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冷库制冷系统的运行调整与节能技术

浏览次数:发布时间:2015-03-01 09:22:58文章来源:河南省冰城制冷设备销售有限公司

制冷技术的发展水平是衡量一个国家国民经济和人生活水平的重要标志。随着我国科学技术的飞速发展,工农业生产水平的提高,人生活,制冷行业获得了迅猛的发展。但长期以来我国经济增长仍是以资源高消耗和牺牲环境为代价的粗放型经济增长模式。统计资料表明,我国总能源利用率仅为百分之40,这只相当于欧美日发达国家六、七十年代的水平。制冷行业是国民经济中大耗能行业之一,制冷装置的能耗在我国总耗能中的比重还在逐年上升。因此,制冷装置的节能就成为了我国节能工作中的重要一环,也是摆在从事制冷行业这一工作人员面前的一个重大课题。
 
制冷装置的选型和匹配对节能至关重要,但是由于工业制冷装置,往往容量大,用冷情况复杂,制冷装置的实际运行参数往往偏离设计参数,耗能增加。因此制冷装置运行过程中的及时调整,能使制冷装置在经济合理的工况条件下可靠地运行, 同时达到产冷量大,耗功省,运行效率高的目的。研究表明,通过精心操作调整,制冷装置的节能效果可达百分之40。这说明操作调整对于制冷装置的节能重要,另一方面,也说明了国内的制冷装置在运行调整方面存在很大问题漏洞。
 
下面即简略地谈几点制冷装置在运行控制中的节能技术方法,以期达到抛砖引玉的目的,使广大的制冷用户,更经济、合理、节能地使用制冷装置。
 
1 )蒸发温度和蒸发压力的运行调整与节能
 
1.1 蒸发温度与蒸发压力蒸发温度是制冷装置运行中重要的参数之一, 蒸发温度是指制冷剂在蒸发器内沸腾时的温度,它于相应的蒸发压力是对应的,蒸发温度升高,蒸发压力也升高。在一定的冷凝压力下,提高蒸发温度将使制冷系统的压缩比减少、压缩机的输气系数增大,单位容积制冷量急剧增加,功耗减少,这对节能是十分有利的。以氨制冷装置为例,当冷凝温度 30℃,氨压缩机分别在一5℃,一15℃,一30℃的蒸发温度下运行,压缩机吸入干饱和蒸汽,其单位容积制冷量、排气温度和制取单位冷量压缩功的变化情况见表1。
 
由表1可以看出,当蒸发温度to由一5℃ 降至一30℃ 时,同样制冷量下功耗增大了一倍以上,因此,蒸发温度的降低对制冷装置的能耗影响很大,应尽可能避免蒸发温度过低。
 
1.2 蒸发温度的选择
 
各种类型制冷装置的蒸发温度,应选择在什么温度下运行经济合理,这就是蒸发温度的选择。蒸发温度的选择是根据各类制冷装置,生产工艺需要的温度而选定的。因为热量在传递过程中,存在着一定的温差,要达到生产工艺所需的温度,则制冷装置的蒸发温度低于生产工艺需要的温度,不同的制冷方式,所取温差的大小也各不相同。
 
1.3 温差的选择
 
制冷方式不同,其温差分三种情况选定:
① 被物(冷媒)是强制循环的水或盐水时,其温差取5℃ 左右,如空调冷水机组、制冰盐水机组等。
② 被物是自然对流的空气时,其温差取10~15℃ ,如排管式冷库。
③被物是强制循环的空气时,其温差取5~10℃ ,如风机排管式冷库、风机排管式空调等。
 
例如:空调系统是通过空调冷水机组先机组冷冻水,再以冷冻水空气,根据空调工艺要求,空气温度应为25℃左右,一般情况下空气调节采用强制循环的空气,其换热温差为5~10℃ ,取其上限温度10℃ ,冷冻水温为25℃一10℃=15℃ 。冷冻水的温度为15℃,采取强制循环的冷冻水,热交换的温差为5℃,则蒸发温度为15℃一5℃=10℃。因此冷水机组进行空气调节时,其蒸发温度应不高于10℃ , 一般运行的蒸发温度为5~10℃ ,对应的蒸发压力为0.45-4).6MPa,冷水机组的低压表在0.35-4).5 MPa。
 
1.4 蒸发温度如何调节
 
蒸发温度调节,在实际操作中是控制蒸发压力,即调节低压压力表的压力值,操作中通过调节热力膨胀阀(或节流阀)的开度来调节低压压力的高低。膨胀阀开启度大,蒸发温度升高,低压压力也升高,制冷量就会增大;如果膨胀阀开启度小,蒸发温度降低,低压压力也降低,制冷量就会减少。在规定范围内什么是经济、合理的运行温度和压力,这就了解蒸发温度变化对制冷量的影响。蒸发温度的变化对制冷量的影响,可通过压缩机性能曲线图清楚的说明,以KA20C型压缩机性能曲线为例,当冷凝温度tk=35℃,压缩机分别在一15℃、一20℃、一25℃、一30℃ 、一35℃ 、一40℃的蒸发温度下运行,与蒸发温度相对应制冷量和轴功率变化情况见表2。表2 KA20C型压缩机在不同蒸发温度下。眭能变化(tk=35℃)
 
从表2可以看出,蒸发温度每下降5℃,制冷量就会减少百分之20 以上。为此,在实际运行中尽可能提高蒸发温度,即在规定范围内,提高蒸发压力,以获得更好的制冷效果,实现更大的经济效益。另外,一般制冷装置都按满负荷进行设计,而实际在满负荷运行的时间并不长,大部分时间是在小于设计负荷的条件下运行。在部分负荷即耗冷量减少时,提高蒸发温度,可以利用减小蒸发器的传热温差,达到同样的降温效果。例如,当冷凝温度为38℃ 时,制冷系统的蒸发温度.33℃;当耗冷量减少为原设计的百分之50,原蒸发器传热温差由10℃ 减少为5℃,库房仍利用原有设备,使库温维持在一23℃ ,但此时蒸发温度提高为一28℃ ,计算表明节能效果可达百分之15。
 
1.5 影响蒸发温度变化的因素
 
在制冷装置实际运行过程中,蒸发温度的变化是很复杂的,它除了直接受膨胀阀(节流阀)控制外,与被对象的热负荷、蒸发器的传热面积和压缩机的容量有关。这三个条件某一个发生变动时,制冷系统的蒸发压力和温度必然发生相应的变化,因此操作人员要保证蒸发温度在规定范围内稳定运行,就需要及时地了解蒸发温度的变化,根据蒸发温度的变化规律,适时地、正确地进行蒸发温度的调节。
 
1.5.1 热负荷的变化对蒸发温度的影响
 
所谓热负荷,即指被物的放热量。热负荷的变化就是被物放热量大小的变化。制冷装置在运行过程中,热负荷的变化是经常发生的。当热负荷增大时,其它条件不变的情况下,蒸发温度就会升高,低压压力也会升高,吸气的过热度也会加大。这种情况下只能开大膨胀阀,增大制冷剂的循环量,而不能因为低压压力升高关小膨胀阀, 降低低压压力。这样做将会使吸气过热度更大,排气温度升高,运行条件恶化。调节膨胀阀时,每次调节量不应过大,调节后经过一定时间的运行,才能反映出热负荷与制冷量是否平衡。
 
1.5.2 制冷压缩机能的变化对蒸发温度的影响当增加制冷压缩机的能时, 压缩机的吸气量就相应增加,在其它条件不变的情况下,就会出现高压升高,低压降低, 蒸发温度也会随之下降。
 
为了继续保持生产工艺需要的蒸发温度,就要开大膨胀阀,使低压压力上升到规定范围。制冷压缩机加大能运行一段时间后,随着被温度的下降,蒸发温度、低压压力也会逐渐降低(膨胀阀不作任何调节),这是因为被物温度下降热负荷减少的缘故。这种情况下不应误认为压力下降,是供液量不足去开大膨胀阀,增加供液量,而是应关小膨胀阀,减少制冷压缩机能运行,否则,则会出现能过大,供液量过大使制冷机组出现带液运行或奔油事故的发生。
 
1.5.3 传热面积发生变化对蒸发温度的影响
 
传热面积主要是指蒸发器的蒸发面积,传热面积的变化主要是指蒸发面积大小发生的变化。在完整的制冷装置中,蒸发面积通常是固定不变的,但是在实际运行操作中, 由于供液不足或者蒸发器内积油,蒸发面积是不断发生变化的。蒸发面积的增、减对蒸发温度的影响与热负荷的增、减对蒸发温度的影响是基本相似的。当蒸发面积增加时,蒸发温度就会升高; 当蒸发面积减少时,蒸发温度就会降低。为了保持需要的温度,就应调节能和膨胀阀,对蒸发器进行放油清理,以保持传热面积与制冷量的相对平衡。
 
2 )冷凝温度和冷凝压力的运行调整与节能
 
2.1 冷凝温度和冷凝压力
 
冷凝温度也是制冷装置运行中重要的参数之一,冷凝温度是指制冷剂在冷凝器中由气态冷凝成饱和液态时的温度,它于相应的冷凝压力是对应的,冷凝温度升高,冷凝压力也升高。一般在特定的制冷系统中,冷凝压力升高,压缩比增大,压缩机的压缩功增大,制冷效率降低,在标准工况下,冷凝温度每上升10℃,制冷量下降百分之10,轴功率增加百分之20。另外,冷凝温度过高,还将引起压缩机排气压力过高,排气温度升高,这对压缩机的运行十分不利,容易造成事故。反之,冷凝压力降低,系统的耗电量减少。因此,制冷系统在较低的冷凝压力下运行,一般认为可以获得节能效果。
 
2.2 冷凝温度的确定
 
冷凝温度的确定与冷凝器的型式有关,对于水冷式冷凝器,冷凝温度决定于水的温度、流量、流速、冷凝面积、压缩机的排气量以及空气湿度、油污、水垢等影响冷凝器传热效率的各种因素,一般情况下,水冷式冷凝器的冷凝温度比水出口温度高4~6℃ 。
 
风冷式冷凝器的冷凝温度主要决定于空气温度、空气流速、冷凝面积、压缩机的排气量及影响冷凝器传热效率的各种因素。风冷式冷凝器的冷凝温度比空气温度高8~12℃。
 
合理的冷凝温度是通过经济、技术的综合分析确定的,表3是几种常见制冷剂合理的冷凝温度:综上可见,冷凝温度受到许多因素影响,但是
从节能角度,在设计时应适当选取较高的冷凝温度, 即配置较大的冷凝换热面积,达到节能运行的目的。从操作调节的角度,应控制制冷装置在尽可能低的冷凝温度下运行, 以提高制冷效率,降低运行费用。
 
2.3 冷凝温度如何调节
 
在实际运行中,冷凝温度的变化,主要受环境温度影响较大,夏季环境温度升高,冷凝温度也会升高,在环境温度一定的情况下,如何通过操作调节,使冷凝温度和压力工作在合理的范围之内,实现降低能耗的目的,主要应从以下几个方面入手:
 
2.3.1 冷凝温度的高低与介质量的大小和温度的高低直接相关,在实际操作中,通常通过调节介质量的大小或温度的高低来控制冷凝温度的高低,介质量大或温度低,冷凝温度和压力将降低,制冷机的功耗也降低。
 
是此时冷凝温度和压力的降低是以水泵和风机功耗增加为代价的。因此,对于集中式制冷系统,在部分载荷时,应特别注意控制调节冷凝系统水泵或风机,避免无效的功耗。也就是说,冷凝温度和压力的降低固然可使压缩功减少,但此时冷凝温度的降低若一味是以介质温度的降低、流量和流速的增加, 即水泵、风机耗功增加为代价的,则不一定是经济的作法。因为制冷装置的总能耗包括了压缩机的能耗、水泵和风机的能耗。因此,在冷凝温度和压力合理的范围之内,通过调节减少介质的流量、流速或者适当提高水温,使冷凝温度和压力适当升高, 由于减少了冷凝动力的消耗,这时制冷系统的总能耗也可能降低,获得总体节能的效果。适当升高制冷装置冷凝温度也可达到节能效果的提出,标志着人们对冷凝温度的控制有了更深入的认识,这与国外的研究结果是一致的。近年来,国外许多风冷冷凝器,采用了部分负荷调节或调速装置,即在部分负荷时,停止部分风机运行或降低风机转速,减少空气流量,此时冷凝压力虽有所升高, 但包括风机在内的总电耗下降,达到节能效果。
 
2.3.2 制冷系统中水泵、塔的开启台数与制冷负荷要匹配。
 
水泵、塔风机运行的能耗所占的比重虽然不大,但由于其使用的频率高,累计能耗还是十分可观的。每年3~5个月,也就是说每年只有3~5个月水泵、塔处于满负荷运行状态,更多的时候水系统具有较大裕量。如何合理地调节水泵、塔的开启台数,使之与制冷负荷相匹配,这是水泵、塔节能的关键。
 
首先,在选用水泵、塔时应根据实际情况进行合理的选择水泵扬程不宜富裕过大;塔风机配置要合理。另外,制冷操作人员应能根据制冷机的开启台数及其排气压力和温度的变化合理地调节水泵、塔风机的开启台数。亦可根据水温的变化,通过温感控制或电机的变频控制来自动调节水泵、塔风机的开启台数。
 
2.3.3 保持换热面积的清洁,影响热交换的因素,即及时除垢、放油、排除不凝结气体;另一方面,就是控制介质的流量、流速,保证介质均匀地流过换热表面;还要特别注意水在冷凝器中分配的均匀性。
 
除上述之外,充分利用昼夜温差引起的夜间热负荷降低,水温度、冷凝温度降低,制冷装置夜间运行可获得节能效益。同时由于夜间电网处于低谷期,电价比正常期和高峰期低得多,因此,制冷装置夜间运行,特别是深夜运行,不仅能够节能, 同时电价低,企业可以获得明显的经济效益,而且对电力网的削峰填谷具有重要的经济效益和社会效益。另外,采用多级分段制冷工艺使制冷装置在各个时段中采用不同的运行参数,降低传热温差和利用连续变温调节时制冷系数大的原理, 以不增加投资实现实际制冷冻结过程的节能也都具有较为明显的经济效益。
 
总之,制冷装置在运行过程中, 由于热负荷的变化、能的变化、传热面积的变化,都会影响冷凝温度、蒸发温度、排气温度的变化,要保证各种运行参数在规定的范围内运行,就要适时正确地进行操作调整,但操作调整的前提掌握正确的运行参数,否则,就不能实现制冷装置可靠,经济合理的运行。
 
随着经济的发展,能源短缺矛盾更加突出,能源已成为影响经济发展的重要因素,世界各国都对节能提出了更高的要求, 并采取了相应的政策措施,我国也已制定了“十一五”期间单位GDP能耗降低百分之20的硬性能源控制目标,这些都表明了能源价钱仍会有明显上涨的趋势。因此,从总体上讲,除了选择设计合理、配套的节能设备,适当增加初期一次性投资,降低运行费用外,更应该通过制冷装置的及时运行调整,在不增加投资的情况下,实现制冷装置的经济运行,制冷装置的经济运行可使增加的投资回收期逐渐缩短,获得较高的综合经济效益。
 
另外, 目前一些企业,特别是许多乡镇小型冷藏加工企业,普遍存在技术力量薄弱,只注重的生产经营管理,对制冷系统操作调整的重要性认识不足,运行维护管理情况普遍较差, 这些是我们制冷行业急需解决的问题。在实际的制冷系统操作调节中,我们不仅应该把制冷系统调整到合理的运行范围,满足制冷工艺的要求,维持制冷系统的正常运行,而且还可以进一步将制冷系统调整在运行状态,实现节能的运行目的,提高节能水平。
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