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(duì)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(shí)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(shí)例顯示了使用節(jié)能技術(shù)所取得的實(shí)際效果。

氟利昂；節(jié)能技術(shù)；節(jié)能改造；滿液式；二級(jí)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(duì)氨制冷系統(tǒng)的應(yīng)用采取了高壓態(tài)勢(shì)，許多本來適合采用氨作為制冷劑的大型冷庫項(xiàng)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(shí)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(yùn)行成本居高不下，給用戶造成巨大損失，國家也浪費(fèi)了大量能源。因此，根據(jù)我國現(xiàn)階段工業(yè)制冷的實(shí)際情況，推廣大型氟利昂制冷系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)和對(duì)已經(jīng)在運(yùn)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)。現(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(duì)蒸發(fā)器的有效利用率非常低，系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)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(shí)驗(yàn)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(duì)比，其制冷量提高34%，傳熱系數(shù)K提高53%[1]。

(2)采用二級(jí)節(jié)流制冷循環(huán)。在相同穩(wěn)定的制冷工況條件下，兩級(jí)節(jié)流、中間不完全冷卻雙級(jí)壓縮理論制冷循環(huán)的制冷系數(shù)，大于一級(jí)節(jié)流、中間不完全冷卻雙級(jí)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(jì)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(dú)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(duì)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(shí)需要對(duì)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(duì)多座使用溫度為-18℃的冷庫能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(huì)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(shì)，但在實(shí)際工程應(yīng)用中卻不多，因其對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、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(yùn)行，否則系統(tǒng)運(yùn)行效果會(huì)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(yùn)行過程中，壓縮機(jī)組中的冷凍油會(huì)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(shí)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(shí)，換熱效率會(huì)迅速降低，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)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(yùn)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(shí)踐總結(jié)，筆者設(shè)計(jì)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(shí)，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(shí)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(shí)，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(yùn)轉(zhuǎn)后才會(huì)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(shí)不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)造成較大的損失。除了在安裝時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)，發(fā)出警報(bào)。監(jiān)控界面如圖1。

圖1 制冷劑監(jiān)控界面

(3)系統(tǒng)自動(dòng)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(yàn)的設(shè)備管理人員相對(duì)稀缺，因此制冷系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)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(dòng)化運(yùn)行容易實(shí)現(xiàn)。滿液式供液制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)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(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，都已經(jīng)有對(duì)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(dòng)作，滿液式制冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行難度已經(jīng)大大降低，筆者近年所設(shè)計(jì)安裝的多個(gè)氟利昂滿液式制冷系統(tǒng)，皆已成功實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化運(yùn)行。

4 節(jié)能改造實(shí)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(tái)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(tái)，熱氣融霜。

(5)蒸發(fā)冷凝器：一臺(tái)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(yùn)營一年多來，制冷系統(tǒng)平均每月的用電量約12萬度。對(duì)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(duì)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(fèi)用的同時(shí)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(yùn)行時(shí)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(fèi)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(dòng)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(fèi)用占整個(gè)制冷系統(tǒng)造價(jià)比例相當(dāng)高，如果更換成全新的冷風(fēng)機(jī)，那將會(huì)大大提高系統(tǒng)改造的成本，因此只對(duì)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(fèi)用。冷風(fēng)機(jī)改造前后照片對(duì)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(xiàng)目的實(shí)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(dòng)運(yùn)行。

4.3 效果對(duì)比分析

經(jīng)過兩個(gè)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(yùn)營使用，冷庫經(jīng)營業(yè)務(wù)的運(yùn)作基本上與未改造前接近，每個(gè)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(fèi)用為80萬元，改造后運(yùn)行一年以來，平均每月節(jié)省6.6萬度電，電價(jià)為0.8元/度，每月節(jié)省5.28萬元電費(fèi)，約15個(gè)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(shí)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(yùn)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(huì)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(yùn)營的冷庫，如果其能耗較高，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造，也是有積極意義的。本次實(shí)例改造的冷庫庫容為27840m3，實(shí)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(yùn)行特性的實(shí)驗(yàn)研究[J].制冷學(xué)報(bào)，2008,29(1):39-44

[2] 萬金慶，葛茂泉，王秀芬，等.兩種雙級(jí)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(jì)和工程實(shí)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