潘洪準(zhǔn)

( 廣州市粵聯(lián)水產(chǎn)制冷工程有限公司,廣州 511490 )

大型氟利昂制冷系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

潘洪準(zhǔn)

( 廣州市粵聯(lián)水產(chǎn)制冷工程有限公司,廣州 511490 )

對大型氟利昂制冷系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了介紹，分析了在實際工程中限制節(jié)能技術(shù)應(yīng)用推廣的因素，并提出解決方案，通過應(yīng)用實例顯示了使用節(jié)能技術(shù)所取得的實際效果。

氟利昂；節(jié)能技術(shù)；節(jié)能改造；滿液式；二級節(jié)流；熱氣融霜

Abstract：Introduction of energy-saving technology for large Freon refrigeration system,analyzing factors restricting application and promotion of energy-saving technology in practice,offering solution and stating effects of adapting energy-saving technology through application cases.

Keywords：Freon;Energy-saving technology;Energy-saving reforming;Flooded-type;Two-stage throttling;Defrost by superheated vapor

1 前言

在冷庫制冷系統(tǒng)中，應(yīng)用的制冷劑主要是氨和氟利昂兩大類。氨通常應(yīng)用在中大型的制冷系統(tǒng)，末端蒸發(fā)器采用氨泵強(qiáng)制供液或重力供液方式(滿液式)，換熱效率高，能耗低，但系統(tǒng)較為復(fù)雜，技術(shù)要求高；采用氟利昂作為工質(zhì)的制冷系統(tǒng)，末端蒸發(fā)器普遍采用直接膨脹供液方式，換熱效率低，能耗高，由于系統(tǒng)簡單，建造成本低，因此在小型制冷系統(tǒng)上有廣泛應(yīng)用。在2013年吉林寶源豐氨泄漏事故發(fā)生后，國家安監(jiān)部門對氨制冷系統(tǒng)的應(yīng)用采取了高壓態(tài)勢，許多本來適合采用氨作為制冷劑的大型冷庫項目紛紛改為氟利昂工質(zhì)。但之前氟利昂主要應(yīng)用在中小型的簡單的制冷系統(tǒng)，技術(shù)落后，現(xiàn)在直接應(yīng)用在大型冷庫上，很多時候達(dá)不到大型冷庫的應(yīng)用要求，而且能耗高，制冷系統(tǒng)運行成本居高不下，給用戶造成巨大損失，國家也浪費了大量能源。因此，根據(jù)我國現(xiàn)階段工業(yè)制冷的實際情況，推廣大型氟利昂制冷系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)和對已經(jīng)在運行的大型高能耗氟利昂制冷系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造具有極大的意義。

2 氟利昂制冷系統(tǒng)主要節(jié)能技術(shù)

(1)采用滿液式蒸發(fā)系統(tǒng)代替干式蒸發(fā)系統(tǒng)?，F(xiàn)在很多大中型冷庫制冷系統(tǒng)采用了氟利昂直膨式供液系統(tǒng)(干式蒸發(fā))，這種制冷系統(tǒng)對蒸發(fā)器的有效利用率非常低，系統(tǒng)運行能耗極高。而滿液式蒸發(fā)充分利用了蒸發(fā)器的換熱面積，有效地提高了蒸發(fā)器的熱交換效率，使制冷系統(tǒng)的運行能耗大大降低。滿液式蒸發(fā)系統(tǒng)有泵強(qiáng)制供液和重力供液兩種方式，實驗表明，采用重力供液的氟利昂系統(tǒng)，與工作在相同室內(nèi)、外環(huán)境溫度(室內(nèi)、外干球溫度為-10℃、25℃)下的直接膨脹供液制冷系統(tǒng)對比，其制冷量提高34%，傳熱系數(shù)K提高53%[1]。

(2)采用二級節(jié)流制冷循環(huán)。在相同穩(wěn)定的制冷工況條件下，兩級節(jié)流、中間不完全冷卻雙級壓縮理論制冷循環(huán)的制冷系數(shù)，大于一級節(jié)流、中間不完全冷卻雙級壓縮理論制冷循環(huán)的制冷系數(shù)[2]。通過制冷壓縮機(jī)生產(chǎn)廠家(比澤爾)的軟件計算，在工況-30/36℃及以下的制冷系統(tǒng)中，采用二次節(jié)流中壓供液技術(shù)，相比于帶獨立經(jīng)濟(jì)器一次節(jié)流制冷系統(tǒng)，壓縮機(jī)組的制冷效率可以提高約2%左右，蒸發(fā)溫度越低，提升越明顯。傳統(tǒng)的氟利昂直接膨脹系統(tǒng)采用的基本上都是一次節(jié)流制冷循環(huán)。

(3)高效熱氣融霜技術(shù)。在低溫冷庫中，需要對蒸發(fā)器定期除霜，以提高系統(tǒng)的制冷效果，蒸發(fā)器為冷風(fēng)機(jī)的融霜方式較多采用的有三種，分別為熱氣融霜，水融霜和電融霜。電融霜最為簡單，匹配上電源即可使用，但能耗最高；水融霜需要提供沖霜水并循環(huán)使用，循環(huán)水泵需要耗電，其融霜效果受外界溫度變化影響，冬季時需要對沖霜水進(jìn)行加熱，也增加了額外能耗，而且普通循環(huán)使用的沖霜水清潔度也難以達(dá)到冷庫內(nèi)部環(huán)境的衛(wèi)生要求；熱氣融霜的熱源來自于壓縮機(jī)的排氣熱量，不需要增加額外的融霜能耗，是最節(jié)能的融霜方式，但融霜程序控制較為復(fù)雜。筆者根據(jù)對多座使用溫度為-18℃的冷庫能耗進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用高效熱氣融霜技術(shù)，比采用電熱融霜技術(shù)，制冷系統(tǒng)總體能耗可以節(jié)省10%～15%。

通過綜合應(yīng)用這些節(jié)能技術(shù)，將會使氟利昂制冷系統(tǒng)的能耗大為降低。

3 限制氟利昂節(jié)能技術(shù)推廣應(yīng)用的因素及解決方案

氟利昂滿液式蒸發(fā)制冷系統(tǒng)在節(jié)能方面有巨大的優(yōu)勢，但在實際工程應(yīng)用中卻不多，因其對系統(tǒng)的設(shè)計、安裝水平都有較高的要求，需要解決如下問題，方能安全、高效地運行，否則系統(tǒng)運行效果會大打折扣甚至出現(xiàn)故障。

(1)蒸發(fā)器的回油問題。制冷系統(tǒng)在運行過程中，壓縮機(jī)組中的冷凍油會逐漸進(jìn)入系統(tǒng)的其它部位，并容易積存在蒸發(fā)器內(nèi)部，如果不及時把蒸發(fā)器中的冷凍油收集回壓縮機(jī)組內(nèi)，就需要經(jīng)常向機(jī)組中添加冷凍油，而且蒸發(fā)器中的冷凍油積聚到一定量時，換熱效率會迅速降低，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運轉(zhuǎn)。在直接膨脹供液系統(tǒng)中，通過在回氣管道中設(shè)置回油彎，可以把蒸發(fā)器中的冷凍油順利收集回壓縮機(jī)組內(nèi)。滿液式蒸發(fā)器與干式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)不同，不能通過簡單地設(shè)置回油彎回油，回油問題沒有得到很好的解決，這也是限制氟利昂滿液式蒸發(fā)系統(tǒng)推廣的因素之一。為了使系統(tǒng)能穩(wěn)定高效地運行，需要徹底解決系統(tǒng)的回油問題。經(jīng)過多年的研究和工程實踐總結(jié)，筆者設(shè)計出了一套冷風(fēng)機(jī)高效熱氣融霜系統(tǒng)，在冷風(fēng)機(jī)融霜的同時，可把蒸發(fā)器中的冷凍油順利排出并回到壓縮機(jī)，既解決了冷風(fēng)機(jī)的融霜問題，同時又解決了冷風(fēng)機(jī)的回油問題。

(2)制冷劑泄漏問題。氟利昂無色無味，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生微小泄漏時，是難以發(fā)覺的，通常是系統(tǒng)中的制冷劑泄漏了大部分，系統(tǒng)無法正常運轉(zhuǎn)后才會發(fā)現(xiàn)是制冷劑泄漏了，滿液式蒸發(fā)系統(tǒng)制冷劑充注量較大，如果制冷劑泄漏時不及時發(fā)現(xiàn)，會造成較大的損失。除了在安裝時應(yīng)嚴(yán)格把好安裝質(zhì)量關(guān)，盡量減少泄漏概率外，筆者還研究出一套制冷系統(tǒng)內(nèi)部的制冷劑數(shù)量監(jiān)控裝置，通過這套裝置，可實時掌握系統(tǒng)內(nèi)的制冷劑數(shù)量，當(dāng)制冷劑數(shù)量出現(xiàn)減少時，發(fā)出警報。監(jiān)控界面如圖1。

圖1 制冷劑監(jiān)控界面

(3)系統(tǒng)自動化問題。近幾年隨著冷鏈行業(yè)的高速發(fā)展，技術(shù)好且有經(jīng)驗的設(shè)備管理人員相對稀缺，因此制冷系統(tǒng)的自動化運行程度要求越來越高。直接膨脹供液制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)自動化運行容易實現(xiàn)。滿液式供液制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，但隨著各類優(yōu)質(zhì)自控元件出現(xiàn)，系統(tǒng)的各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，都已經(jīng)有對應(yīng)的高質(zhì)量自控產(chǎn)品，例如電磁閥、壓力控制閥、液位傳感器、壓力溫度傳感器等等，再配合PLC微電腦控制相關(guān)元件動作，滿液式制冷系統(tǒng)實現(xiàn)自動化運行難度已經(jīng)大大降低，筆者近年所設(shè)計安裝的多個氟利昂滿液式制冷系統(tǒng)，皆已成功實現(xiàn)全自動化運行。

4 節(jié)能改造實例應(yīng)用

4.1 原制冷系統(tǒng)配置及使用效果

(1)冷庫規(guī)模概況：廣州某冷庫，單層，面積3480m2,庫內(nèi)凈高8m，公稱容積為27840m3；庫溫要求-18±2℃，2014年11月建成投產(chǎn)。

(2)制冷劑：R22。

(3)制冷機(jī)組：由3臺帶補(bǔ)氣口HSN8591壓縮機(jī)組成并聯(lián)機(jī)組，在-30/38℃工況下，制冷量為507.6kW。

(4)冷風(fēng)機(jī)：名義制冷量49kW，風(fēng)量42000m3/h，共14臺，熱氣融霜。

(5)蒸發(fā)冷凝器：一臺SPL-1420蒸發(fā)式冷凝器，換熱量為1420kW。

(6)供液方式：采用直接膨脹供液系統(tǒng)。

冷庫投產(chǎn)運營一年多來，制冷系統(tǒng)平均每月的用電量約12萬度。對于公稱容積超過20000m3的大型凍結(jié)物冷藏庫，在廣州地區(qū)制冷系統(tǒng)的平均每月用電通常處于2～3kWh/m3的范圍，該冷庫平均每月用電達(dá)到了4.3kWh/m3，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了正常范圍，很有必要對其進(jìn)行節(jié)能改造。

4.2 改造后系統(tǒng)配置及使用效果

在盡量減少改造費用的同時又能達(dá)到系統(tǒng)節(jié)能目的，才能產(chǎn)生較好的改造效益，這樣的系統(tǒng)改造才有意義。該系統(tǒng)運行時間不長，所用設(shè)備性能基本完好，因此應(yīng)盡可能利用原系統(tǒng)的設(shè)備，這樣才能有效地降低改造費用；在此基礎(chǔ)上把直接膨脹供液系統(tǒng)改為滿液式供液系統(tǒng)，并綜合配套其余節(jié)能技術(shù)，使系統(tǒng)性能接近新安裝的節(jié)能型制冷系統(tǒng)。改造好的配置如下：

(1)制冷機(jī)組。原機(jī)組配置基本上可以滿足新系統(tǒng)的要求，只需要進(jìn)行很小的改動即可。

(2)冷凝器。原蒸發(fā)式冷凝器可以滿足新系統(tǒng)的要求，不需要進(jìn)行改造。

(3)冷風(fēng)機(jī)。原系統(tǒng)直接膨脹供液的冷風(fēng)機(jī)是不適合用在新系統(tǒng)的，冷風(fēng)機(jī)費用占整個制冷系統(tǒng)造價比例相當(dāng)高，如果更換成全新的冷風(fēng)機(jī)，那將會大大提高系統(tǒng)改造的成本，因此只對原冷風(fēng)機(jī)的供液方式進(jìn)行改造，使其適用于滿液式系統(tǒng)，冷風(fēng)機(jī)的其它部位不作改變，節(jié)省了大量的改造費用。冷風(fēng)機(jī)改造前后照片對比如圖2和圖3。

圖2 改造前直接膨脹供液冷風(fēng)機(jī)

圖3 改造后滿液式供液冷風(fēng)機(jī)

(4)工藝管道。原系統(tǒng)的工藝管道及閥門是不適用新系統(tǒng)使用的，只有全部拆除，重新按照新的節(jié)能工藝進(jìn)行管道布置安裝。

(5)其它輔助設(shè)備。根據(jù)項目的實際情況，冷風(fēng)機(jī)的供液采用氟泵強(qiáng)制供液方式，因此增加一套桶泵機(jī)組，如圖4所示。

圖4 桶泵機(jī)組

(6)電氣系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)可分為設(shè)備電力供應(yīng)和系統(tǒng)控制兩部分，原系統(tǒng)中的電力供應(yīng)部分基本可以在新系統(tǒng)中使用，但系統(tǒng)控制部分不適合在新系統(tǒng)中使用，因此重新設(shè)置了控制系統(tǒng)，并使新系統(tǒng)能夠全自動運行。

4.3 效果對比分析

經(jīng)過兩個月的施工，改造工作在2016年4月完成，至今已經(jīng)過一年的正常運營使用，冷庫經(jīng)營業(yè)務(wù)的運作基本上與未改造前接近，每個月的耗電量如表1。

改造后平均每月的用電量為54106kWh，原來平均每月用電約120000kWh，能耗只是原來的一半不到，節(jié)能效果非常明顯。

本次的改造費用為80萬元，改造后運行一年以來，平均每月節(jié)省6.6萬度電，電價為0.8元/度，每月節(jié)省5.28萬元電費，約15個月就可收回改造投資，為業(yè)主創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 耗電量

時間用電量/kWh備注2016年5月558562016年6月597962016年7月650632016年8月630172016年9月563312016年10月537082016年11月485102016年12月497382017年1月487362017年2月449042017年3月505462017年4月53070月平均54106

5 結(jié)論

大型冷庫建造完成投入運營后，制冷系統(tǒng)的能耗在日常的經(jīng)營成本中占比是非常大的，通常會達(dá)到30%～50%，因此，為冷庫配套節(jié)能的制冷系統(tǒng)是非常重要的，即使已經(jīng)建成的運營的冷庫，如果其能耗較高，對其進(jìn)行節(jié)能改造，也是有積極意義的。本次實例改造的冷庫庫容為27840m3，實際貯存量約為5500噸，經(jīng)節(jié)能改造后一年可節(jié)省約79萬度電。目前國內(nèi)冷庫容量約3800萬噸，每年還在以15%左右速度增長，采用節(jié)能的制冷系統(tǒng)，可為國家節(jié)能大量能源，為企業(yè)創(chuàng)造巨大效益。

[1] 李星，臧潤清，張楓，等.重力供液與直接膨脹制冷系統(tǒng)運行特性的實驗研究[J].制冷學(xué)報，2008,29(1):39-44

[2] 萬金慶，葛茂泉，王秀芬，等.兩種雙級壓縮制冷循環(huán)的理論分析[J]，制冷與空調(diào)(四川).1999，(3)：23-25

[3] 李憲光，工業(yè)制冷集成新技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017，3

ApplicationofEnergy-savingTechnologyforLargeFreonRefrigerationSystem

PAN Hongzhu

( Guangzhou Yuelian Fishery Refrigeration Engineering Co.,Ltd,Guangzhou 511490 )

2017-5-6

潘洪準(zhǔn)(1979-)，男，工程師，從事工業(yè)制冷系統(tǒng)的研究、設(shè)計和工程實施工作。E-mai l：13469088@qq.com

ISSN1005-9180(2017)03-059-04

TB66文獻(xiàn)標(biāo)示碼B

10.3969/J.ISSN.1005-9180.2017.03.012