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并聯壓縮機在冷凍冷藏中應用

  • 發布時間:2017-04-21
  • 發布者: 本站
  • 來源: 原創
  • 閱讀量:
  1 冷庫并聯壓縮機組近幾年來的發展
  隨著國際物流業巨頭及零售業巨頭大舉投資中國市場,以及國內民用冷庫設施的改造和國內零售商的崛起,中國的低溫物流業和零售業正在經受著從傳統制冷設備和系統向國外先進制冷系統和設備過渡的過程。 在整個冷鏈當中,大型冷庫、低溫物流中心以及超市制冷系統耗能幾乎占了冷鏈系統的一半以上;對于低溫物流中心和超市自身來說,制冷系統又占了其營運成本的很大比例:例如超市制冷系統占超市設備總投資的40%左右,且平均每年消耗接近50%的總電能。因此大型冷庫、低溫物流中心和超市制冷系統的完善與否對中國民眾生活品質的提高,中國社會經濟的健康可持續發展以及構建和諧社會有著非常深遠的影響。 這個新的潮流對制冷技術提出了一個非常緊迫的且具有挑戰性的課題:如何為中國快速發展大型商用制冷設施提供高效節能、穩定可靠且成本較低的制冷系統。

  2 大型直接蒸發式制冷系統簡介
  由于消除了與載冷劑的換熱溫差,直接蒸發式制冷被認為是大型制冷應用中最為節能的方案??偟膩碚f,大型直接蒸發式制冷系統有如下幾個的特點:
  1)制冷量要求較大,通常需要使用5至50臺20馬力左右的制冷壓縮機
  2)終年運轉,負荷峰谷差大,部分負荷明顯
  3)冷凍、冷藏對象是易腐爛變質的新鮮食品,對溫度和濕度的控制要求嚴格
  4)蒸發器需要除霜,且除霜周期后系統的負荷很大 我國商用制冷系統在向大型化發展的過程中,單機系統已漸漸的不能適應大型制冷應用的需求,

  這主要表現在:
  1)臺數較多,成本較高,且占地太大,影響美觀和商用地規劃
  2)調峰能力弱,通常壓縮機按照最大負荷配置,在部分負荷下壓縮機由于能量調節(熱氣旁通等)在部分負荷情況下效率低下。為了防止在部分負荷情況下頻繁啟動,常常使用延時器,但這樣做常常造成壓縮機在惡劣工況運行,效率下降,如果不加裝延時器又會造成壓縮機頻繁啟停降低壓縮機壽命 
  3)對溫度和濕度自動控制較困難,一般采用壓力控制器,吸氣壓力波動較大
  4)為了在蒸發器除霜后很快把溫度拉下來,通常會進一步放大壓縮機馬力,通常進一步加劇“大馬拉小車”的情況   
  3 大型冷庫制冷的并聯壓縮機組系統介紹
  在大型商擁制冷系統中,通常將傳統的單機系統合并成大型的中央冷凍站一并聯壓縮機系統(在國外行業內俗稱為Rack)即將多臺壓縮機并聯連接在一個公共的機架上,共享吸排氣集管、冷凝器及儲液器等部件,從而向整個制冷系統的各蒸發末端提供制冷劑。 該系統流程圖原理見圖1,圖中除虛線所連接的冷凝器和蒸發器外,實線所代表的部件及管路全部位于并聯機組上。系統說明流程如下: 制冷劑過熱蒸氣從回氣總管流入氣液分離器和過濾器,然后進入回氣集管并均勻進入每臺壓縮機,壓縮機的排氣通過減振管進入排氣集管,進入公用油分離器。油氣混合物中99%的潤滑油應被分離并落在油分離器的底部并經過回油系統均勻分配到每臺壓縮機,而含油量較少的排氣排入遠置在室外的風冷冷凝器(或其它形式的冷凝器)經過冷凝以后回到儲液器。儲液器底部所排出的液體進入供液集管,并流經各支路上的電磁閥和膨脹閥,進入所對應的蒸發器(吊頂冷風機或冷柜),經蒸發后經過各支路球閥進入吸氣集管,從而完成封閉循環?! D2是該并聯壓縮機組的實物照片,該機組已經成功運用在中國國內的大型冷庫,物流中心和大型超市中。  
 
  4 并聯壓縮機組的優勢節能
  并聯壓縮機組更好的匹配了制冷系統的動態冷負荷。通過調節整個系統中壓縮機的開停避免了“大馬拉小車”的情況,例如冬季制冷量需求少的時候少開壓縮機,夏季制冷量需求大的時候多開壓縮機等等。使得壓縮機組的吸氣壓力保持恒定,大大提高了系統的效率。Rasmasson[1]曾經對同一套系統做過單機與并聯機組的對比實驗,并聯機組系統可節能18%?! ∷袑τ趬嚎s機、冷凝器和蒸發器的控制都可以集中在系統電控箱中,可以使用電腦控制器最大限度的優化系統的使用效率,基本上可以作到完全無人操作和遠程操作。由于系統富余量較大(一部分蒸發器除霜的同時另一部分蒸發器在制冷),除霜后空閑的壓縮機立刻參與制冷,一般5分鐘內就可以把冷庫或冷柜的溫度降到規定要求。采用并聯壓縮機組可以大大降低設備成本,降低安裝工程量,縮短工期,減小機房面積,因此對于終端用戶來講,采用該技術后,綜合初投資可以降低20%左右。   
 
  5 并聯壓縮系統的節能方向
  并聯壓縮系統采用的是一種“為客戶定制”的設計模式,專業的系統方案設計本身往往最大限度的體現了并聯壓縮系統節能的特點。例如,在冷藏工況下,往復式壓縮機往往效率較高,而在低溫冷庫工況下(蒸發溫度-25℃-35C),螺桿壓縮機組帶經濟器(圖3)往往效率較高,而在超低溫工況下,雙級壓縮機組的優勢就體現了出來。 在可能的范圍內降低冷凝壓頭也可以較大的提高系統的效率(提高1%~15%)。此外還可以提高系統的供液過冷度。在中溫系統和低溫系統并存的冷庫和超市中,中溫系統對低溫系統的供液進行過冷可以提高系統效率(5%左右),對冷凝器附加過冷的模塊也可以提高系統效率(5%左右)。 排氣的廢熱回收也是一項很好的節能手段,尤其是對于需要熱水的超市、肉食加工冷庫等尤為有效。對于一臺300馬力的低溫螺桿并聯機組來說,其產生的排氣廢熱可以每小時提供0.7噸50。 電除霜是整個系統運行中耗電的另一個“大戶”,以去年我公司在北京中標的一個大型冷庫項目為例,該項目冷庫凈面積8500平方米,庫高5.3米,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就高達25萬多度。如果采用熱氣化霜的方案,這個消耗就可以基本避免。因此由于采用熱氣化霜產生的成本增加一般在1到2年內就可以收回。并聯機組由于分時化霜的特點,在一部分蒸發器需要化霜時可以使用其余蒸發器正常運行時產生的熱氣,故并聯機組是非常適合熱氣化霜方案應用的。圖4是我公司Priority I熱氣化霜方案的原理圖。通過6個閥門的共同作用,使得壓縮機的排氣反方向進入蒸發器,冷卻(或冷凝)后進入儲液器?! 〕艘酝?,在超市的制冷系統中,還存在著其它的一些能源浪費現象。如在低溫系統中,通常是把整個低溫機組的蒸發溫度拉到溫度最低的冷柜的蒸發溫度,而對于不需要那么低蒸發溫度的冷庫風機和制冰機等,通常是利用蒸發壓力調節閥的節流作用人為提高其蒸發壓力以滿足現場的需要,這樣就大大增加了電能消耗。多吸氣壓力(multi-suction)是一種比較滿意的解決方案,它通過把不同蒸發溫度的壓縮機組組合在一個框架上并公用高壓系統以達到節能且降低成本的作用圖5顯示的是一臺多吸氣壓力并聯機組。

  6 并聯壓縮機組結論
  在美國、歐洲等發達地區,并聯壓縮技術已經成為商用制冷市場的主要產品。目前我國的大型冷庫、低溫物流配送中心和超級購物中心正在飛速的發展當中,并聯壓縮系統正以其無可比擬的優勢成為市場的主流。針對這一現象,我們對這項技術進行了深入的討論,無論從理論上還是從實踐上都證明了其先進性。但目前它的很多節能方面的優勢還沒有完全被挖掘出來,其更多的優點將在以后的工作中逐漸被我們所認識和應用。

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