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工業(yè)冷水機(jī)選型及節(jié)能技術(shù)

時(shí)間:2013-10-02 瀏覽量:3 來(lái)源:安格斯 編輯:admin

  制冷技術(shù)的發(fā)展水平是衡量一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的重要標(biāo)志。近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人均生活水平的不斷提高,制冷行業(yè)獲得了極其迅猛的發(fā)展,但長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)仍是以資源高消耗和犧牲環(huán)境為代價(jià)的粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式。統(tǒng)計(jì)資料表明,我國(guó)現(xiàn)階段總能源利用率僅達(dá)歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家上世紀(jì)八十年代水平。制冷行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中大耗能行業(yè)之一,制冷設(shè)備的能耗在我國(guó)總耗能中的比重還在逐年上升。因此,制冷設(shè)備的節(jié)能就成為了我
國(guó)節(jié)能工作中的重要一環(huán),也成為我們制冷行業(yè)內(nèi)重要的研究課題之一。
  通過(guò)研究和生產(chǎn)實(shí)踐運(yùn)用,我們認(rèn)為:對(duì)工業(yè)冷水機(jī)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)與匹配組成,并通過(guò)對(duì)系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行精心、正確合理地的操作控制,就能使其在最經(jīng)濟(jì)合理的工況條件下安全可靠地運(yùn)行,同時(shí)達(dá)到產(chǎn)冷量最大,耗功最省,運(yùn)行效率最高的目的。

1.工業(yè)冷水機(jī)主要組成配件的節(jié)能選型
  1.1制冷壓縮機(jī)的選擇
  1.1.1溫度范圍
  工業(yè)冷水機(jī)設(shè)計(jì)中選擇壓縮機(jī),首先應(yīng)考慮制冷設(shè)備對(duì)制取溫度的要求,同時(shí)對(duì)用戶(hù)的用冷情況也應(yīng)進(jìn)行深入的調(diào)查了解,選擇適應(yīng)溫度要求的中高溫壓縮機(jī)或低溫壓縮機(jī)。在活塞式制冷壓縮機(jī)中,充分考慮了不同工況領(lǐng)域電機(jī)功率與氣體流量的不同,相同排量的中高溫壓縮機(jī)與低溫壓縮機(jī)是分別采用不同電機(jī)與閥板組合優(yōu)化設(shè)計(jì)制造的。低溫壓縮機(jī)是決不允許應(yīng)用于蒸發(fā)溫度大于-5℃以上的場(chǎng)合,以避免壓縮機(jī)電機(jī)過(guò)載;反之,在低溫領(lǐng)域若采用相同排量的高溫壓縮機(jī),往往會(huì)因?yàn)殡姍C(jī)效率下降、功率因素
降低、閥板余隙影響等造成制冷設(shè)備制冷量明顯減少、功耗增大,也是很不經(jīng)濟(jì)的。
  1.1.2制冷量
  制冷量的大小將直接關(guān)系到設(shè)備設(shè)計(jì)的一次性投資、占地面積、能量消耗和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效果。通常制冷量的大小是根據(jù)用戶(hù)的熱負(fù)荷而定的。生產(chǎn)實(shí)際中情況千差萬(wàn)別,通常應(yīng)綜合優(yōu)化考慮一次性投資與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效果。應(yīng)當(dāng)注意到,不同用戶(hù)的用冷規(guī)律不同,各地的能源價(jià)格不同,以及其它一些因素,都將影響設(shè)備的一次性投資與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效果所占的設(shè)計(jì)比重。因此,設(shè)計(jì)人員一定要充分調(diào)查當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況,進(jìn)行系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性技術(shù)分析,做出全面經(jīng)濟(jì)合理的選擇,切不可只簡(jiǎn)單地套用有關(guān)的公式數(shù)據(jù)來(lái)選擇確定。設(shè)計(jì)選擇上考慮不周,不僅會(huì)給設(shè)備的操作維護(hù)造成困難、導(dǎo)致效率降低、能耗增大,而且可能造成事故產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p失。
  1.1.3能量調(diào)節(jié)
  通常壓縮機(jī)總是根據(jù)系統(tǒng)最大制冷量需求來(lái)選定的。在生產(chǎn)實(shí)際中,熱負(fù)荷是隨著外界條件而經(jīng)常變化的,這就提出了對(duì)壓縮機(jī)應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)有效地調(diào)節(jié),使其制冷量與外界熱負(fù)荷始終保持平衡,減少系統(tǒng)蒸發(fā)溫度與壓力的波動(dòng),從而相應(yīng)減少被冷卻對(duì)象的溫度波動(dòng)。
對(duì)于單臺(tái)壓縮機(jī),最簡(jiǎn)單的能量調(diào)節(jié)方式就是間歇運(yùn)行,即當(dāng)達(dá)到規(guī)定的溫度時(shí),壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn);當(dāng)溫度升到規(guī)定上限時(shí),壓縮機(jī)又將重新起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。顯然這種方法只用于小型壓縮機(jī),因?yàn)閷?duì)于功率大于10kW的壓縮機(jī),壓縮機(jī)電機(jī)的頻繁啟動(dòng)會(huì)引起供電回路的電壓波動(dòng),影響其它設(shè)備的正常工作,同時(shí)壓縮機(jī)即使不很頻繁的多次重復(fù)啟動(dòng)也總會(huì)對(duì)壓縮機(jī)產(chǎn)生致命的損傷隱患。
  通過(guò)生產(chǎn)運(yùn)用實(shí)踐,我們逐步認(rèn)識(shí)到雙機(jī)系統(tǒng)并聯(lián)型,即在同一設(shè)備中采用兩臺(tái)壓縮機(jī)和兩套獨(dú)立制冷系統(tǒng)并聯(lián)替代單臺(tái)大功率壓縮機(jī)和單一制冷系統(tǒng),是實(shí)現(xiàn)制冷設(shè)備制冷量調(diào)節(jié)較為合理可靠的方法,能保證制冷設(shè)備在部分負(fù)荷下運(yùn)行的高效率,實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行,這對(duì)較大冷量的系統(tǒng)尤為有利。同時(shí)系統(tǒng)中雙機(jī)的逐臺(tái)啟動(dòng),避免了對(duì)電網(wǎng)過(guò)大的波動(dòng)沖擊,綜合提高了制冷裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性,而當(dāng)某臺(tái)壓縮機(jī)發(fā)生故障時(shí),還可以進(jìn)行單臺(tái)維修而系統(tǒng)仍然可以維持運(yùn)行。
  在工業(yè)冷水機(jī)設(shè)計(jì)中,確定壓縮機(jī)配置的臺(tái)數(shù)應(yīng)盡量少,以簡(jiǎn)化系統(tǒng)和便于操作管理。但是生產(chǎn)實(shí)際中工業(yè)冷水機(jī)在部分負(fù)荷下運(yùn)行的時(shí)間,占有相當(dāng)大的比例,因此,采用雙機(jī)并聯(lián)型系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行的節(jié)能也就具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然,對(duì)制冷量需求較小的工業(yè)冷水機(jī),是否選用兩臺(tái)壓縮機(jī)系統(tǒng),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況全面衡量后再確定最佳合理的設(shè)計(jì)選型方案。
  1.2換熱器的選擇
  1.2.1冷凝器
  風(fēng)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(jī)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(qū),或冷凝壓力較低的制冷劑。其最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要冷卻水,使用方便。特別適宜于缺水地區(qū)或供水困難地區(qū)使用。
  自然界水溫一般較低,并且水的傳熱性能優(yōu)良,故水冷冷凝器的冷凝溫度比較低,這對(duì)壓縮機(jī)的制冷能力和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性都比較有利,目前在工業(yè)制冷系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用,為節(jié)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(fù)循環(huán)使用。
  冷凝器換熱面積是設(shè)計(jì)選型中的另一重要內(nèi)容,設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮用戶(hù)在使用中維護(hù)管理意識(shí)水平普遍較低的現(xiàn)狀,適當(dāng)選擇較大的冷凝面積還是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用,機(jī)組制冷效率也較高。
  綜上,各種冷凝器各有其優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)于一定的應(yīng)用場(chǎng)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(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性不同。但目前國(guó)內(nèi)大多用戶(hù)在實(shí)際選擇冷凝器時(shí),往往對(duì)不同冷凝器運(yùn)行能耗的差異影響考慮很少。實(shí)際上,冷凝器的選擇對(duì)制冷裝置能耗的影響,必須引起我們的高度重視!在設(shè)備的設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)采用不同冷凝器的不同方案進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,綜合考慮初期投資、安裝位置環(huán)境、操作維護(hù)等各方面因素,然后選擇最佳合理方案。
  1.2.2蒸發(fā)器
  在工業(yè)冷水機(jī)設(shè)計(jì)中,蒸發(fā)器的選擇主要考慮蒸發(fā)器類(lèi)型和傳熱面積兩方面因素。近年來(lái),對(duì)于換熱器的設(shè)計(jì)選型有一個(gè)一致的傾向,即采用較小的傳熱溫差,當(dāng)傳熱量一定時(shí),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(yùn)行費(fèi)用。隨著能源短缺矛盾的突出,世界各國(guó)都對(duì)節(jié)能提出了更高的要求,并采取了相應(yīng)的政策措施,因此,適當(dāng)增加投資,可以減少常年運(yùn)行的能耗,達(dá)到節(jié)能的目的,且隨著運(yùn)行費(fèi)用的上升,由于節(jié)能而增加的投資回收期也將逐漸縮短,最終得到較高的經(jīng)濟(jì)效益。換熱器對(duì)運(yùn)行費(fèi)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(yīng)用。
1.3節(jié)流裝置的選擇
  節(jié)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(yùn)行的效率和能耗水平。熱力膨脹閥選擇不當(dāng),將造成蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積利用率下降,制冷裝置的效率降低,能耗增加等,甚至產(chǎn)生濕沖程對(duì)壓縮機(jī)產(chǎn)生致命的損壞。
正確地選擇調(diào)節(jié)膨脹閥是制冷裝置節(jié)能中的重要一環(huán)。熱力膨脹閥的容量是隨工況而變的,選擇容量時(shí)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的熱力膨脹閥性能表進(jìn)行選擇,但必須注意,還應(yīng)該全面考慮熱力膨脹閥的平衡方式,蒸發(fā)溫度、閥前后壓差和閥進(jìn)口液體溫度等因素對(duì)膨脹閥容量的影響進(jìn)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(yùn)行狀態(tài),達(dá)到高效節(jié)能的目的。

2.制冷系統(tǒng)主要運(yùn)行參數(shù)的節(jié)能控制調(diào)節(jié)
  在工業(yè)冷水機(jī)實(shí)際運(yùn)行中,我們認(rèn)識(shí)到不僅應(yīng)該把制冷系統(tǒng)調(diào)整到合理的運(yùn)行范圍,滿(mǎn)足制冷工藝的要求,維持其安全正常運(yùn)行,而且還應(yīng)該并可以進(jìn)一步將制冷系統(tǒng)調(diào)整到最佳運(yùn)行狀態(tài),實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的運(yùn)行目的,提高制冷設(shè)備運(yùn)行的節(jié)能水平。
  2.1蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力
  在工業(yè)冷水機(jī)的設(shè)計(jì)中,提高蒸發(fā)溫度將使制冷系統(tǒng)的壓縮比降低、功耗減少,這對(duì)節(jié)能是十分有利的。但是蒸發(fā)溫度取決于被冷卻對(duì)象,調(diào)整蒸發(fā)溫度必須以不影響被冷卻對(duì)象的制冷工藝要求為前提。
從節(jié)能的角度來(lái)講,適當(dāng)?shù)靥岣哒舭l(fā)溫度是經(jīng)濟(jì)合理的,計(jì)算表明當(dāng)用-25℃的出液溫度代替-30℃出液溫度時(shí),由于蒸發(fā)溫度升高,將節(jié)約電能達(dá)9.8%。因此,對(duì)于對(duì)溫度要求不高的情況,可以適當(dāng)?shù)靥岣叱鲆簻囟龋糜谔岣咧菩什⑦_(dá)到節(jié)能的效果。
  2.2冷凝溫度和冷凝壓力
  冷凝溫度過(guò)高,將引起壓縮機(jī)排氣壓力過(guò)高,排氣溫度升高,這對(duì)壓縮機(jī)的安全運(yùn)行十分不利,容易造成事故;同時(shí)使制冷裝置效率降低,能耗增加。從節(jié)能角度,在工業(yè)冷水機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)選取較低的冷凝溫度,即配置較大的冷凝換熱面積,達(dá)到實(shí)際節(jié)能運(yùn)行的目的。
  從操作調(diào)節(jié)的角度,應(yīng)控制制冷設(shè)備在盡可能低的冷凝溫度下運(yùn)行,以提高制冷效率,降低運(yùn)行費(fèi)用。冷凝溫度決定于冷卻介質(zhì)的溫度、流量、流速、冷凝面積、壓縮機(jī)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(shí)除垢清洗;另一方面,就是控制冷卻介質(zhì)的流量、流速,保證冷卻介質(zhì)均勻地流過(guò)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(tǒng)設(shè)備部分負(fù)荷下運(yùn)行時(shí),應(yīng)特別注意同時(shí)對(duì)應(yīng)控制調(diào)節(jié)冷凝系統(tǒng)的水泵或風(fēng)機(jī)負(fù)荷,避免無(wú)效的換熱功耗。因?yàn)橹评湓O(shè)備的總能耗包括了壓縮機(jī)的能耗和換熱器水泵和風(fēng)機(jī)的能耗。
  2.3液體過(guò)冷度和吸氣過(guò)熱度
  液態(tài)制冷劑節(jié)流后進(jìn)入兩相濕蒸汽區(qū),此時(shí)制冷劑的干度越小,其在蒸發(fā)器中氣化時(shí)的吸熱量即制冷量越大,循環(huán)的制冷系數(shù)亦越高。在一定的冷凝溫度、蒸發(fā)溫度下,采用使節(jié)流前制冷劑液體過(guò)冷的方法可達(dá)到減小節(jié)流后制冷劑干度的目的,提高制冷循環(huán)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(jìn)口溫度比冷凝溫度低5~13K,這就足以使制冷劑出口溫度達(dá)到一定的過(guò)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(nèi)部,這部分液體將繼續(xù)把熱量傳給管內(nèi)的冷卻水和周?chē)橘|(zhì),排出時(shí)便可獲得一定過(guò)冷度。
  過(guò)冷度的獲得產(chǎn)生并不產(chǎn)生壓縮機(jī)耗功的增加,這就意味著過(guò)冷度必定導(dǎo)致設(shè)備系統(tǒng)制冷系數(shù)的增加,提高制冷設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。研究計(jì)算表明,在冷凝溫度40℃,蒸發(fā)溫度5℃工況條件下,5K的過(guò)冷度,會(huì)使R22制冷設(shè)備制冷量增加4.27%,輸入功率無(wú)變化,COP值提高4.27%。同時(shí),一定的過(guò)冷度還有效防止了液態(tài)制冷劑在從冷凝器到節(jié)流閥間的管道中發(fā)生部分氣化造成制冷量下降和膨脹閥故障。
在低溫工業(yè)冷水機(jī)設(shè)備中,吸氣溫度過(guò)低會(huì)使壓縮機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重結(jié)霜,潤(rùn)滑條件惡化。在濕沖程下,壓縮機(jī)運(yùn)行的容積效率大幅降低,指示效率、機(jī)械效率及電效率均會(huì)有所減低,從而使壓縮機(jī)的COP值會(huì)有更大幅度的下降。更為甚者,濕沖程極易產(chǎn)生液擊對(duì)壓縮機(jī)產(chǎn)生致命的機(jī)械損傷。適當(dāng)合理的吸氣過(guò)熱度,可以保證制冷設(shè)備更為安全可靠、高效節(jié)能地經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
  除此之外,充分利用晝夜溫差引起的夜間熱負(fù)荷降低,冷凝溫度降低及夜間低谷電網(wǎng),盡可能使制冷設(shè)備在夜間運(yùn)行;在制冷環(huán)境中優(yōu)化設(shè)計(jì)均勻的氣流組織;采用多級(jí)分段制冷工藝使工業(yè)冷水機(jī)在各個(gè)時(shí)段中采用不同的運(yùn)行參數(shù),降低傳熱溫差,利用連續(xù)變溫調(diào)節(jié)時(shí)制冷系數(shù)大的原理,以不增加投資實(shí)現(xiàn)實(shí)際制冷凍結(jié)過(guò)程的節(jié)能也都具有較為明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
  綜上所述,隨著能源問(wèn)題的日益突出,對(duì)節(jié)約能源提出了更高的要求,世界各國(guó)都相應(yīng)制定了新的能源經(jīng)濟(jì)政策措施,我國(guó)政府也已在政府工作報(bào)告中制定了單位GDP能耗降低 20%的能源控制目標(biāo)。因此,總體上講,在制冷設(shè)備的設(shè)計(jì)施工中,適當(dāng)增加初期一次性投資,以降低制冷設(shè)備運(yùn)行的能耗,達(dá)到高效節(jié)能的目的,降低設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用,是應(yīng)當(dāng)采用的設(shè)計(jì)思想。隨著能源價(jià)格致使設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用的上升,由于節(jié)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(jīng)濟(jì)效益。

  參 考 文 獻(xiàn)
  〔1〕吳業(yè)正,韓寶琦. 制冷原理與設(shè)備(第2版). 陜西:西安交通大學(xué)出版社,1997
  〔2〕盧士勛 周祖毅. 實(shí)用制冷與空調(diào)工程手冊(cè). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001
  〔3〕逯紅杰. 制冷技術(shù). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009


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