工業冷水機選型及節能技術

時間:2013-10-02 瀏覽量:3 來源:安格斯 編輯:admin

  制冷技術的發展水平是衡量一個國家國民經濟和人民生活水平的重要標志。近年來隨著我國經濟的快速發展和人均生活水平的不斷提高,制冷行業獲得了極其迅猛的發展,但長期以來我國經濟增長仍是以資源高消耗和犧牲環境為代價的粗放型經濟增長模式。統計資料表明,我國現階段總能源利用率僅達歐美日等發達國家上世紀八十年代水平。制冷行業是國民經濟中大耗能行業之一,制冷設備的能耗在我國總耗能中的比重還在逐年上升。因此,制冷設備的節能就成為了我
國節能工作中的重要一環,也成為我們制冷行業內重要的研究課題之一。
  通過研究和生產實踐運用,我們認為:對工業冷水機進行科學合理的設計與匹配組成,并通過對系統主要運行參數進行精心、正確合理地的操作控制,就能使其在最經濟合理的工況條件下安全可靠地運行,同時達到產冷量最大,耗功最省,運行效率最高的目的。

1.工業冷水機主要組成配件的節能選型
  1.1制冷壓縮機的選擇
  1.1.1溫度范圍
  工業冷水機設計中選擇壓縮機,首先應考慮制冷設備對制取溫度的要求,同時對用戶的用冷情況也應進行深入的調查了解,選擇適應溫度要求的中高溫壓縮機或低溫壓縮機。在活塞式制冷壓縮機中,充分考慮了不同工況領域電機功率與氣體流量的不同,相同排量的中高溫壓縮機與低溫壓縮機是分別采用不同電機與閥板組合優化設計制造的。低溫壓縮機是決不允許應用于蒸發溫度大于-5℃以上的場合,以避免壓縮機電機過載;反之,在低溫領域若采用相同排量的高溫壓縮機,往往會因為電機效率下降、功率因素
降低、閥板余隙影響等造成制冷設備制冷量明顯減少、功耗增大,也是很不經濟的。
  1.1.2制冷量
  制冷量的大小將直接關系到設備設計的一次性投資、占地面積、能量消耗和運行經濟效果。通常制冷量的大小是根據用戶的熱負荷而定的。生產實際中情況千差萬別,通常應綜合優化考慮一次性投資與運行經濟效果。應當注意到,不同用戶的用冷規律不同,各地的能源價格不同,以及其它一些因素,都將影響設備的一次性投資與運行經濟效果所占的設計比重。因此,設計人員一定要充分調查當地的實際情況,進行系統經濟性技術分析,做出全面經濟合理的選擇,切不可只簡單地套用有關的公式數據來選擇確定。設計選擇上考慮不周,不僅會給設備的操作維護造成困難、導致效率降低、能耗增大,而且可能造成事故產生嚴重損失。
  1.1.3能量調節
  通常壓縮機總是根據系統最大制冷量需求來選定的。在生產實際中,熱負荷是隨著外界條件而經常變化的,這就提出了對壓縮機應進行相應有效地調節,使其制冷量與外界熱負荷始終保持平衡,減少系統蒸發溫度與壓力的波動,從而相應減少被冷卻對象的溫度波動。
對于單臺壓縮機,最簡單的能量調節方式就是間歇運行,即當達到規定的溫度時,壓縮機停止運轉;當溫度升到規定上限時,壓縮機又將重新起動運轉。顯然這種方法只用于小型壓縮機,因為對于功率大于10kW的壓縮機,壓縮機電機的頻繁啟動會引起供電回路的電壓波動,影響其它設備的正常工作,同時壓縮機即使不很頻繁的多次重復啟動也總會對壓縮機產生致命的損傷隱患。
  通過生產運用實踐,我們逐步認識到雙機系統并聯型,即在同一設備中采用兩臺壓縮機和兩套獨立制冷系統并聯替代單臺大功率壓縮機和單一制冷系統,是實現制冷設備制冷量調節較為合理可靠的方法,能保證制冷設備在部分負荷下運行的高效率,實現節能運行,這對較大冷量的系統尤為有利。同時系統中雙機的逐臺啟動,避免了對電網過大的波動沖擊,綜合提高了制冷裝置運行的經濟性、安全性,而當某臺壓縮機發生故障時,還可以進行單臺維修而系統仍然可以維持運行。
  在工業冷水機設計中,確定壓縮機配置的臺數應盡量少,以簡化系統和便于操作管理。但是生產實際中工業冷水機在部分負荷下運行的時間,占有相當大的比例,因此,采用雙機并聯型系統對運行的節能也就具有相當大的優勢。當然,對制冷量需求較小的工業冷水機,是否選用兩臺壓縮機系統,應根據實際情況全面衡量后再確定最佳合理的設計選型方案。
  1.2換熱器的選擇
  1.2.1冷凝器
  風冷翅片冷凝器,由于空氣的傳熱較差,其冷凝溫度常較高,使冷凝壓力升高,制冷機效率降低,耗能增加。因此,其比較適用于夏季室外溫度不太高地區,或冷凝壓力較低的制冷劑。其最大的優點是不需要冷卻水,使用方便。特別適宜于缺水地區或供水困難地區使用。
  自然界水溫一般較低,并且水的傳熱性能優良,故水冷冷凝器的冷凝溫度比較低,這對壓縮機的制冷能力和運行的經濟性都比較有利,目前在工業制冷系統中得到了廣泛應用,為節約水資源,普遍采用冷卻水塔裝置,使冷凝器的出水得到冷卻降溫,以供水冷冷凝器重復循環使用。
  冷凝器換熱面積是設計選型中的另一重要內容,設計中應充分考慮用戶在使用中維護管理意識水平普遍較低的現狀,適當選擇較大的冷凝面積還是比較經濟實用,機組制冷效率也較高。
  綜上,各種冷凝器各有其優缺點。對于一定的應用場合,選用不同冷凝器的直接后果是冷凝溫度與壓力不同,制冷機運行的經濟性不同。但目前國內大多用戶在實際選擇冷凝器時,往往對不同冷凝器運行能耗的差異影響考慮很少。實際上,冷凝器的選擇對制冷裝置能耗的影響,必須引起我們的高度重視!在設備的設計中應對采用不同冷凝器的不同方案進行全面的技術經濟分析,綜合考慮初期投資、安裝位置環境、操作維護等各方面因素,然后選擇最佳合理方案。
  1.2.2蒸發器
  在工業冷水機設計中,蒸發器的選擇主要考慮蒸發器類型和傳熱面積兩方面因素。近年來,對于換熱器的設計選型有一個一致的傾向,即采用較小的傳熱溫差,當傳熱量一定時,傳熱溫差減少就必須增大傳熱面積,傳熱面積增大就意味著增加投資和減少運行費用。隨著能源短缺矛盾的突出,世界各國都對節能提出了更高的要求,并采取了相應的政策措施,因此,適當增加投資,可以減少常年運行的能耗,達到節能的目的,且隨著運行費用的上升,由于節能而增加的投資回收期也將逐漸縮短,最終得到較高的經濟效益。換熱器對運行費用的影響日益受到重視,板式換熱器等各種新型高效換熱器正在不斷被應用。
1.3節流裝置的選擇
  節流裝置的工作特性,直接影響到制冷裝置的制冷性能,影響到裝置運行的效率和能耗水平。熱力膨脹閥選擇不當,將造成蒸發器的蒸發面積利用率下降,制冷裝置的效率降低,能耗增加等,甚至產生濕沖程對壓縮機產生致命的損壞。
正確地選擇調節膨脹閥是制冷裝置節能中的重要一環。熱力膨脹閥的容量是隨工況而變的,選擇容量時應根據生產廠家提供的熱力膨脹閥性能表進行選擇,但必須注意,還應該全面考慮熱力膨脹閥的平衡方式,蒸發溫度、閥前后壓差和閥進口液體溫度等因素對膨脹閥容量的影響進行修正,這樣才能保證熱力膨脹閥與制冷裝置很好地匹配,使制冷裝置處于最佳的運行狀態,達到高效節能的目的。

2.制冷系統主要運行參數的節能控制調節
  在工業冷水機實際運行中,我們認識到不僅應該把制冷系統調整到合理的運行范圍,滿足制冷工藝的要求,維持其安全正常運行,而且還應該并可以進一步將制冷系統調整到最佳運行狀態,實現高效節能的運行目的,提高制冷設備運行的節能水平。
  2.1蒸發溫度和蒸發壓力
  在工業冷水機的設計中,提高蒸發溫度將使制冷系統的壓縮比降低、功耗減少,這對節能是十分有利的。但是蒸發溫度取決于被冷卻對象,調整蒸發溫度必須以不影響被冷卻對象的制冷工藝要求為前提。
從節能的角度來講,適當地提高蒸發溫度是經濟合理的,計算表明當用-25℃的出液溫度代替-30℃出液溫度時,由于蒸發溫度升高,將節約電能達9.8%。因此,對于對溫度要求不高的情況,可以適當地提高出液溫度,用于提高制效率并達到節能的效果。
  2.2冷凝溫度和冷凝壓力
  冷凝溫度過高,將引起壓縮機排氣壓力過高,排氣溫度升高,這對壓縮機的安全運行十分不利,容易造成事故;同時使制冷裝置效率降低,能耗增加。從節能角度,在工業冷水機設計時應適當選取較低的冷凝溫度,即配置較大的冷凝換熱面積,達到實際節能運行的目的。
  從操作調節的角度,應控制制冷設備在盡可能低的冷凝溫度下運行,以提高制冷效率,降低運行費用。冷凝溫度決定于冷卻介質的溫度、流量、流速、冷凝面積、壓縮機的排氣量以及空氣濕度、油污、水垢等影響冷凝器傳熱效率的各種因素。要使冷凝溫度盡量低,主要從兩方面入手:一是保持換熱面積的清潔,消除影響熱交換的因素,即及時除垢清洗;另一方面,就是控制冷卻介質的流量、流速,保證冷卻介質均勻地流過換熱面積;還要特別注意冷卻水在冷凝器中分配的均勻性。在系統設備部分負荷下運行時,應特別注意同時對應控制調節冷凝系統的水泵或風機負荷,避免無效的換熱功耗。因為制冷設備的總能耗包括了壓縮機的能耗和換熱器水泵和風機的能耗。
  2.3液體過冷度和吸氣過熱度
  液態制冷劑節流后進入兩相濕蒸汽區,此時制冷劑的干度越小,其在蒸發器中氣化時的吸熱量即制冷量越大,循環的制冷系數亦越高。在一定的冷凝溫度、蒸發溫度下,采用使節流前制冷劑液體過冷的方法可達到減小節流后制冷劑干度的目的,提高制冷循環的制冷量。
通常情況下,假定冷凝器出水溫度比冷凝溫度低3~5K,冷卻水在冷凝器中的溫升為3~8K,因而冷卻水的進口溫度比冷凝溫度低5~13K,這就足以使制冷劑出口溫度達到一定的過冷度。在臥式殼管冷凝器中,如果冷凝后的液體不立即從冷凝器的底部排出,而是積存在冷凝器內部,這部分液體將繼續把熱量傳給管內的冷卻水和周圍介質,排出時便可獲得一定過冷度。
  過冷度的獲得產生并不產生壓縮機耗功的增加,這就意味著過冷度必定導致設備系統制冷系數的增加,提高制冷設備運行的經濟性。研究計算表明,在冷凝溫度40℃,蒸發溫度5℃工況條件下,5K的過冷度,會使R22制冷設備制冷量增加4.27%,輸入功率無變化,COP值提高4.27%。同時,一定的過冷度還有效防止了液態制冷劑在從冷凝器到節流閥間的管道中發生部分氣化造成制冷量下降和膨脹閥故障。
在低溫工業冷水機設備中,吸氣溫度過低會使壓縮機產生嚴重結霜,潤滑條件惡化。在濕沖程下,壓縮機運行的容積效率大幅降低,指示效率、機械效率及電效率均會有所減低,從而使壓縮機的COP值會有更大幅度的下降。更為甚者,濕沖程極易產生液擊對壓縮機產生致命的機械損傷。適當合理的吸氣過熱度,可以保證制冷設備更為安全可靠、高效節能地經濟運行。
  除此之外,充分利用晝夜溫差引起的夜間熱負荷降低,冷凝溫度降低及夜間低谷電網,盡可能使制冷設備在夜間運行;在制冷環境中優化設計均勻的氣流組織;采用多級分段制冷工藝使工業冷水機在各個時段中采用不同的運行參數,降低傳熱溫差,利用連續變溫調節時制冷系數大的原理,以不增加投資實現實際制冷凍結過程的節能也都具有較為明顯的經濟效益。
  綜上所述,隨著能源問題的日益突出,對節約能源提出了更高的要求,世界各國都相應制定了新的能源經濟政策措施,我國政府也已在政府工作報告中制定了單位GDP能耗降低 20%的能源控制目標。因此,總體上講,在制冷設備的設計施工中,適當增加初期一次性投資,以降低制冷設備運行的能耗,達到高效節能的目的,降低設備運行費用,是應當采用的設計思想。隨著能源價格致使設備運行費用的上升,由于節能使增加的初期投資回收期逐漸縮短,可獲得較高的綜合經濟效益。

  參 考 文 獻
  〔1〕吳業正,韓寶琦. 制冷原理與設備(第2版). 陜西:西安交通大學出版社,1997
  〔2〕盧士勛 周祖毅. 實用制冷與空調工程手冊. 北京:機械工業出版社,2001
  〔3〕逯紅杰. 制冷技術. 北京:機械工業出版社,2009


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