.2 應用建議

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

2) 建議政府層面加大節能新技術宣傳推廣力度，出臺低碳改造專項補貼制度，減輕企業投資負擔，為掛面行業服務保障碳達峰目標如期實現，實現高質量發展持續賦能。

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的制熱量不足以滿足實際生產需求，建議烘房排潮余熱回收技術要與小型天然氣鍋爐配合使用，達到最大的節能降碳效果。

4) 在冬季寒冷地區，尤其是濕度較高時，建議適當增加點檢頻次，預防結霜，保持系統高效運行。

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

6) 希望通過該文章能使掛面行業更加認識到烘房排潮余熱回收技術的經濟效益，以更加積極有為的態度響應國家以及行業碳達峰實施的相關要求，自覺減碳降碳，探索低碳發展模式。