Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследований 10
1.1. Способы использования естественного и искусственного холода в технологических системах охлаждения молока... 10
1.2. Системы охлаждения молока с использованием установок искусственного холода 13
1.3. Системы охлаждения молока с использованием установок естественного холода 16
1.4. Обзор электрооборудования технологических линий охлаждения молока 25
1.5. Цели и задачи диссертации 27
Глава 2. Исследование режимов работы оборудования электрифицированной системы охлаждения молока и методы его инже нерного расчёта 28
2.1. Оценка потенциала естественного холода центрального региона России 28
2.2. Математические модели, методика расчёта и обоснование параметров оборудования системы охлаждения молока с использованием естественного холода 33
2.2.1. Математическая модель процесса аккумулирования холода и охлаждения молока 33
2.2.2. Математическая модель и метод расчёта системы охлаждения молока с использованием аккумуляторов холода сезонного действия 38
2.2.3. Математическая модель и метод расчёта системы охлаждения молока с использованием аккумуляторов холода комбинированного действия 43
2.2.4. Математическая модель и метод расчёта системы охлаждения молока с использованием льдохранилищ 47
2.3. Исследование энергетических режимов системы охлаждения молока с использованием естественного холода 53
2.4. Формирование блочно-модульных систем охлаждения молока с использованием естественного холода для центрального региона России 57
Выводы по второй главе 67
Глава 3. Исследование электрооборудования электрифицированной системы охлаждения молока 68
3.1. Разработка алгоритмов и блок схемы автоматизированной системы управления электрифицированной системой охлаждения молока с использованием естественного холода. 68
3.2. Разработка функционально-структурной схемы системы регулирования и транспортировки потоков молока и хла-доносителя 73
3.3. Временная модель управления электрифицированной системой охлаждения молока с использованием естественного холода 78
Выводы по третьей главе 85
Глава 4. Производственные испытания электрифицированной системы охлаждения молока с использованием естественного холода и оценка её технико-экономичес кой эффективности 86
4.1. Производственные испытания электрифицированной системой охлаждения молока с использованием естественного холода 86
4.2. Оценка технико-экономической эффективности применения электрифицированной системой охлаждения молока с использованием естественного холода для хозяйств центрального региона России ... 95
Выводы по четвёртой главе 100
Общие выводы 101
Список литературы
- Системы охлаждения молока с использованием установок искусственного холода
- Математические модели, методика расчёта и обоснование параметров оборудования системы охлаждения молока с использованием естественного холода
- Разработка функционально-структурной схемы системы регулирования и транспортировки потоков молока и хла-доносителя
- Оценка технико-экономической эффективности применения электрифицированной системой охлаждения молока с использованием естественного холода для хозяйств центрального региона России
Введение к работе
Повышение экономической эффективности и энергосбережения охлаждающих систем является одной из актуальных проблем нашей страны в XXI веке. Решение этой проблемы будет способствовать экономии энергетических ресурсов, совершенствованию топливно-энергетического баланса страны.
Естественный холод - один из важнейших возобновляемых источников энергии. Он является также одним из главных и экологически чистых энергосберегающих средств, обеспечивающих сохранность сельскохозяйственной и промышленной продукции непосредственно в местах её производства. Основной идеей его использования является аккумулирование низко потенциальной энергии природного холода воды, льда, фунта приёмниками роторного или эжекторного типа и аккумуляторами холода.
Преимуществами установок естественного холода являются: простота изготовления, обслуживания и ремонта оборудования; доступность использования в отдаленных районах; высокая надежность охлаждающих систем; способность к непрерывному аккумулированию холода; экономия электроэнергии, остродефицитного холодильного оборудования и материалов, исключение использования фреона и фреоновых масел; низкая себестоимость холода.
Большой вклад в решение проблемы эффективного использования естественного холода внесли учёные Босин И.Н., Бобков В.А., Коршунов Б.П., Марьяхин Ф.Г., Мусин A.M., Учеваткин А.И., Цой Ю.А. и другие. Они сформировали основные требования к системам охлаждения молока, разработали типоразмерный ряд установок для охлаждения молока с использованием естественного холода [6, 8...10, 14, 15, 17, 48], методики расчета и обоснования параметров, режимов работы.
Исследования в этом направлении начались в ВИЭСХ в 1979 г. Первый опыт крупномасштабного промышленного использования природного холода был осуществлён на животноводческом комплексе "Гольёво" плем-завода — колхоза "Завет Ильича" Красногорского района Московской области. В этом хозяйстве в 1983 — 1984 г.г. были введены в эксплуатацию
первые опытно-промышленные установки для охлаждения молока, полученного от стада до 1000 голов.
В 1984 г. на основе обобщения опыта племзавода - колхоза "Завет Ильича", по решению Госплана СССР (протокол заседания № 3 от 14. 12. 84 г.) впервые в России началось широкомасштабное использование природного (естественного) холода для охлаждения молока и другой сельскохозяйственной продукции.
В п. 18 этого постановления записано: "поручить Минсельхозу СССР, Минживмашу, Минсельхозмашу и Госпланам Союзных республик разработать в 1985 г. мероприятия по широкому распространению положительного опыта подмосковного колхоза "Завет Ильича", использующего естественный холод для охлаждения молока и других скоропортящихся продуктов и организовать с 1986 г. изготовление и поставку необходимого для этого оборудования".
В этом хозяйстве были впервые установлены разработанные в ВИ-ЭСХ многосекционные водо-ледяные аккумуляторы и приёмники природного холода вертикального и горизонтального типов, максимальная хладо-производительность которых превышала 60 кВт. Эти аккумуляторы работают до настоящего времени.
При этом обеспечивается сохранность сельскохозяйственной продукции, уменьшается расход электроэнергии на производственные нужды, снижаются эксплуатационные затраты на холодильное оборудование, включая оборудование полевых хранилищ.
Использование природного холода увеличило мощность холодильных систем, снизило стоимость холодильного оборудования, энергоёмкость производства и себестоимость продукции.
Эти установки и их элементы эксплуатируются в различных регионах страны. Они показывают высокую эффективность. Одновременно с их разработкой созданы системы электрооборудования и элементы автоматики для использования в новейших с/х технологиях. На Луцком и Ворошиловском (Луганском) электроаппаратных заводах освоен выпуск низковольтных комплектных устройств управления (НКУ). На ЭТУ ВИЭСХ освоен выпуск счётчиков молока, и другого оборудования, необходимого для
«
согласования потоков молока и хладоносителя, а также для управления оборудованием технологических линий в автоматическом и полуавтоматическом режиме.
Только в упомянутом подмосковном хозяйстве с использованием природного холода охлаждено уже свыше 20 тыс. т. молока. При этом сэкономлено свыше 600 тыс. кВт.ч. электроэнергии, тысячи тонн воды, большое количество фреона и фреоновых масел. Затраты на эксплуатацию холодильных систем уменьшились на 70 %. Практически 100 % производства молока реализовано высшим сортом.
Эксплуатация разработанных технических средств позволила сократить удельные затраты электроэнергии на охлаждение молока в холодное время года до 10 раз, уменьшить установленную мощность электрооборудования и увеличить хладопроизводительность холодильных установок до 3 раз, сокращена материалоемкость аккумуляторов природного и искусственного холода до 6 раз, повышена их аккумулирующая способность не менее, чем в 2 раза, уменьшились потери сельхозпродукции не менее чем на 30...40%.
Для широкого использования природного холода необходимо оборудование, позволяющее обеспечить надёжную выработку холода при изменяющейся в широких пределах суточной и сезонной температуре, и одновременно отвечающей технологическим требованиям процесса охлаждения и хранения не только молока, но и других сельскохозяйственных продуктов.
Целью диссертационной работы является обоснование и разработка электрифицированной системы охлаждения молока с использованием природного холода, обеспечивающей эффективное охлаждение молока на фермах центрального региона России.
Научная новизна. Теоретически и экспериментально исследованы и обоснованы эффективные режимы применения естественного холода в хозяйствах центрального региона России с учётом оценки энергетического потенциала естественного холода.
Разработаны математические модели и методы расчета процессов охлаждения сельскохозяйственной продукции многосекционными водо-
ледяными аккумуляторами естественного холода в системах круглогодового действия.
Разработана теория расчёта низкопотенциальных систем охлаждения и методика обоснования структуры и конфигурации охлаждающих систем в зависимости от потенциала естественного холода и создана энергосберегающая система охлаждения молока для хозяйств центрального региона России.
Практическая ценность. Создана электрифицированная система охлаждения молока с использованием природного холода для хозяйств центрального региона России и средства автоматизации для реализации энергосберегающих технологий охлаждения молока и получены характеристики распределения потенциала природного холода. Рекомендованные режимы обеспечивают снижение расхода электроэнергии, воды и капитальных затрат. Организовано серийное производство оборудования для этих систем.
На защиту выносятся:
электрифицированная система, обеспечивающая реализацию энергосберегающей технологии охлаждения молока с использованием природного холода на фермах центрального региона России;
математические модели, методы расчёта и і обоснования параметров электрифицированной системы, позволяющие повысить эффективность технологического процесса охлаждения молока;
режимы работы электрифицированной системы охлаждения молока для центрального региона, обеспечивающие сокращение удельных затрат электроэнергии.
Реализация результатов работы. Результаты исследований внедрены на молочном комплексе "Гольёво" ЗАО "Красногорье" Красногорского района Московской области, использованы при подготовке проекта "Рекомендаций по изготовлению и использованию установок естественного холода для охлаждения молока". Разработанные требования на оборудование электрифицированной системы охлаждения молока приняты ОАО "Московский специализированный комбинат холодильного оборудования" (ОАО "МСКХО") и АООТ Московский завод холодильного машиностроения "Искра" (АООТ МЗХМ "Искра"), где освоено их серийное производство.
«
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации доложены и одобрены на научно-практической конференции "Научно-технический прогресс в инженерной сфере АПК России" (6-7 октября 1999 г., г. Москва), на 2-й Международной конференции "Энергосбережение в сельском хозяйстве" (3-5 октября 2000 г. Москва), на заседаниях секции электрификации и энергетики АПК Учёного Совета ГНУ ВИЭСХ (1999-2004 гг.), на научной сессии РАСХН "Научно-технический прогресс в АПК России - стратегия машинно-технологи-ческого обеспечения производства сельскохозяйственной продукции на период до 2010 года" (октябрь 2003 г.).
Системы охлаждения молока с использованием установок искусственного холода
Для охлаждения молока в основном применяют холодильные установки парокомпрессионного типа.
Парокомпрессионные установки выполняются с одной или с несколькими ступенями сжатия. Выбор числа ступеней зависит от назначения установки и условий её работы. Дня охлаждения молока в сельском хозяйстве получили широкое применение одноступенчатые парокомпрессионные установки [64, 65].
Работа парокомпрессионных установок основана на последовательном осуществлении процессов механического расширения и сжатия рабочего агента (фреона или аммиака), при этом изменяется агрегатное состояние агента, то есть его конденсация и испарение.
Охладители молока классифицируются следующим образом: фляжные, оросительные, спиральные, трубчатые, пластинчатые, резер-вуарные [64, 65].
Фляжный охладитель представляет собой цилиндр-испаритель, помещённый непосредственно в резервуар с молоком. При кипени хладагент через стенки испарителя отнимает теплоту от молока, охлаждая его до заданной температуры.
В оросительных охладителях охлаждение молока достигается за счёт подачи его на поверхность теплообменного аппарата. Резервуары - охладители предназначены для сбора, охлаждения и временного хранения молока.
В настоящее время наибольшее распространение получили плас тинчатые охладители. Основные их преимущества: высокая эффектив-ность охлаждения; малый рабочий объём; относительно небольшие затраты на приобретение и эксплуатацию и др. , На пластинчатых охладителях молоко охлаждают до температуры +4...6С. В настоящее время выпускают автоматизированные пластинча « тые охладительные установки производительностью 500...50000 л/ч. Каж 14 дая установка включает пластинчатый охладитель, щит управления с кон-трольно-измерительными приборами и регуляторами.
Доильные установки с молокопроводом комплектуются пластинчатыми охладителями АДМ 13.00 (ОМ-1000-УЗ) производительностью 1000 л/ч. В настоящее время этот охладитель заменяют новым ОМ-1500-У3 производительностью 1500 л/ч.
Упомянутые выше охладители обеспечат охлаждение молока за один проход при условии, когда поток охлаждающей воды больше потока молока не менее чем в 3 раза, а температура воды не выше +3С.
Эти условия выполняются при соответствии производительности пластинчатого охладителя производительности водоохлаждающей установки. Например, водоохлаждающая установка АВ-30 обеспечивает охлаждение оборотной воды до +0,5...2,5С и предназначена для агрегатирования с пластинчатым охладителем производительностью до 1000 л/ч или с двумя ёмкостями для охлаждения молока РПО-2,5.
В настоящее время наиболее распространенными в сельском хозяйст ве являются парокомпрессионные холодильные системы типа ТХУ-14, ТХУ-16, ТХУ-23, АВ-30, МКТ-20, МВТ-20, МВТ-14, УВ-10, ОТ-10, ФУ-40 и др. с водяным и воздушным охлаждением конденсатора. Они предназна чены для получения ледяной воды. Высокая экономичность этих систем может быть обеспечена только при интенсивном охлаждении и конденсации хладоагента в конденсаторах этих систем. Применение для этих целей спе циальных градирен для охлаждения "оборотной" воды не всегда эффектив но, они весьма сложны в эксплуатации, энергоемки, имеют высокую стои мость и на фермах практически не работают. Поэтому на большинстве ферм, использующих холодильные парокомпрессионные системы с водя ным охлаждением конденсатора, используется вода из системы водоснаб жения фермы. Это приводит к большим потерям воды, заболачиванию ме стности, ее экологическому загрязнению. В зависимости от хладопроизво , дительности установки, на охлаждение конденсатора расходуется в среднем от 7300 до 52000 м3 воды в год. Использование вместо градирен, разрабо « тайных для этой цели совместно с ОАО "Московским специализированным 15 комбинатом холодильного оборудования" (ОАО "МСКХО") воздушных конденсаторов оросительного типа весьма дорого.
ОАО "Кургансельмаш" выпускаются резервуары-охладители молока МКМ-500, РМО-600, РПО-2000, РПО-Ф-03, РПО-1,6, РПО-2, РПО-2,5, МКА 2000Л-2А, МКА 2000Л-2Б, МКЦ, предназначенные для сбора, охлаждения и хранения молока на фермах. Также ОАО "Кургансельмаш" выпускается установка водоохлаждающая с наморозкой льда УВН-6-1,8, предназначенная для охлаждения воды, используемой в качестве промежуточного хладоносителя в емкостных и проточных охладителях молока на животноводческих фермах. Установка работает как в режиме аккумуляции холода, так и на поток. Может быть рекомендована к использованию в составе резервуаров-охладителей молока типа РПО-1,6, РПО-2, РПО-2,5, а также другого типа резервуаров и теплообменников, где требуется отбор тепла за счет протока ледяной воды.
ПКП "Пензагроприбор" выпускает теплохолодильные установки ТХУ-14 (разработчик - ГНУ ВИЭСХ), ТХУ-10, ТХУ-10-2-0, ТХУ-16-2-0 предназначенные для охлаждения воды, используемой в качестве промежуточного хладоносителя в проточных или емкостных охладителях молока и одновременного нагрева воды для санитарно-технологических нужд на животноводческих фермах.
ГНУ ВИЭСХ также разработаны аккумуляционные холодильные установки сельскохозяйственного назначения типа МО, предназначенные для намораживания льда, получения "ледяной воды" и охлаждения молока с применением емкостных или проточных теплообменников на фермах для содержания крупного рогатого скота (коров) от 50 от 400 голов (изготовитель .— ОАО "МСКХО"), Энерготехнологические блоки ЭТБ-14, ЭТБ-20 предназначенные для приемки, первичной обработки, очистки и хранения молока, а также обеспечение молочно-товарной фермы ледяной, теплой и горячей водой (ГНПП "Агроэлектротерм").
Математические модели, методика расчёта и обоснование параметров оборудования системы охлаждения молока с использованием естественного холода
Основным недостатком существующих установок, использующих естественный холод, является их высокая материалоемкость. Отношение вместимости аккумулятора холода к количеству охлаждаемого молока находится в пределах от 4 до 6, т.е. на каждую тонну охлаждаемого молока требуется 4.. .6 м вместимости аккумулятора холода. Это приводит к большому расходу металла. Другим недостатком таких установок является ее недостаточная автоматизация.
Назначение аккумулятора холода в электрифицированной системе охлаждения молока (ЭСОМ) — накопление холода в промежутках между операциями охлаждения молока. В этот период необходимо своевременное отключение источника холода — холодильного агрегата. При раннем отключении будет недостаточен запас холода, при позднем - перерасход энергии. В зависимости от количества охлаждаемого молока и его начальной темпе ратуры изменяется требуемое время зарядки аккумулятора холода. Хладо-производительность компрессора холодильного агрегата, мощность электрооборудования, емкость аккумулятора холода должны выбираться по максимальному разовому количеству охлаждаемого молока. При меньшем количестве охлаждаемого молока время его работы должно быть меньше. Основным потребителем электроэнергии в установке является компрессор холодильной установки, который в теплый период работает на зарядку аккумулятора холода. Для автоматизации процесса зарядки аккумулятора холода необходимо выбрать контролируемые параметры и датчик для получения информации о состоянии объекта управления.
Основными параметрами контроля и регулирования являются время аккумулирования и температура воды в аккумуляторе холода. Время является косвенным параметром, оно не отражает состояние объекта контроля и регулирования. Выдержку времени приходится менять каждый раз, когда изменяется количество охлаждаемого молока.
Температура хладоносителя tx является более приемлемым контролируемым параметром, т.к. она характеризует запас холода в аккумуляторе холода. Однако при регулировании по температуре возникает ряд трудностей, преодолеть которые не удается за счет простых технических решений.
В зависимости от конструктивной схемы возможны два основных режима подзарядки аккумулятора холода: — режим смешивания теплой и холодной воды; - режим вытеснения.
В первом режиме при подаче хладоносителя происходит перемешивание с отепленной водой и температура хладоносителя во всем объеме быстро выравнивается. Во втором режиме хладоноситель, подаваемый снизу, не перемешиваясь с теплой водой, вытесняет ее. Температура воды в верхних слоях оказывается выше, чем в нижних.
Рассмотрим основные режимы работы автоматизированных аккумуляторов холода. Зависимость температуры хладоносителя tx в аккумуляторе холода от времени зарядки при режиме смешивания представляет собой экспоненту [6]:
Для того, чтобы можно было охладить молоко до tм1 = 4...6 С, как этого требует технология, необходимо иметь температуру хладоносителя txl на входе теплообменника порядка 1...2 С. Следовательно, температура хладоносителя в аккумуляторе холода не должна быть выше 2 С. Эта температура, соответствующая началу цикла охлаждения хладоносителя в аккумуляторе холода. Температура хладоносителя, поступающего из испарителя холодильной установки не может быть ниже О С. Уставка регуля тора температуры должна быть близкой к 1 С. Тогда рабочий диапазон температур составит 3 С.
Регуляторы температуры, выпускаемые промышленностью имеют погрешность порядка 0,5С. В этом случае отключение холодильной установки будет производится при температуре хладоносителя 1 ± 0,5%. Используемый (рабочий) диапазон температур составит 2,5...3,5%. От рабочего диапазона аккумулятора холода зависит его вместимость. Следовательно, способ управления работой аккумулятора холода существенно влияет на его вместимость, а, следовательно, и на его материалоемкость.
Зависимость вместимости V аккумулятора холода от рабочего диапазона аккумулятора холода получим из уравнения теплового балланса V- p=MM.(tMiM2\ (2.9) где V - вместимость аккумулятора холода, м3; At - рабочий диапазон температур хладоносителя, С; Мм — количество охлаждаемого молока, м ; /м1 — начальная температура молока, С; tм2 - конечная температура молока, С. к. =- - = м "2, (2.10) где кв — коэффициент кратности теплообмена.
Из последнего уравнения следует, что относительная вместимость аккумулятора холода (вместимость на 1 м3 молока) обратно пропорциональна рабочему диапазону аккумулятора холода.
В период зарядки аккумулятора холода мощность холодильной установки не изменяется. Поэтому расход электроэнергии определяется временем его работы.
Требуемый запас холода пропорционален количеству обрабатываемого молока, поэтому время работы холодильной установки должно автоматически изменяться в соответствии с графиком поступления молока. Если количество охлаждаемого молока меньше расчетного значения, которое принимается равным максимальному разовому Мтах поступлению молока, то при охлаждении молока хладоноситель в аккумуляторе холода не на гревается до расчетной температуры tx\. Поэтому зарядка аккумулятора холода начинается с температуры ниже txj. Соответственно, для охлаждения хладоносителя за счет холода, поставляемого аккумулятором холода, требуется меньшее время. Пропорционально этому времени уменьшается расход электроэнергии.
Полного соответствия между временем зарядки аккумулятора холода и количеством охлаждаемого молока можно добиться, если в зависимости от количества молока и его температуры будет изменяться уставка времени зарядки, при этом будет достигнут минимальный удельный расход электроэнергии. Для реализации такого закона регулирования используется микроконтроллер УМ-1ВИЭСХ, который контролирует учет молока и управляет его обработкой [17].
Разработка функционально-структурной схемы системы регулирования и транспортировки потоков молока и хла-доносителя
В аккумулятор холода 4 может поступать вода и из приёмника-аккумулятора грунтового холода 10 погружным водяным насосом 16,откуда она поступает на технологические нужды фермы.
В случае дефицита холода автоматически с блока управления запускается компрессор 13 чиллера (доводчика). Хладоагент поступает в конденсатор 12 и в испаритель 15. Конденсатор 12 может охлаждаться хладо-носителем (водой). В этом случае вода краном 14 направляется в охлаждающую рубашку резервуара для молока 8. Затем хладоноситель (вода) поступает в охлаждающую секцию конденсатора 12, где происходит кон деисация хладоагента и нагрев охлаждающей воды, которая затем поступает на технологические нужды фермы.
Если используется теплообменник 7 проточного типа, то хладоноси-тель, как указывалось, поступает в аккумулятор холода, затем через кран 14 в охлаждаемую секцию теплообменника 7 и цикл завершается. В этом случае конденсатор охлаждается воздухом от вентилятора 12, вакуумиспари-тельного типа, который может быть установлен как в помещении, так и на открытом воздухе.
Формирование выходных потоков молока и хладоносителя и их взаимосвязанное регулирование производится в дискретном режиме. Дискретное регулирование осуществляется в режиме широтно-импульсной модуляции (ШИМ) и время-импульсной модуляции (ВИМ). Регулирование отдельных звеньев, в том числе в звеньях учёта молока осуществляется в режиме ВИМ, в звеньях охлаждения в режиме ШИМ.
Приведённая выше математическая модель реализуется дискретно с регулируемым звеном охлаждения молока.
Функционально-структурная схема такого звена с бесконтактным блоком управления представлена на рис. 3.3.
Дискретный способ регулирования случайных потоков электромеханическими системами характеризуется значениями математических ожиданий частоты и относительной продолжительности включений а также максимальными величинами этих значений, которые используются при расчётах электропривода и исполнительных механизмов регулируемых звеньевВ результате проведённых исследований создан и испытан в хозяйственных условиях способ взаимосвязанного дискретного регулирования потоков молока и хладоносителя, разработаны методики расчёта режимов при работе в случайных потоках. Предложенный способ позволяет в 3...4 раза сократить капитальные и эксплуатационные затраты на обслуживание систем регулирования потоков по сравнению с аналоговыми системами, улучшить промываемость и другие технологические характеристики систем охлаждения, минимизировать расход холода.
Исследование структуры затрат рабочего времени оператора и режимов работы оборудования линий обработки молока на фермах центрального региона ставит целью изыскание возможности снижения технологического ущерба, оптимизации управления, повышения производительности труда оператора, экономии энергии путём использования природного холода в центральном регионе страны. Поэтому были исследованы операции контроля и регулирования процесса транспортировки и охлаждения молока для исключения непроизводительных операций и оптимизации затрат рабочего времени оператора при использовании комбинированных источников холода [29].
Обоснование структуры затрат рабочего времени оператора на управление электрифицированной системы охлаждения молока проводилось на основе анализа математической модели затрат рабочего времени оператора в формате [оператор - система охлаждения - система управления]. Сравнивались варианты с одноуровневой и двухуровневой системами управления. Двухуровневая система оснащена контрольным устройством дистанционного управления (рис. 3.4). На первом уровне расположены низковольтные комплектные устройства местного управления технологическими звеньями (НКУ-1 ...НКУ-6). С этого уровня осуществляется управление в ручном и наладочном режимах. Второй уровень обеспечивает контроль, регулирование и управление процессом обработки молока в полуавтоматическом и автоматическом режимах, даёт возможность вмешательства оператора в аварийных ситуациях.
Оценка технико-экономической эффективности применения электрифицированной системой охлаждения молока с использованием естественного холода для хозяйств центрального региона России
В критическом случае, несколько дней в году, температура молока может составить 35С.
Из представленных данных и технической характеристики оборудования следует, что для предварительного охлаждения молока можно применить пластинчатые охладители, поставляемые в комплекте с доильной установкой, типа АДМ-13 или использовать второй контур охлаждения теплообменника ООТ-М.
Затраты электроэнергии электрооборудования ЭБС определяли с помощью счётчиков электроэнергии СА4У и 672МЗх220/380. Проверку качества (сортности) молока выполняли штатные операторы на ферме и на молочном пункте. Протокол производственных испытаний ЭБС охлаждения молока приведен в приложении 2.
Экспериментальные значения контролируемых параметров приведены в табл. 4.5. Таблица 4.5 Экспериментальные значения контролируемых и регулируемых параметров Наименование контролируемых и регулируемых параметров системы Количественные параметры Температура молока, поступающего на охлаждение, С 30,0...32,0 Температура охлажденного молока, С 4,0...6,0 Величина потока молока, поступающего на обработку, м3/ч до 2,0 Величина потока хладоносителя (воды), м"7ч до 6 Температура хладоносителя (воды) на входе в теплообменник, С 2,0...3,0 Температура хладоносителя (воды) на выходе из теплообменника, С 11,0...15,0 Температура грунтовой воды на входе в теплообменник, С 8...10 Удельный расход электроэнергии на охлаждение молока, кВт-ч/т в холодное время года в тёплое время года среднегодовой 1,5 15,0 8,5 Хладопроизводительность, кВт 70,0 Установленная мощность, кВт 15,0 Аккумулирующая способность, кВт.ч 120,0 Результаты производственных испытаний следующие: Количество охлаждаемого молока в сутки, т 6 Температура охлаждённого молока,С 5±1 Система предварительного охлаждения молока и нагрева воды круглогодового действия: - температура охлаждения молока,С. 12±1 - температура хладоносителя (грунтовой воды) на входе в теплообменник,С 9±1 - температура хладоносителя (воды) на выходе из теплообменника,С 13-15 нагрев воды до 13-15 С, т 4,5 Система охлаждения молока в холодное время года до следующих температурне: - при среднесуточной температуре окружающего воздуха невыше+2С 5±1 - экономия электрической энергии на охлаждения молока в холодное время года, кВт.ч/т, не менее 30 Система окончательного охлаждения молока в тёплое время года: - температура охлаждаемого молока,С 5-6 - Экономия электрической энергии на охлаждения молока в тёплое время года, кВт.ч/т, не менее 18 Уровень автоматизации процесса охлаждения молока, %, не менее 99 Число отказов электрооборудования за год 0 Качество охлаждённого молока, не ниже 1го сорта За период испытаний были зарегистрированы следующие величины параметров, влияющие на потенциал естественного холода наружного воздуха: год = 4 8С прп = 204суток Коэффициент аккумуляции системы охлаждения энергосберегающей системы составил 0,6.
Установленная мощность электрооборудования ЭСОБ, хладопроизво-дительностью 30 кВт и установленной мощностью 18 кВт, составляет 11 кВт В результате испытаний установлено, что ЭСОБ с использованием естественного (природного) холода обеспечивает намораживание льда, получение "ледяной" воды и охлаждение молока.
Использование разработанного оборудования на фермах 400 голов центрального региона позволяет получить более 35.000 кВт.ч энергии холода, что достаточно для охлаждения до 40 % получаемого за год молока. Уровень его надёжности (долговечность, ремонтопригодность, безотказность, сохраняемость) значительно выше, чем у традиционного пароком-прессионного холодильного оборудования.
Оценка технико-экономической эффективности применения электрифицированной системы охлаждения молока с использованием естественного холода для хозяйств центральной зоны России. Животноводческий комплекс "Гольёво" СПК "Завет Ильича" включает два животноводческих помещения по 200 голов в каждом.
В базовом варианте, действующем в хозяйстве до установки новой энергосберегающей линии, были две охлаждающие системы. Каждая система имела холодильную машину типа МКТ-20 с конденсаторм водяного охлаждения. Каждый конденсатор охлаждался потоками воды из системы водоснабжения фермы. Расход воды составлял до 10 м3/ч. Молоко охлаждалось так же как и сейчас, в двух резервуарах — охладителях типа РПО-2,5.
Новая энергосберегающая система охлаждения имеет одну холодильную машину МКТ-20 с выносным конденсатором воздушно-испарительного действия, аккумулятор комбинированного действия аккумулирующий как естественный, так и искусственный холод, два резервуара — охладителя типа РПО-2,5, по одному на каждое животноводческое помещение. Сохранена резервная холодильная машина МКТ-20. Она повышает надёжность охлаждающей системы в тёплое время года и увеличивает экономический эффект от повышения качественных показателей и сокращения потерь молока. Кроме того, за счёт этой машины холодопроизводительность охлаждающей системы может быть увеличена. В этих случаях она даёт дополнительную прибыль, неучитываемую настоящим расчётом. Экономический эффект от применения ЭБС вместо парокомпресси-онных холодильных установок в линиях обработки молока образуется за счёт сокращения капитальных вложений на энергосберегающую бесфреоновую систему, снижения эксплуатационных расходов и затрат электроэнергии на первичную обработку молока, а также за счёт повышения качества молока [73, 80...82]
Технико-экономический расчёт вёлся по критерию величины прибыли, получаемой при производстве холода на базовой и энергосберегающей системах.. П = \(Сб-Сн);АЭ\ (4.6) где П — величина прибыли, руб; С б и Сн — себестоимость производства холода в базовом и энергосберегающем вариантах, руб; ЛЭ - экономический эффект от повышения качественных показателей молока, руб.
В прямые эксплуатационные затраты входят амортизационные отчисления на полное восстановление и капитальный ремонт, отчисления на текущий ремонт, затраты на электроэнергию и заработную плату С б Сн - JL \Раб Ркб Ртб»зп; Гб ; Зв6 )— У(о ,р .р .? ,р .? ) где Раб, Ран — сумма амортизационных отчислений на полное восстановление в базовом и новом вариантах, руб.; Ркб, Ркн — сумма отчислений на капитальный ремонт в базовом и новом вариантах, руб.; Рт6, Ртн - сумма отчислений на текущий ремонт в базовом и новом вариантах, руб; Зпб, J , - заработная плата оператора в базовом и новом вариантах, руб.; Г6,ГН - затраты на электроэнергию в базовом и новом вариантах, руб.
Цтгт где Ц — капитальные затраты на технологическое оборудование, руб.; т - коэффициент перевода оптовой цены в балансовую стоимость (т = 1,2); гагк — норма амортизационных отчислений, соответственно на полное восстановление и капитальный ремонт; гт — норма отчислений на текущий ремонт.
