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        制冷系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

        2011-10-26 07:53:38河南千年冷凍設(shè)備有限公司崔文升
        河南科技 2011年18期
        關(guān)鍵詞:制冷量冷庫制冷系統(tǒng)

        河南千年冷凍設(shè)備有限公司 崔文升

        制冷系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

        河南千年冷凍設(shè)備有限公司 崔文升

        冷庫節(jié)能是冷藏業(yè)管理的核心環(huán)節(jié)。當(dāng)前,冷庫的制冷系統(tǒng),每凍結(jié)1t白條肉平均耗電為110kW,其中高的耗電指標(biāo)為每噸180kW,低的耗電指標(biāo)為每噸70kW;對于凍結(jié)物冷藏間,儲藏1t凍食品,每天耗電平均為0.4kW,其中高的耗電指標(biāo)為每天每噸1.4kW,低的耗電指標(biāo)為每天每噸0.3kW??梢?,冷庫的能耗存在較大的差別。因此,為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能,對冷庫制冷系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造是很有必要的。本文,筆者主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行闡述。

        一、單機(jī)機(jī)組和并聯(lián)機(jī)組的比較

        單機(jī)在為負(fù)荷比較穩(wěn)定的冷庫及冷庫群提供冷源方面是有優(yōu)勢的,單機(jī)的電機(jī)功率比并聯(lián)機(jī)組的電機(jī)功率小,單機(jī)的制冷系統(tǒng)比較簡單,初期投資成本也比較低。但是,在對負(fù)荷變化比較大的冷庫特別是冷庫群,并聯(lián)機(jī)組的節(jié)能優(yōu)勢就比較明顯。并聯(lián)機(jī)組根據(jù)壓力、溫度等相關(guān)參數(shù)和凍品熱負(fù)荷(或者運(yùn)行冷庫數(shù)量的多少)自動控制開停不等數(shù)量的壓縮機(jī),當(dāng)凍品熱負(fù)荷較大時(shí),可以由多臺壓縮機(jī)工作,使凍品在最短時(shí)間內(nèi)降到所需要的溫度,當(dāng)凍品負(fù)荷較小時(shí),可以由單臺壓縮機(jī)供冷。表1是單機(jī)和并聯(lián)機(jī)組在相同制冷量的冷庫系統(tǒng)配置的比較。

        表1 單機(jī)和并聯(lián)機(jī)組配置對比

        二、并聯(lián)機(jī)組和雙級配搭的比較

        螺桿式壓縮機(jī)單級有較大的壓縮比及寬廣的容量范圍,適用于高、中、低溫各種工況,特別是在低溫工況及變工況情況下仍有較高的效率。但是,在低溫工況下的較高效率只是相對活塞式等其他類型的制冷壓縮機(jī)而言的,一般說來,低溫工況對單級壓縮的螺桿壓縮機(jī)會產(chǎn)生諸如容積效率下降、性能系數(shù)降低、欠壓縮、噪聲增大、排氣溫度上升等影響。所以,在蒸發(fā)溫度低于-30℃時(shí),采用雙級配搭比較節(jié)能,在蒸發(fā)溫度高于-30℃時(shí),采用并聯(lián)機(jī)組比較節(jié)能。

        同時(shí),由于雙級配搭并聯(lián)機(jī)組幾乎可以以任意容積比進(jìn)行配組,可以根據(jù)不同應(yīng)用工況的最佳容積比進(jìn)行選配,確定最佳方案,使系統(tǒng)效率得到提高。此外,可以采用河南千年設(shè)備冷凍有限公司的專利技術(shù):根據(jù)吸氣壓力開停高壓級壓縮機(jī),根據(jù)中間壓力開停低壓級壓縮機(jī);根據(jù)PLC程序控制,在蒸發(fā)溫度高于-30℃時(shí),采用并聯(lián)機(jī)組制冷,在蒸發(fā)溫度低于-30℃時(shí)采用雙級配搭制冷;在低壓級壓縮機(jī)的吸氣管道和高壓級壓縮機(jī)的吸氣管道中間加入單向閥和截止閥,使制冷系統(tǒng)在每次開機(jī)運(yùn)行時(shí)可以快速通過不節(jié)能的高溫區(qū)(蒸發(fā)溫度高于-30°C);在低壓級壓縮機(jī)的排氣管道和高壓級壓縮機(jī)的吸氣管道的中間加入中間混合桶,并通過電磁閥組嚴(yán)格控制高壓級壓縮機(jī)吸入氣體的過熱度等方式,同樣可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能。

        雙級壓縮循環(huán)對單級壓縮制冷系統(tǒng)而言,已經(jīng)極大地提高了系統(tǒng)的COP值,但對螺桿式制冷劑而言,還可以利用經(jīng)濟(jì)器進(jìn)一步挖掘其潛力。具體做法是低壓級帶經(jīng)濟(jì)器,將中間冷卻器過冷出來的制冷劑進(jìn)一步過冷,冷凝器(或者儲液器)中出來的制冷劑經(jīng)過兩級過冷后,其溫度已降低至-30°C~-10°C,較普遍的雙級循環(huán)系統(tǒng),其COP值得到進(jìn)一步提高。這種改進(jìn)的雙級壓縮系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)準(zhǔn)三級壓縮系統(tǒng)。

        三、變頻控制并聯(lián)機(jī)組

        研究發(fā)現(xiàn),滑閥調(diào)節(jié)壓縮機(jī)在部分負(fù)荷時(shí)不節(jié)能,在滿負(fù)荷時(shí)是節(jié)能的,而變速調(diào)節(jié)壓縮機(jī)在部分負(fù)荷時(shí)節(jié)能,在滿負(fù)荷時(shí)是不節(jié)能的。所以,將滑閥調(diào)節(jié)螺桿機(jī)組和變頻調(diào)節(jié)螺桿機(jī)組并聯(lián)起來,組成并聯(lián)機(jī)組,發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn),避免各自的缺點(diǎn),能更好地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能,大概可節(jié)能17%以上。在控制方面,當(dāng)有開機(jī)指令時(shí),先開變速調(diào)節(jié)壓縮機(jī)。當(dāng)變速調(diào)節(jié)壓縮機(jī)工作到滿負(fù)荷時(shí),開啟滑閥調(diào)節(jié)壓縮機(jī),同時(shí)降低變速調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速;當(dāng)有停機(jī)指令時(shí),先降低變速調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速,降到最低轉(zhuǎn)速時(shí),停止滑閥調(diào)節(jié)壓縮機(jī),同時(shí)調(diào)整變速調(diào)節(jié)壓縮機(jī)。

        四、 多吸氣壓力制冷系統(tǒng)

        并聯(lián)機(jī)組作為冷源,在為不同溫度的冷庫提供冷量時(shí),由于同一系統(tǒng)的制冷壓縮機(jī)只能在同一個(gè)蒸發(fā)溫度下運(yùn)行,所以不同蒸發(fā)溫度的冷間如果并聯(lián)運(yùn)行,相對蒸發(fā)溫度較高的冷間就處于不節(jié)能的運(yùn)行狀態(tài)。該冷間熱負(fù)荷越高就越不節(jié)能,應(yīng)當(dāng)盡量避免這種情況的出現(xiàn)。氟利昂制冷系統(tǒng)中一機(jī)雙溫冷庫的做法,在高溫庫回氣管上加背壓閥,在低溫庫回氣管上加單向閥,是人為地提高高溫庫的蒸發(fā)壓力以滿足實(shí)際要求的做法,是不節(jié)能的典型做法,不應(yīng)提倡而宜廢止。最好的做法就是在設(shè)計(jì)聯(lián)機(jī)組時(shí),對不同蒸發(fā)溫度采用不同的壓縮機(jī),然后再將它們并聯(lián)在機(jī)組架上面,組成多吸氣壓力制冷系統(tǒng)。

        五、 制冷系統(tǒng)余熱回收

        余熱回收裝置的工作原理是制冷機(jī)組是能量轉(zhuǎn)換設(shè)備,機(jī)組將電能轉(zhuǎn)化為熱能,能量公式為:Qk=Q0+N,其中,Q0是機(jī)組的制冷量,也就是從環(huán)境中吸收的熱能,Qk為機(jī)組冷凝器向環(huán)境放出的熱量,N是輸入電動機(jī)的電能。

        如果制冷機(jī)組不采取熱回收裝置,則意味著把熱氣散發(fā)到大氣或水中去,不但造成能源浪費(fèi),而且對環(huán)境造成熱污染。在制冷量為369.6kW,蒸發(fā)溫度為-25°C,冷凝溫度為+35°C,液體過冷度為+5K,吸氣過熱為5K,制冷劑質(zhì)量流量為1 809.5g/s的條件下,當(dāng)排氣溫度為92.10°C時(shí),過熱氣體的焓值為464.39kJ/kg,當(dāng)冷凝溫度為+35°C時(shí),飽和液體的焓值為243.14 kJ/kg,將這部分冷凝熱的40%回收用于加熱工藝熱水,每小時(shí)共計(jì)節(jié)能:(464.39 kJ/kg-243.14 kJ/kg)×1 809.5g/s×3 600s×40%×0.278÷1 000=160.22kWh。

        制冷系統(tǒng)余熱回收的熱量主要用于制取工藝熱水或者生活熱水,比如用于沖澡和清洗地面的水等??筛鶕?jù)用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇。

        六、制冷系統(tǒng)熱氣融霜

        熱氣融霜是利用制冷系統(tǒng)的壓縮機(jī)把排出的高溫高壓的過熱蒸汽直接排入冷風(fēng)機(jī)盤管,制冷劑在盤管內(nèi)冷卻、冷凝,集結(jié)在冷風(fēng)機(jī)盤管上的霜層吸收制冷劑放出的熱量,從而達(dá)到融霜的目的。

        如圖1所示,采用四管制逆流融霜方式,熱氣從熱氣集管經(jīng)過截止閥、電磁閥,在等水盤和冷風(fēng)機(jī)中實(shí)現(xiàn)融霜后,液體通過單向閥、電磁閥和截止閥回到排液集管,排液集管的液體再排到儲液器里面。由于融霜排液直接排到儲液器,然后參與制冷循環(huán),對于制冷系統(tǒng)來說,沒有浪費(fèi)額外的能源來實(shí)現(xiàn)融霜,所以該系統(tǒng)是節(jié)能的。

        以某大型冷庫項(xiàng)目為例,該項(xiàng)目冷庫凈面積8 500m2,庫高5.3m,有低溫冷庫10間,高溫冷庫24間,其中僅低溫冷庫電化霜每年消耗的電費(fèi)高達(dá)25萬多度,如果采用熱氣融霜的方案,這個(gè)消耗就可以基本避免。熱氣融霜的方案初期投資成本較高,但是在設(shè)備運(yùn)行兩年后,可基本將成本收回。

        七、制冷系統(tǒng)控制程序的設(shè)計(jì)

        以往庫房以溫度調(diào)節(jié)為主,對蒸發(fā)溫度往往不作調(diào)節(jié),很難達(dá)到較好的節(jié)能效果。在某一運(yùn)行狀態(tài)下如果蒸發(fā)溫度能以庫房熱負(fù)荷以及制冷系統(tǒng)制冷量為參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),則既能達(dá)到節(jié)能的目的還能使能量調(diào)節(jié)更為合理。一般而言,制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器和制冷壓縮機(jī)的配備基本都能滿足最高負(fù)荷的需要。如果冷間熱負(fù)荷減少而制冷量不能及時(shí)作出相應(yīng)調(diào)節(jié),則制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度將會相應(yīng)降低,使壓縮機(jī)的制冷量與熱負(fù)荷達(dá)到一個(gè)新的平衡點(diǎn)。而蒸發(fā)溫度的降低反過來卻增加了蒸發(fā)器的制冷量,面對已減少的熱負(fù)荷必然形成頻繁啟停的后果。蒸發(fā)溫度每變化1°C,相應(yīng)增減電能約3%~5%。如果及時(shí)調(diào)高蒸發(fā)溫度,使系統(tǒng)在另一個(gè)理想的平衡點(diǎn)上,則不但避免了浪費(fèi)、做到了節(jié)能,還減少了制冷壓縮機(jī)的頻繁啟動,是一舉兩得的節(jié)能措施。

        八、結(jié)論

        以上為制冷系統(tǒng)在節(jié)能方面的考慮,主要是針對制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制方面。其實(shí),制冷系統(tǒng)的節(jié)能不僅僅是在制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制方面,還包括選擇好的施工單位進(jìn)行施工,對設(shè)備使用方進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行節(jié)能管理方面的培訓(xùn)等,這些方面都會影響到系統(tǒng)的節(jié)能效率。

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