CO2壓縮機技術(shù)及應用源自冰輪課件

1、CO2壓縮機技術(shù)及應用第1頁，共57頁。R404A蒙特利爾協(xié)議京都議定書1987年：蒙特利爾議定書，限制ODP高的制冷劑使用1997年：京都決議案，限制GWP高的制冷劑使用進入后氟利昂時代第2頁，共57頁。CO2作制冷工質(zhì)的特點CO2 是自然工質(zhì)（ODP=0， GWP=1）良好的安全性，無毒，不可燃蒸發(fā)潛熱較大，單位容積制冷量高優(yōu)良的流動和傳熱特性充注量少，軸功率消耗低良好的化學穩(wěn)定性，相關(guān)材料化學反應少 操作壓力較高 臨界點處在較低的溫度下：31.1 （88.0F） CO2比空氣重,封閉空間內(nèi),產(chǎn)生的混合氣體足以令人窒息。 TLV安全極限：NH3為25ppm而CO2為5000ppm (0.5

2、%)第3頁，共57頁。CO2、NH3等壓焓圖比較第4頁，共57頁。CO2壓焓圖第5頁，共57頁。制冷劑名稱R744R717R134aR22消耗臭氧潛值（ODP）0000.055全球變暖潛值（GWP）1013007100臨界點溫度()31.1133.0101.7112.0壓力（MPa）7.37211.424.0554.113凝固點（）-56.55-77.7-160標準沸點（）-78.4-33.3-26.2-40.80飽和壓力（MPa）3.490.4290.2930.50單位容積制冷量（kJ/m3）22600438428604344相對價格0.10.23-51CO2與常用制冷劑的比較第6頁，共57

3、頁。 CO2在制冷空調(diào)領域的應用范圍 冷 凍-30 55 熱 泵 65 95 作為載冷劑 傳遞能量5-30CO2的應用范圍第7頁，共57頁。CO2壓縮機技術(shù)第8頁，共57頁。螺桿型譜制冷開啟單級內(nèi)容積比可調(diào)RCV內(nèi)容積比可調(diào)RCU開啟單機雙級RCC低壓級RCL高壓壓縮機RCH半封RSH半封單機雙級RSC空壓機單級ACS單機雙級低壓ACL 單機雙級中壓ACM增壓機AHC干式OFC工藝噴油OPC干式OFP噴液OLP第9頁，共57頁。LG單機螺桿壓縮機型譜LG單機雙級LG雙機撬塊BF空調(diào)半封BFD低溫半封空壓機工藝壓縮機高壓壓縮機無油壓縮機膨脹機VLG單機BF半封單機雙機氨半封LGT單機單機雙級空壓

4、機增壓機八十多個規(guī)格第10頁，共57頁。相同制冷量，壓縮機不同排量第11頁，共57頁。設計壓力 Design pressure：5.0MPa轉(zhuǎn)子剛性高 High rotor rigidity殼體強度高 High shell intensity密封壓差大 High sealing differential pressure 效率高 High efficiency CO2螺桿壓縮機 CO2 screw compressorRCH12RCH16RCH20RCH25RCH32150 300 600 800 1600第12頁，共57頁。LG300壓縮機第13頁，共57頁。LG600機組第14頁，共57頁

5、。LG800機組第15頁，共57頁。螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型線 Screw compressor rotor profile采用的組成齒曲線均為二次曲線及其共軛包絡線 The tooth curves are conic and conjugated envelope效率高 High efficiency易加工 Easy to process受力均勻 Even forcing 第16頁，共57頁。供油量大于滾動軸承，壓縮機內(nèi)部各泄漏通道密封好，壓縮機效率高。承受大的徑向力作為流體動力軸承，軸被油膜支撐起來 不存在機械磨損，無所謂軸承壽命 中心距滑動軸承軸承的選擇第17頁，共57頁。壓縮機殼體設計材料選

6、擇結(jié)構(gòu)設計厚度計算第18頁，共57頁。間隙與效率間隙對效率的影響泄漏三角型線優(yōu)化齒頂與氣缸內(nèi)壁噴油密封接觸線在一定范圍 內(nèi)對COP影響有限滑動軸承滾動軸承轉(zhuǎn)子腔油泵供油壓差供油第19頁，共57頁。循環(huán)油量與效率大壓差小壓比油的循環(huán)量大，效率影響較大第20頁，共57頁。內(nèi)容積比試驗確定第21頁，共57頁。CO2螺桿壓縮機組第22頁，共57頁。CO2冷凍油的選擇POE較強的親水力PAO難以回油推廣使用礦物油第23頁，共57頁。CO2復疊技術(shù)的應用第24頁，共57頁。復疊系統(tǒng)流程第25頁，共57頁。優(yōu)點：在-35以下的制冷需求中效率高減少了高溫級循環(huán)的制冷劑充注量，是常規(guī)系統(tǒng)的1/10管路尺寸極小熱

7、氣除霜的效率高當需要兩個制冷溫區(qū)時，是很好的解決方案缺點：工作壓力相對較高，特別是在熱氣除霜的情況下需要對系統(tǒng)停止運行時的壓力進行有效控制需要維護兩種制冷劑的制冷系統(tǒng)復疊系統(tǒng)的特點第26頁，共57頁。系統(tǒng)設計壓力(飽和吸氣溫度):40bar(+5)安全閥設定:36bar(-10%MWP)系統(tǒng)應急處理設定:34bar(-1)排氣壓力設定:30bar(-5)CO2冷凝溫度和高溫制冷劑蒸發(fā)溫度的差值越小，冷凝蒸發(fā)器效率越高。隨著冷凝蒸發(fā)器換熱溫差的增加，整個制冷系統(tǒng)的總效率會降低。NH3/ CO2的復疊系統(tǒng)效率與其他制冷劑與CO2的復疊系統(tǒng)相比最高。CO2側(cè)的設計參數(shù)（不采用熱氣融霜）第27頁，共5

8、7頁。CO2側(cè)設備冷凝蒸發(fā)器在NH3/CO2復疊制冷系統(tǒng)中既是NH3側(cè)的蒸發(fā)器，又是CO2側(cè)的冷凝器，NH3液在管程蒸發(fā)吸收熱量， CO2氣體在殼程被冷凝成液體。貯液器用來貯存CO2液體氣液分離器用以分離CO2壓縮制冷系統(tǒng)中由蒸發(fā)器出來的CO2氣體中的液滴 氣液分離器頂部帶有輔助蒸發(fā)器，在停機后能有效防止CO2壓力超高維持機組或膨脹容器CO2泵干燥過濾器、節(jié)流裝置等 第28頁，共57頁。系統(tǒng)各部分設計壓力采用熱氣融霜與其他融霜設計壓力不同桶泵壓力有一個壓力范圍，停機維持機組開機信號第29頁，共57頁。系統(tǒng)設計壓力的選定第30頁，共57頁。CO2系統(tǒng)的熱氣融霜流程CO2壓縮機CO2泵CO2 氣液

9、分離器ICM閥1 ON / OFFICS閥2 ON / OFFICM閥2 ON / OFFICS閥1 ON / OFFICM3 電動調(diào)節(jié)閥 CO2蒸發(fā)器冷凝蒸發(fā)器充霜蒸發(fā)器器CO2熱氣融霜缺點：壓力高NH3熱氣融霜缺點： NH3進入冷庫水融霜可采取的融霜方式第31頁，共57頁。實際實驗結(jié)論 冰輪自主研發(fā)的NH3/CO2螺桿復疊制冷系統(tǒng)在蒸發(fā)溫度為-45工況下，COP比NH3雙級制冷系統(tǒng)（理論計算的最佳配搭）COP高8.8。第32頁，共57頁。CO2復疊系統(tǒng)的最優(yōu)中間壓力取決于很多參數(shù)(例如:高溫制冷劑的種類，制冷負荷的類型等等)。1)具有中溫區(qū)制冷負荷的系統(tǒng)：衡量中間負荷和復疊效率 中間壓力應

10、當盡可能的高，以降低高溫級的負載。 中間壓力的大小，由系統(tǒng)中中溫制冷溫度以及系統(tǒng)的壓力決定。 中間負荷的大小2)沒有中溫區(qū)制冷負荷的系統(tǒng) 中間溫度由系統(tǒng)效率決定， 考慮系統(tǒng)的承壓能力。CO2復疊系統(tǒng)中間壓力選擇第33頁，共57頁。項目描述：假定用戶需要一臺公稱凍結(jié)能力1200kg/h（以青刀豆計算）的流態(tài)化單體速凍裝置，蒸發(fā)溫度-45，冷凝溫度40，則制冷量大約200kW。采用NH3/CO2復疊制冷系統(tǒng)，具體選型方案如下: 一、壓縮機組選型：1、確定中間溫度：在已知低溫級蒸發(fā)溫度和高溫級冷凝溫度的基礎上需要確定低溫級的冷凝溫度（中間溫度）。 按照用戶要求，可以在樣本曲線圖上找到40/-45工況

11、下的最佳中間溫度-16。選型計算說明第34頁，共57頁。2、低溫壓縮機選型：低溫級對應的工況為-16/-45,依據(jù)樣本低溫壓縮機性能參數(shù)，查得該工況下制冷量約比用戶要求的冷量略高的壓縮機機型，并計算低溫級冷凝負荷3、高溫壓縮機選型：設定冷凝蒸發(fā)器換熱溫差5，可得高溫壓縮機的工況，可以直接從NH3制冷壓縮機樣本的性能參數(shù)表，按照復疊制冷系統(tǒng)冷量匹配原則，高溫級的制冷量須略大于或等于低溫級的冷凝負荷1.05倍，查得壓縮機選型4、修訂中間溫度：由于壓縮機機型已確定，理論排氣量配比為定值，所以需對假設的中間溫度進行修正。根據(jù)修正后的中間溫度查表得其制冷量，是否可以滿足低溫級需求選型計算說明第35頁，共

12、57頁。CO2閥門采用danfoss電動閥，控制靈敏、精度高CO2泵的額定流量按12倍循環(huán)倍率圓整選擇 CO2泵注意氣液分離器的供液高度與泵之前的供液管路阻力對應的高度之差必須大于泵的氣蝕高度，避免運行時泵發(fā)生氣蝕5、低溫側(cè)輔機選型（續(xù)）：CO2系統(tǒng)停機后，隨著環(huán)境溫度升高，系統(tǒng)壓力升高，當壓力升高到設定壓力后，輔助制冷機組開機選取按壓縮機制冷量每1000KW,選取4KW（-15）的輔助機組根據(jù)實際情況選用（凍結(jié)、冷庫）6、配置輔助制冷機組：選型計算說明第36頁，共57頁。在復疊系統(tǒng)中，高溫級壓縮機必須在低溫級的壓縮機啟動前啟動。否則，低溫級的壓縮機可能會因為壓力過高而無法工作。高溫級壓縮機啟

13、動條件:高溫級的負荷需求低溫級的需求對系統(tǒng)進行充注相同的操作順序。先對系統(tǒng)的高溫級進行制冷劑充注然后啟動高溫級。將CO2充注至系統(tǒng)的低溫級中。冷凝蒸發(fā)器的高溫級膨脹閥要和高溫級的壓縮機同時啟動。系統(tǒng)控制注意事項第37頁，共57頁。與其他系統(tǒng)的COP比較第38頁，共57頁。CO2的氣液比特點第39頁，共57頁。如果水超過在CO2系統(tǒng)中的溶解限制值，當溫度低于0的時候，水將結(jié)冰，產(chǎn)生的冰晶可堵塞控制閥、電磁閥、過濾器或其他設備干燥過濾器盡量設置在低溫區(qū)CO2的含水量控制第40頁，共57頁。急劇的溫度下降會對系統(tǒng)材料會造成巨大的沖擊，進而導致材料損壞。CO2/NH3復疊系統(tǒng)多數(shù)的致命泄漏發(fā)生在CO2

14、和NH3之間的冷凝蒸發(fā)器中，CO2接觸NH3時，將立即生成銨基甲酸銨，銨基甲酸銨具有腐蝕性避免急劇降溫和系統(tǒng)泄漏第41頁，共57頁。豐潤工程圖片通過實際工程案例比較，NH3/CO2復疊制冷系統(tǒng)和單機雙級自動螺桿制冷系統(tǒng)工程初投資基本持平！ 第42頁，共57頁。豐潤工程系統(tǒng)運行費用1、NH3/CO2復疊制冷系統(tǒng)對應的是流態(tài)化單凍機MVLD1500，進貨溫度為10，出貨溫度為-22，半小時產(chǎn)量為875kg，低溫壓縮機耗電量為27.9kWh，高溫壓縮機耗電量為39kWh，壓縮機總耗電量為66.9kWh。單位質(zhì)量凍品耗電量為76.45 kWh/噸。2、壓縮機S8-125一臺和S4-125兩臺對應的是流

15、態(tài)化單凍機MVLD1000，進貨溫度為10，出貨溫度為-22，半小時產(chǎn)量為647.5kg，活塞壓縮機耗電量為55.66kWh，單位質(zhì)量凍品耗電量：86Kwh/噸。NH3/CO2復疊制冷系統(tǒng)比NH3雙級制冷系統(tǒng)節(jié)電 11.1%，效果明顯。 CO2單凍機同樣的庫溫蒸發(fā)溫度高3度第43頁，共57頁。威海久業(yè)項目第44頁，共57頁。直接冷卻式屋內(nèi)NH3泄漏的危險度需要大量的NH3冷媒系統(tǒng)簡單間接冷卻式不存在屋內(nèi)泄漏的危險度極少量的NH3冷媒系統(tǒng)復雜CO2做載冷劑第45頁，共57頁。CO2載冷劑的壓焓圖第46頁，共57頁。CO2換熱效率（效率高、不衰減）第47頁，共57頁。107%136%100%67%

16、10%載冷劑 Coolant粘度 Viscosity密度 Density比熱 Specificheat流量 Flow泵電機 Pump motor管徑 Pipe diametermPaskg/m3kcal/Kkgm3/hrkWA氯化鈣鹽水 CaCl2 brine(29.9wt%)21.113130.62948.2 11125甲酸Formate (FP-40)9.3813750.62446.4 7.5125CO20.166106671.431.6 1.125/32和其他載冷劑比 Comparing with the other coolant：黏度低 Low viscosity 換熱COP高 High heat exchanging COP比熱大 High specific heat流量小 Low flowCO2做載冷劑 CO2 as the coolant氯化鈣鹽水 甲酸CO2第48頁，共57頁。CO2作載冷劑的管路比較不變增大第49頁，共57頁。 泵循環(huán)供液和直接供液組成的混合系統(tǒng)。復疊和載冷劑雙系統(tǒng)第50頁，共57頁。CO2壓縮機的其他應用第51頁，共57頁。采用CO2高壓壓縮機，設計壓力50Kg熱泵機組出水溫度不超過95，已接近臨界循環(huán)實驗熱泵機組在臨界點附近的點穩(wěn)定運行的條件，觀察試驗現(xiàn)象機組在出水溫度85、90時cop值蒸發(fā)器的換熱性能，回油情況冷凝器的換熱