冷庫制冷系統的運行調整與節能技術

 

制冷裝置的選型和匹配對節能至關重要，但是由于工業制冷裝置，往往容量大，用冷情況復雜，制冷裝置的實際運行參數往往偏離設計參數，耗能增加。因此制冷裝置運行過程中的及時調整，能使制冷裝置在經濟合理的工況條件下可靠地運行， 同時達到產冷量大，耗功省，運行效率高的目的。研究表明，通過精心操作調整，制冷裝置的節能效果可達百分之40。這說明操作調整對于制冷裝置的節能重要，另一方面，也說明了國內的制冷裝置在運行調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能技術方法，以期達到拋磚引玉的目的，使廣大的制冷用戶，更經濟、合理、節能地使用制冷裝置。

 

1 )蒸發溫度和蒸發壓力的運行調整與節能

 

1．1 蒸發溫度與蒸發壓力蒸發溫度是制冷裝置運行中重要的參數之一， 蒸發溫度是指制冷劑在蒸發器內沸騰時的溫度,它于相應的蒸發壓力是對應的，蒸發溫度升高，蒸發壓力也升高。在一定的冷凝壓力下，提高蒸發溫度將使制冷系統的壓縮比減少、壓縮機的輸氣系數增大，單位容積制冷量急劇增加，功耗減少，這對節能是十分有利的。以氨制冷裝置為例，當冷凝溫度 30℃，氨壓縮機分別在一5℃，一15℃，一30℃的蒸發溫度下運行，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，當蒸發溫度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，蒸發溫度的降低對制冷裝置的能耗影響很大，應盡可能避免蒸發溫度過低。

 

1．2 蒸發溫度的選擇

 

各種類型制冷裝置的蒸發溫度，應選擇在什么溫度下運行經濟合理，這就是蒸發溫度的選擇。蒸發溫度的選擇是根據各類制冷裝置，生產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，要達到生產工藝所需的溫度，則制冷裝置的蒸發溫度低于生產工藝需要的溫度，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)是強制循環的水或鹽水時，其溫差取5℃ 左右，如空調冷水機組、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被物是強制循環的空氣時，其溫差取5～10℃ ，如風機排管式冷庫、風機排管式空調等。

 

例如：空調系統是通過空調冷水機組先機組冷凍水，再以冷凍水空氣，根據空調工藝要求，空氣溫度應為25℃左右，一般情況下空氣調節采用強制循環的空氣，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℃，采取強制循環的冷凍水，熱交換的溫差為5℃，則蒸發溫度為15℃一5℃=10℃。因此冷水機組進行空氣調節時，其蒸發溫度應不高于10℃ ， 一般運行的蒸發溫度為5～10℃ ，對應的蒸發壓力為0．45-4)．6MPa，冷水機組的低壓表在0．35-4)．5 MPa。

 

1．4 蒸發溫度如何調節

 

蒸發溫度調節，在實際操作中是控制蒸發壓力，即調節低壓壓力表的壓力值，操作中通過調節熱力膨脹閥(或節流閥)的開度來調節低壓壓力的高低。膨脹閥開啟度大，蒸發溫度升高，低壓壓力也升高，制冷量就會增大；如果膨脹閥開啟度小，蒸發溫度降低，低壓壓力也降低，制冷量就會減少。在規定范圍內什么是經濟、合理的運行溫度和壓力，這就了解蒸發溫度變化對制冷量的影響。蒸發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℃的蒸發溫度下運行，與蒸發溫度相對應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溫度下。眭能變化(tk=35℃)

 

從表2可以看出，蒸發溫度每下降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溫度，即在規定范圍內，提高蒸發壓力，以獲得更好的制冷效果，實現更大的經濟效益。另外，一般制冷裝置都按滿負荷進行設計，而實際在滿負荷運行的時間并不長，大部分時間是在小于設計負荷的條件下運行。在部分負荷即耗冷量減少時，提高蒸發溫度，可以利用減小蒸發器的傳熱溫差，達到同樣的降溫效果。例如，當冷凝溫度為38℃ 時，制冷系統的蒸發溫度．33℃；當耗冷量減少為原設計的百分之50，原蒸發器傳熱溫差由10℃ 減少為5℃，庫房仍利用原有設備，使庫溫維持在一23℃ ，但此時蒸發溫度提高為一28℃ ，計算表明節能效果可達百分之15。

 

1．5 影響蒸發溫度變化的因素

 

在制冷裝置實際運行過程中，蒸發溫度的變化是很復雜的，它除了直接受膨脹閥(節流閥)控制外，與被對象的熱負荷、蒸發器的傳熱面積和壓縮機的容量有關。這三個條件某一個發生變動時，制冷系統的蒸發壓力和溫度必然發生相應的變化，因此操作人員要保證蒸發溫度在規定范圍內穩定運行，就需要及時地了解蒸發溫度的變化，根據蒸發溫度的變化規律，適時地、正確地進行蒸發溫度的調節。

 

1．5．1 熱負荷的變化對蒸發溫度的影響

 

所謂熱負荷，即指被物的放熱量。熱負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，熱負荷的變化是經常發生的。當熱負荷增大時，其它條件不變的情況下，蒸發溫度就會升高，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，增大制冷劑的循環量，而不能因為低壓壓力升高關小膨脹閥， 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。調節膨脹閥時，每次調節量不應過大，調節后經過一定時間的運行，才能反映出熱負荷與制冷量是否平衡。

 

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

 

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

 

1．5．3 傳熱面積發生變化對蒸發溫度的影響

 

傳熱面積主要是指蒸發器的蒸發面積，傳熱面積的變化主要是指蒸發面積大小發生的變化。在完整的制冷裝置中，蒸發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器內積油，蒸發面積是不斷發生變化的。蒸發面積的增、減對蒸發溫度的影響與熱負荷的增、減對蒸發溫度的影響是基本相似的。當蒸發面積增加時，蒸發溫度就會升高； 當蒸發面積減少時，蒸發溫度就會降低。為了保持需要的溫度，就應調節能和膨脹閥，對蒸發器進行放油清理，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整與節能

 

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之一，冷凝溫度是指制冷劑在冷凝器中由氣態冷凝成飽和液態時的溫度，它于相應的冷凝壓力是對應的,冷凝溫度升高，冷凝壓力也升高。一般在特定的制冷系統中，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，在標準工況下，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，系統的耗電量減少。因此，制冷系統在較低的冷凝壓力下運行，一般認為可以獲得節能效果。

 

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，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濟、技術的綜合分析確定的，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

從節能角度，在設計時應適當選取較高的冷凝溫度， 即配置較大的冷凝換熱面積，達到節能運行的目的。從操作調節的角度，應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 冷凝溫度如何調節

 

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

 

2．3．1 冷凝溫度的高低與介質量的大小和溫度的高低直接相關，在實際操作中，通常通過調節介質量的大小或溫度的高低來控制冷凝溫度的高低,介質量大或溫度低，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機功耗增加為代價的。因此，對于集中式制冷系統，在部分載荷時，應特別注意控制調節冷凝系統水泵或風機，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溫度的降低、流量和流速的增加， 即水泵、風機耗功增加為代價的，則不一定是經濟的作法。因為制冷裝置的總能耗包括了壓縮機的能耗、水泵和風機的能耗。因此，在冷凝溫度和壓力合理的范圍之內，通過調節減少介質的流量、流速或者適當提高水溫，使冷凝溫度和壓力適當升高， 由于減少了冷凝動力的消耗，這時制冷系統的總能耗也可能降低，獲得總體節能的效果。適當升高制冷裝置冷凝溫度也可達到節能效果的提出，標志著人們對冷凝溫度的控制有了更深入的認識，這與國外的研究結果是一致的。近年來，國外許多風冷冷凝器，采用了部分負荷調節或調速裝置，即在部分負荷時，停止部分風機運行或降低風機轉速，減少空氣流量，此時冷凝壓力雖有所升高， 但包括風機在內的總電耗下降，達到節能效果。

 

2．3．2 制冷系統中水泵、塔的開啟臺數與制冷負荷要匹配。

 

水泵、塔風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、塔處于滿負荷運行狀態，更多的時候水系統具有較大裕量。如何合理地調節水泵、塔的開啟臺數，使之與制冷負荷相匹配，這是水泵、塔節能的關鍵。

 

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

 

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、排除不凝結氣體；另一方面，就是控制介質的流量、流速，保證介質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荷降低，水溫度、冷凝溫度降低，制冷裝置夜間運行可獲得節能效益。同時由于夜間電網處于低谷期，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，不僅能夠節能， 同時電價低，企業可以獲得明顯的經濟效益，而且對電力網的削峰填谷具有重要的經濟效益和社會效益。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，降低傳熱溫差和利用連續變溫調節時制冷系數大的原理， 以不增加投資實現實際制冷凍結過程的節能也都具有較為明顯的經濟效益。

 

總之，制冷裝置在運行過程中， 由于熱負荷的變化、能的變化、傳熱面積的變化，都會影響冷凝溫度、蒸發溫度、排氣溫度的變化，要保證各種運行參數在規定的范圍內運行，就要適時正確地進行操作調整，但操作調整的前提掌握正確的運行參數，否則，就不能實現制冷裝置可靠，經濟合理的運行。

 

隨著經濟的發展，能源短缺矛盾更加突出，能源已成為影響經濟發展的重要因素，世界各國都對節能提出了更高的要求， 并采取了相應的政策措施，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，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，除了選擇設計合理、配套的節能設備，適當增加初期一次性投資，降低運行費用外，更應該通過制冷裝置的及時運行調整，在不增加投資的情況下，實現制冷裝置的經濟運行，制冷裝置的經濟運行可使增加的投資回收期逐漸縮短，獲得較高的綜合經濟效益。

 

另外， 目前一些企業，特別是許多鄉鎮小型冷藏加工企業，普遍存在技術力量薄弱，只注重的生產經營管理，對制冷系統操作調整的重要性認識不足，運行維護管理情況普遍較差， 這些是我們制冷行業急需解決的問題。在實際的制冷系統操作調節中，我們不僅應該把制冷系統調整到合理的運行范圍，滿足制冷工藝的要求，維持制冷系統的正常運行，而且還可以進一步將制冷系統調整在運行狀態，實現節能的運行目的，提高節能水平。