冷庫制冷系統(tǒng)的運行調(diào)整與節(jié)能技術(shù)

 

制冷裝置的選型和匹配對節(jié)能至關(guān)重要，但是由于工業(yè)制冷裝置，往往容量大，用冷情況復(fù)雜，制冷裝置的實際運行參數(shù)往往偏離設(shè)計參數(shù)，耗能增加。因此制冷裝置運行過程中的及時調(diào)整，能使制冷裝置在經(jīng)濟合理的工況條件下可靠地運行， 同時達到產(chǎn)冷量大，耗功省，運行效率高的目的。研究表明，通過精心操作調(diào)整，制冷裝置的節(jié)能效果可達百分之40。這說明操作調(diào)整對于制冷裝置的節(jié)能重要，另一方面，也說明了國內(nèi)的制冷裝置在運行調(diào)整方面存在很大問題漏洞。

 

下面即簡略地談幾點制冷裝置在運行控制中的節(jié)能技術(shù)方法，以期達到拋磚引玉的目的，使廣大的制冷用戶，更經(jīng)濟、合理、節(jié)能地使用制冷裝置。

 

1 )蒸發(fā)溫度和蒸發(fā)壓力的運行調(diào)整與節(jié)能

 

1．1 蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)壓力蒸發(fā)溫度是制冷裝置運行中重要的參數(shù)之一， 蒸發(fā)溫度是指制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰時的溫度,它于相應(yīng)的蒸發(fā)壓力是對應(yīng)的，蒸發(fā)溫度升高，蒸發(fā)壓力也升高。在一定的冷凝壓力下，提高蒸發(fā)溫度將使制冷系統(tǒng)的壓縮比減少、壓縮機的輸氣系數(shù)增大，單位容積制冷量急劇增加，功耗減少，這對節(jié)能是十分有利的。以氨制冷裝置為例，當(dāng)冷凝溫度 30℃，氨壓縮機分別在一5℃，一15℃，一30℃的蒸發(fā)溫度下運行，壓縮機吸入干飽和蒸汽，其單位容積制冷量、排氣溫度和制取單位冷量壓縮功的變化情況見表1。

 

由表1可以看出，當(dāng)蒸發(fā)溫度to由一5℃ 降至一30℃ 時，同樣制冷量下功耗增大了一倍以上，因此，蒸發(fā)溫度的降低對制冷裝置的能耗影響很大，應(yīng)盡可能避免蒸發(fā)溫度過低。

 

1．2 蒸發(fā)溫度的選擇

 

各種類型制冷裝置的蒸發(fā)溫度，應(yīng)選擇在什么溫度下運行經(jīng)濟合理，這就是蒸發(fā)溫度的選擇。蒸發(fā)溫度的選擇是根據(jù)各類制冷裝置，生產(chǎn)工藝需要的溫度而選定的。因為熱量在傳遞過程中，存在著一定的溫差，要達到生產(chǎn)工藝所需的溫度，則制冷裝置的蒸發(fā)溫度低于生產(chǎn)工藝需要的溫度，不同的制冷方式，所取溫差的大小也各不相同。

 

1．3 溫差的選擇

 

制冷方式不同，其溫差分三種情況選定：

① 被物(冷媒)是強制循環(huán)的水或鹽水時，其溫差取5℃ 左右，如空調(diào)冷水機組、制冰鹽水機組等。

② 被物是自然對流的空氣時，其溫差取10～15℃ ，如排管式冷庫。

③被物是強制循環(huán)的空氣時，其溫差取5～10℃ ，如風(fēng)機排管式冷庫、風(fēng)機排管式空調(diào)等。

 

例如：空調(diào)系統(tǒng)是通過空調(diào)冷水機組先機組冷凍水，再以冷凍水空氣，根據(jù)空調(diào)工藝要求，空氣溫度應(yīng)為25℃左右，一般情況下空氣調(diào)節(jié)采用強制循環(huán)的空氣，其換熱溫差為5～10℃ ，取其上限溫度10℃ ，冷凍水溫為25℃一10℃=15℃ 。冷凍水的溫度為15℃，采取強制循環(huán)的冷凍水，熱交換的溫差為5℃，則蒸發(fā)溫度為15℃一5℃=10℃。因此冷水機組進行空氣調(diào)節(jié)時，其蒸發(fā)溫度應(yīng)不高于10℃ ， 一般運行的蒸發(fā)溫度為5～10℃ ，對應(yīng)的蒸發(fā)壓力為0．45-4)．6MPa，冷水機組的低壓表在0．35-4)．5 MPa。

 

1．4 蒸發(fā)溫度如何調(diào)節(jié)

 

蒸發(fā)溫度調(diào)節(jié)，在實際操作中是控制蒸發(fā)壓力，即調(diào)節(jié)低壓壓力表的壓力值，操作中通過調(diào)節(jié)熱力膨脹閥(或節(jié)流閥)的開度來調(diào)節(jié)低壓壓力的高低。膨脹閥開啟度大，蒸發(fā)溫度升高，低壓壓力也升高，制冷量就會增大；如果膨脹閥開啟度小，蒸發(fā)溫度降低，低壓壓力也降低，制冷量就會減少。在規(guī)定范圍內(nèi)什么是經(jīng)濟、合理的運行溫度和壓力，這就了解蒸發(fā)溫度變化對制冷量的影響。蒸發(fā)溫度的變化對制冷量的影響，可通過壓縮機性能曲線圖清楚的說明，以KA20C型壓縮機性能曲線為例，當(dāng)冷凝溫度tk=35℃，壓縮機分別在一15℃、一20℃、一25℃、一30℃ 、一35℃ 、一40℃的蒸發(fā)溫度下運行，與蒸發(fā)溫度相對應(yīng)制冷量和軸功率變化情況見表2。表2 KA20C型壓縮機在不同蒸發(fā)溫度下。眭能變化(tk=35℃)

 

從表2可以看出，蒸發(fā)溫度每下降5℃，制冷量就會減少百分之20 以上。為此，在實際運行中盡可能提高蒸發(fā)溫度，即在規(guī)定范圍內(nèi)，提高蒸發(fā)壓力，以獲得更好的制冷效果，實現(xiàn)更大的經(jīng)濟效益。另外，一般制冷裝置都按滿負(fù)荷進行設(shè)計，而實際在滿負(fù)荷運行的時間并不長，大部分時間是在小于設(shè)計負(fù)荷的條件下運行。在部分負(fù)荷即耗冷量減少時，提高蒸發(fā)溫度，可以利用減小蒸發(fā)器的傳熱溫差，達到同樣的降溫效果。例如，當(dāng)冷凝溫度為38℃ 時，制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度．33℃；當(dāng)耗冷量減少為原設(shè)計的百分之50，原蒸發(fā)器傳熱溫差由10℃ 減少為5℃，庫房仍利用原有設(shè)備，使庫溫維持在一23℃ ，但此時蒸發(fā)溫度提高為一28℃ ，計算表明節(jié)能效果可達百分之15。

 

1．5 影響蒸發(fā)溫度變化的因素

 

在制冷裝置實際運行過程中，蒸發(fā)溫度的變化是很復(fù)雜的，它除了直接受膨脹閥(節(jié)流閥)控制外，與被對象的熱負(fù)荷、蒸發(fā)器的傳熱面積和壓縮機的容量有關(guān)。這三個條件某一個發(fā)生變動時，制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)壓力和溫度必然發(fā)生相應(yīng)的變化，因此操作人員要保證蒸發(fā)溫度在規(guī)定范圍內(nèi)穩(wěn)定運行，就需要及時地了解蒸發(fā)溫度的變化，根據(jù)蒸發(fā)溫度的變化規(guī)律，適時地、正確地進行蒸發(fā)溫度的調(diào)節(jié)。

 

1．5．1 熱負(fù)荷的變化對蒸發(fā)溫度的影響

 

所謂熱負(fù)荷，即指被物的放熱量。熱負(fù)荷的變化就是被物放熱量大小的變化。制冷裝置在運行過程中，熱負(fù)荷的變化是經(jīng)常發(fā)生的。當(dāng)熱負(fù)荷增大時，其它條件不變的情況下，蒸發(fā)溫度就會升高，低壓壓力也會升高，吸氣的過熱度也會加大。這種情況下只能開大膨脹閥，增大制冷劑的循環(huán)量，而不能因為低壓壓力升高關(guān)小膨脹閥， 降低低壓壓力。這樣做將會使吸氣過熱度更大，排氣溫度升高，運行條件惡化。調(diào)節(jié)膨脹閥時，每次調(diào)節(jié)量不應(yīng)過大，調(diào)節(jié)后經(jīng)過一定時間的運行，才能反映出熱負(fù)荷與制冷量是否平衡。

 

1．5．2 制冷壓縮機能的變化對蒸發(fā)溫度的影響當(dāng)增加制冷壓縮機的能時， 壓縮機的吸氣量就相應(yīng)增加，在其它條件不變的情況下，就會出現(xiàn)高壓升高，低壓降低， 蒸發(fā)溫度也會隨之下降。

 

為了繼續(xù)保持生產(chǎn)工藝需要的蒸發(fā)溫度，就要開大膨脹閥，使低壓壓力上升到規(guī)定范圍。制冷壓縮機加大能運行一段時間后，隨著被溫度的下降，蒸發(fā)溫度、低壓壓力也會逐漸降低(膨脹閥不作任何調(diào)節(jié))，這是因為被物溫度下降熱負(fù)荷減少的緣故。這種情況下不應(yīng)誤認(rèn)為壓力下降，是供液量不足去開大膨脹閥，增加供液量，而是應(yīng)關(guān)小膨脹閥，減少制冷壓縮機能運行，否則，則會出現(xiàn)能過大，供液量過大使制冷機組出現(xiàn)帶液運行或奔油事故的發(fā)生。

 

1．5．3 傳熱面積發(fā)生變化對蒸發(fā)溫度的影響

 

傳熱面積主要是指蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積，傳熱面積的變化主要是指蒸發(fā)面積大小發(fā)生的變化。在完整的制冷裝置中，蒸發(fā)面積通常是固定不變的，但是在實際運行操作中， 由于供液不足或者蒸發(fā)器內(nèi)積油，蒸發(fā)面積是不斷發(fā)生變化的。蒸發(fā)面積的增、減對蒸發(fā)溫度的影響與熱負(fù)荷的增、減對蒸發(fā)溫度的影響是基本相似的。當(dāng)蒸發(fā)面積增加時，蒸發(fā)溫度就會升高； 當(dāng)蒸發(fā)面積減少時，蒸發(fā)溫度就會降低。為了保持需要的溫度，就應(yīng)調(diào)節(jié)能和膨脹閥，對蒸發(fā)器進行放油清理，以保持傳熱面積與制冷量的相對平衡。

 

2 )冷凝溫度和冷凝壓力的運行調(diào)整與節(jié)能

 

2．1 冷凝溫度和冷凝壓力

 

冷凝溫度也是制冷裝置運行中重要的參數(shù)之一，冷凝溫度是指制冷劑在冷凝器中由氣態(tài)冷凝成飽和液態(tài)時的溫度，它于相應(yīng)的冷凝壓力是對應(yīng)的,冷凝溫度升高，冷凝壓力也升高。一般在特定的制冷系統(tǒng)中，冷凝壓力升高，壓縮比增大，壓縮機的壓縮功增大，制冷效率降低，在標(biāo)準(zhǔn)工況下，冷凝溫度每上升10℃，制冷量下降百分之10，軸功率增加百分之20。另外，冷凝溫度過高，還將引起壓縮機排氣壓力過高，排氣溫度升高，這對壓縮機的運行十分不利，容易造成事故。反之，冷凝壓力降低，系統(tǒng)的耗電量減少。因此，制冷系統(tǒng)在較低的冷凝壓力下運行，一般認(rèn)為可以獲得節(jié)能效果。

 

2．2 冷凝溫度的確定

 

冷凝溫度的確定與冷凝器的型式有關(guān)，對于水冷式冷凝器，冷凝溫度決定于水的溫度、流量、流速、冷凝面積、壓縮機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，一般情況下，水冷式冷凝器的冷凝溫度比水出口溫度高4～6℃ 。

 

風(fēng)冷式冷凝器的冷凝溫度主要決定于空氣溫度、空氣流速、冷凝面積、壓縮機的排氣量及影響冷凝器傳熱效率的各種因素。風(fēng)冷式冷凝器的冷凝溫度比空氣溫度高8～12℃。

 

合理的冷凝溫度是通過經(jīng)濟、技術(shù)的綜合分析確定的，表3是幾種常見制冷劑合理的冷凝溫度：綜上可見，冷凝溫度受到許多因素影響，但是

從節(jié)能角度，在設(shè)計時應(yīng)適當(dāng)選取較高的冷凝溫度， 即配置較大的冷凝換熱面積，達到節(jié)能運行的目的。從操作調(diào)節(jié)的角度，應(yīng)控制制冷裝置在盡可能低的冷凝溫度下運行， 以提高制冷效率，降低運行費用。

 

2．3 冷凝溫度如何調(diào)節(jié)

 

在實際運行中，冷凝溫度的變化，主要受環(huán)境溫度影響較大，夏季環(huán)境溫度升高，冷凝溫度也會升高，在環(huán)境溫度一定的情況下，如何通過操作調(diào)節(jié)，使冷凝溫度和壓力工作在合理的范圍之內(nèi)，實現(xiàn)降低能耗的目的，主要應(yīng)從以下幾個方面入手：

 

2．3．1 冷凝溫度的高低與介質(zhì)量的大小和溫度的高低直接相關(guān)，在實際操作中，通常通過調(diào)節(jié)介質(zhì)量的大小或溫度的高低來控制冷凝溫度的高低,介質(zhì)量大或溫度低，冷凝溫度和壓力將降低，制冷機的功耗也降低。

 

是此時冷凝溫度和壓力的降低是以水泵和風(fēng)機功耗增加為代價的。因此，對于集中式制冷系統(tǒng)，在部分載荷時，應(yīng)特別注意控制調(diào)節(jié)冷凝系統(tǒng)水泵或風(fēng)機，避免無效的功耗。也就是說，冷凝溫度和壓力的降低固然可使壓縮功減少，但此時冷凝溫度的降低若一味是以介質(zhì)溫度的降低、流量和流速的增加， 即水泵、風(fēng)機耗功增加為代價的，則不一定是經(jīng)濟的作法。因為制冷裝置的總能耗包括了壓縮機的能耗、水泵和風(fēng)機的能耗。因此，在冷凝溫度和壓力合理的范圍之內(nèi)，通過調(diào)節(jié)減少介質(zhì)的流量、流速或者適當(dāng)提高水溫，使冷凝溫度和壓力適當(dāng)升高， 由于減少了冷凝動力的消耗，這時制冷系統(tǒng)的總能耗也可能降低，獲得總體節(jié)能的效果。適當(dāng)升高制冷裝置冷凝溫度也可達到節(jié)能效果的提出，標(biāo)志著人們對冷凝溫度的控制有了更深入的認(rèn)識，這與國外的研究結(jié)果是一致的。近年來，國外許多風(fēng)冷冷凝器，采用了部分負(fù)荷調(diào)節(jié)或調(diào)速裝置，即在部分負(fù)荷時，停止部分風(fēng)機運行或降低風(fēng)機轉(zhuǎn)速，減少空氣流量，此時冷凝壓力雖有所升高， 但包括風(fēng)機在內(nèi)的總電耗下降，達到節(jié)能效果。

 

2．3．2 制冷系統(tǒng)中水泵、塔的開啟臺數(shù)與制冷負(fù)荷要匹配。

 

水泵、塔風(fēng)機運行的能耗所占的比重雖然不大，但由于其使用的頻率高，累計能耗還是十分可觀的。每年3～5個月，也就是說每年只有3~5個月水泵、塔處于滿負(fù)荷運行狀態(tài)，更多的時候水系統(tǒng)具有較大裕量。如何合理地調(diào)節(jié)水泵、塔的開啟臺數(shù)，使之與制冷負(fù)荷相匹配，這是水泵、塔節(jié)能的關(guān)鍵。

 

首先，在選用水泵、塔時應(yīng)根據(jù)實際情況進行合理的選擇水泵揚程不宜富裕過大；塔風(fēng)機配置要合理。另外，制冷操作人員應(yīng)能根據(jù)制冷機的開啟臺數(shù)及其排氣壓力和溫度的變化合理地調(diào)節(jié)水泵、塔風(fēng)機的開啟臺數(shù)。亦可根據(jù)水溫的變化，通過溫感控制或電機的變頻控制來自動調(diào)節(jié)水泵、塔風(fēng)機的開啟臺數(shù)。

 

2．3．3 保持換熱面積的清潔，影響熱交換的因素，即及時除垢、放油、排除不凝結(jié)氣體；另一方面，就是控制介質(zhì)的流量、流速，保證介質(zhì)均勻地流過換熱表面；還要特別注意水在冷凝器中分配的均勻性。

 

除上述之外，充分利用晝夜溫差引起的夜間熱負(fù)荷降低，水溫度、冷凝溫度降低，制冷裝置夜間運行可獲得節(jié)能效益。同時由于夜間電網(wǎng)處于低谷期，電價比正常期和高峰期低得多，因此，制冷裝置夜間運行，特別是深夜運行，不僅能夠節(jié)能， 同時電價低，企業(yè)可以獲得明顯的經(jīng)濟效益，而且對電力網(wǎng)的削峰填谷具有重要的經(jīng)濟效益和社會效益。另外，采用多級分段制冷工藝使制冷裝置在各個時段中采用不同的運行參數(shù)，降低傳熱溫差和利用連續(xù)變溫調(diào)節(jié)時制冷系數(shù)大的原理， 以不增加投資實現(xiàn)實際制冷凍結(jié)過程的節(jié)能也都具有較為明顯的經(jīng)濟效益。

 

總之，制冷裝置在運行過程中， 由于熱負(fù)荷的變化、能的變化、傳熱面積的變化，都會影響冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、排氣溫度的變化，要保證各種運行參數(shù)在規(guī)定的范圍內(nèi)運行，就要適時正確地進行操作調(diào)整，但操作調(diào)整的前提掌握正確的運行參數(shù)，否則，就不能實現(xiàn)制冷裝置可靠，經(jīng)濟合理的運行。

 

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源短缺矛盾更加突出，能源已成為影響經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，世界各國都對節(jié)能提出了更高的要求， 并采取了相應(yīng)的政策措施，我國也已制定了“十一五”期間單位GDP能耗降低百分之20的硬性能源控制目標(biāo)，這些都表明了能源價錢仍會有明顯上漲的趨勢。因此，從總體上講，除了選擇設(shè)計合理、配套的節(jié)能設(shè)備，適當(dāng)增加初期一次性投資，降低運行費用外，更應(yīng)該通過制冷裝置的及時運行調(diào)整，在不增加投資的情況下，實現(xiàn)制冷裝置的經(jīng)濟運行，制冷裝置的經(jīng)濟運行可使增加的投資回收期逐漸縮短，獲得較高的綜合經(jīng)濟效益。

 

另外， 目前一些企業(yè)，特別是許多鄉(xiāng)鎮(zhèn)小型冷藏加工企業(yè)，普遍存在技術(shù)力量薄弱，只注重的生產(chǎn)經(jīng)營管理，對制冷系統(tǒng)操作調(diào)整的重要性認(rèn)識不足，運行維護管理情況普遍較差， 這些是我們制冷行業(yè)急需解決的問題。在實際的制冷系統(tǒng)操作調(diào)節(jié)中，我們不僅應(yīng)該把制冷系統(tǒng)調(diào)整到合理的運行范圍，滿足制冷工藝的要求，維持制冷系統(tǒng)的正常運行，而且還可以進一步將制冷系統(tǒng)調(diào)整在運行狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能的運行目的，提高節(jié)能水平。