CO2复叠制冷系统与载冷剂制冷系统适用范围-沧州中载制冷工程有限公司
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CO2复叠制冷系统与载冷剂制冷系统适用范围

2020-03-04 16:22:19
新闻详情

由于环保限制协议等问题,人工合成的制冷剂将逐渐受到大限制。另一方面,R407C与R410A等HFC工质由于GWP较大也将逐步被替代。未来,新兴起的制冷剂必 须具有以下特质:对臭氧层无破坏,较小的温室气体性能,较短的环境周期寿命,较高的使用安 全性,较好的热力学性能。因此,随着R22等工质被取代,多的自然工质将被应用在冷冻冷藏领域,而其中,CO2与NH3被视为适合且有潜力的自然工质。NH3作为制冷工质已经被广泛应用在大型冷库及冷冻冷藏、食品加工、医药等领域。NH3作为制冷工质,具有 好的热力学性能与传热传质性能,同时,其出众的潜热密度、较高的单位容积制冷量及吸水性能,对制冷系统也有很重要的意义。然而,由于NH3具有一 定的毒性、可燃性,应用仍受到一 定限制。为大限度地降低其毒性影响,减少充注量是有 效的措施之一。由此,CO2作为低温级供冷工质受到越发广泛地关注,应用量得 到提升。CO2作为制冷剂,由于工作压力较高,往往应用在较低温度工况的制冷循环中;同时,无 毒无嗅、热力学性能使其可以很好的适应作为冷库供冷工质的需求。常规CO2与NH3工质的低温制冷系统主要包括NH3/CO2复叠制冷系统和NH3压缩CO2载冷剂制冷系统两种类型,结合使用可以满足商业冷冻领域的绝大部分需求。然而,由于CO2制冷系统在国内仍处于上升阶段,行业内关于CO2复叠制冷系统、载冷剂制冷系统各自的适用范围存在很多不同的说法,给系统设计及应用都带来了困惑。为此,本文将从实际工程应用的角度,统一比较基准,在对CO2复叠制冷系统及载冷剂制冷系统进行理论分析的基础上,得出各自的适用范围,为CO2制冷系统的合理应用提供参考。
  1系统描述与评价指标
  作为两种截然不同的自然工质低温制冷系统,NH3/CO2复叠制冷系统与NH3压缩CO2载冷剂制冷系统主要针对低温冷冻冷藏、食品冷链等应用领域的供冷需求。然而,由于系统特性,二者所针对的供冷温区有较大差别,而目前工程应用中对在不同温区如何选择并没有定量的分析与指导,对系统的设计与后期维护造成诸多不便。本文结合两种系统在实际运行中的参数,给出性能评价指标,并在不同工况范围与级间压力等参数变化的基础上,判断二种系统的优劣势,旨在给出两种系统的工况范围。
  2结果分析
  在确定各工况点中间温度与压力后,可以计算系统在不同工况下的COP,进而分析各个系统的佳工作范围,以便在不同应用场合中进行选择与设计。本文重 点 研 究五种系统在不同工况下的运行性能,包括复叠系统、单级NH3压缩CO2载冷剂制冷系统、双级NH3压缩CO2载冷剂制冷系统、单级NH3制冷系统、双级NH3制冷系统。
  本文通过对NH3/CO2复叠系统、NH3压缩CO2载冷制冷系统和NH3压缩制冷系统的分析与计算,确定各系统在不同工况下的优中间温度与中间压力,进而计算比较不同工况的系统性能,尤其是不同蒸发温度情况下的系统COP。对于NH3/CO2复叠制冷、双级NH3压缩、双级NH3压缩CO2载冷、单级NH3压缩、单级NH3压缩CO2载冷制冷这五种常用低温制冷系统,综合考虑系统复杂度与成本,确定了其工作范围,并得 到以下结论:
  1)结合工程经验,将蒸发冷凝器等换热器换热温差设定为5℃,并经过计算确定,在蒸发温度低于-20℃的工况下,复叠系统COP高于单级NH3压缩制冷系统、单级NH3压缩载冷剂制冷系统与双级NH3压缩载冷剂制冷系统;在低于-40℃的工况下,复叠系统COP高于双级NH3压缩制冷系统。综合考虑安 全性与成本回收等因素,推荐在低于-25℃工况中,采用复叠系统作为供冷系统。
  2)载冷剂的使用对单级/双级NH3压缩制冷系统有一 定的影响,并且随着蒸发温度的不断降低,采用载冷剂对COP的削减越发明显,可达到13%~17%;另一方面,在蒸发温度较低时,宜采用双级压缩代替单级压缩,以起到提效的目的。
  3)过热、过冷、阻力损失等均对模拟结果有一 定影响。通过灵敏性分析可以看出,其影响均在可接受范围内,且复叠系统的抗干扰性强,所受到的影响低,适宜在工况偏移的情况下相对较好的系统性能。
  4)在较高蒸发温度的复叠系统中,CO2压缩机的许用压力与高压力下的运行性能至关重要。CO2压缩机的 允许吸气压力应不小于-20℃对应的饱和压力1.97MPa,CO2压缩机的允许排气压力也应大于6℃对应的饱和压力4.07MPa。