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    北峰制冷:制冷压缩机,技术创新才是发展王道,制冷压缩机的工艺、专利、技术创新


     
     
     
    1、冷库并联压缩机组近几年来的发展
        随着国际物流业巨头及零售业巨头大举投资中国市场,以及国内民用冷库设施的改造和国内零售商的崛起,中国的低温物流业和零售业正在经受着从传统制冷设备和系统向国外先进制冷系统和设备过渡的过程。 在整个冷链当中,大型冷库、低温物流中心以及超市制冷系统耗能几乎占了冷链系统的一半以上;对于低温物流中心和超市自身来说,制冷系统又占了其营运成本的很大比例:例如超市制冷系统占超市设备总投资的40%左右,且平均每年消耗接近50%的总电能。因此大型冷库、低温物流中心和超市制冷系统的完善与否对中国民众生活品质的提高,中国社会经济的健康可持续发展以及构建和谐社会有着非常深远的影响。 这个新的潮流对制冷技术提出了一个非常紧迫的且具有挑战性的课题:如何为中国快速发展大型商用制冷设施提供高效节能、稳定可靠且成本较低的制冷系统。
    2、大型直接蒸发式制冷系统简介
        由于消除了与载冷剂的换热温差,直接蒸发式制冷被认为是大型制冷应用中最为节能的方案。总的来说,大型直接蒸发式制冷系统有如下几个的特点:
        1)制冷量要求较大,通常需要使用5至50台20马力左右的制冷压缩机
        2)终年运转,负荷峰谷差大,部分负荷明显
        3)冷冻、冷藏对象是易腐烂变质的新鲜食品,对温度和湿度的控制要求严格
        4)蒸发器需要除霜,且除霜周期后系统的负荷很大 我国商用制冷系统在向大型化发展的过程中,单机系统已渐渐的不能适应大型制冷应用的需求,
    这主要表现在:
        1)台数较多,成本较高,且占地太大,影响美观和商用地规划
        2)调峰能力弱,通常压缩机按照最大负荷配置,在部分负荷下压缩机由于能量调节(热气旁通等)在部分负荷情况下效率低下。为了防止在部分负荷情况下频繁启动,常常使用延时器,但这样做常常造成压缩机在恶劣工况运行,效率下降,如果不加装延时器又会造成压缩机频繁启停降低压缩机寿命 
        3)对温度和湿度自动控制较困难,一般采用压力控制器,吸气压力波动较大
        4)为了在蒸发器除霜后很快把温度拉下来,通常会进一步放大压缩机马力,通常进一步加剧“大马拉小车”的情况   
        在大型商拥制冷系统中,通常将传统的单机系统合并成大型的中央冷冻站一并联压缩机系统(在国外行业内俗称为Rack)即将多台压缩机并联连接在一个公共的机架上,共享吸排气集管、冷凝器及储液器等部件,从而向整个制冷系统的各蒸发末端提供制冷剂。 该系统流程图原理见图1,图中除虚线所连接的冷凝器和蒸发器外,实线所代表的部件及管路全部位于并联机组上。系统说明流程如下: 制冷剂过热蒸气从回气总管流入气液分离器和过滤器,然后进入回气集管并均匀进入每台压缩机,压缩机的排气通过减振管进入排气集管,进入公用油分离器。油气混合物中99%的润滑油应被分离并落在油分离器的底部并经过回油系统均匀分配到每台压缩机,而含油量较少的排气排入远置在室外的风冷冷凝器(或其它形式的冷凝器)经过冷凝以后回到储液器。储液器底部所排出的液体进入供液集管,并流经各支路上的电磁阀和膨胀阀,进入所对应的蒸发器(吊顶冷风机或冷柜),经蒸发后经过各支路球阀进入吸气集管,从而完成封闭循环。  图2是该并联压缩机组的实物照片,该机组已经成功运用在中国国内的大型冷库,物流中心和大型超市中。   
    4、并联压缩机组的优势节能
       
    并联压缩机组更好的匹配了制冷系统的动态冷负荷。通过调节整个系统中压缩机的开停避免了“大马拉小车”的情况,例如冬季制冷量需求少的时候少开压缩机,夏季制冷量需求大的时候多开压缩机等等。使得压缩机组的吸气压力保持恒定,大大提高了系统的效率。Rasmasson[1]曾经对同一套系统做过单机与并联机组的对比实验,并联机组系统可节能18%。  所有对于压缩机、冷凝器和蒸发器的控制都可以集中在系统电控箱中,可以使用电脑控制器最大限度的优化系统的使用效率,基本上可以作到完全无人操作和远程操作。由于系统富余量较大(一部分蒸发器除霜的同时另一部分蒸发器在制冷),除霜后空闲的压缩机立刻参与制冷,一般5分钟内就可以把冷库或冷柜的温度降到规定要求。采用并联压缩机组可以大大降低设备成本,降低安装工程量,缩短工期,减小机房面积,因此对于终端用户来讲,采用该技术后,综合初投资可以降低20%左右。
    5、并联压缩系统的节能方向
       
    并联压缩系统采用的是一种“为客户定制”的设计模式,专业的系统方案设计本身往往最大限度的体现了并联压缩系统节能的特点。例如,在冷藏工况下,往复式压缩机往往效率较高,而在低温冷库工况下(蒸发温度-25℃-35C),螺杆压缩机组带经济器(图3)往往效率较高,而在超低温工况下,双级压缩机组的优势就体现了出来。 在可能的范围内降低冷凝压头也可以较大的提高系统的效率(提高1%~15%)。此外还可以提高系统的供液过冷度。在中温系统和低温系统并存的冷库和超市中,中温系统对低温系统的供液进行过冷可以提高系统效率(5%左右),对冷凝器附加过冷的模块也可以提高系统效率(5%左右)。 排气的废热回收也是一项很好的节能手段,尤其是对于需要热水的超市、肉食加工冷库等尤为有效。对于一台300马力的低温螺杆并联机组来说,其产生的排气废热可以每小时提供0.7吨50。 电除霜是整个系统运行中耗电的另一个“大户”,以去年我公司在北京中标的一个大型冷库项目为例,该项目冷库净面积8500平方米,库高5.3米,有低温冷库10间,高温冷库24间,其中仅低温冷库电化霜每年消耗的电费就高达25万多度。如果采用热气化霜的方案,这个消耗就可以基本避免。因此由于采用热气化霜产生的成本增加一般在1到2年内就可以收回。并联机组由于分时化霜的特点,在一部分蒸发器需要化霜时可以使用其余蒸发器正常运行时产生的热气,故并联机组是非常适合热气化霜方案应用的。图4是我公司Priority I热气化霜方案的原理图。通过6个阀门的共同作用,使得压缩机的排气反方向进入蒸发器,冷却(或冷凝)后进入储液器。  除此以外,在超市的制冷系统中,还存在着其它的一些能源浪费现象。如在低温系统中,通常是把整个低温机组的蒸发温度拉到温度最低的冷柜的蒸发温度,而对于不需要那么低蒸发温度的冷库风机和制冰机等,通常是利用蒸发压力调节阀的节流作用人为提高其蒸发压力以满足现场的需要,这样就大大增加了电能消耗。多吸气压力(multi-suction)是一种比较满意的解决方案,它通过把不同蒸发温度的压缩机组组合在一个框架上并公用高压系统以达到节能且降低成本的作用图5显示的是一台多吸气压力并联机组。
    6、并联压缩机组结论
       
    在美国、欧洲等发达地区,并联压缩技术已经成为商用制冷市场的主要产品。目前我国的大型冷库、低温物流配送中心和超级购物中心正在飞速的发展当中,并联压缩系统正以其无可比拟的优势成为市场的主流。针对这一现象,我们对这项技术进行了深入的讨论,无论从理论上还是从实践上都证明了其先进性。但目前它的很多节能方面的优势还没有完全被挖掘出来,其更多的优点将在以后的工作中逐渐被我们所认识和应用。