日本氨吸收式制冷機近年發(fā)展綜述

1、發(fā)展與思考日本氨吸收式制冷機近年發(fā)展綜述戴永慶耿惠彬(上海704研究所上海20031蔡小榮(江蘇雙良集團有限公司江陰214444DESCRIPTION OF DEVE LOPMENT OF AMMONI A ABSORPTIONREFRIGEATION MACHI NERY I N JAPAN一、開發(fā)前景氨是最古老的一種制冷工質(zhì),于1860年問世的氨吸收式制冷機是制冷機的鼻祖。但是,氨吸收式制冷機體積大、重量重,且熱效率低。因此,當氨壓縮式制冷機問世后,氨吸收式冷機的市場愈來愈小,僅在原有余熱資源又需大量低溫冷源(0以下的化工及工藝流程中使用以降低產(chǎn)品的能耗及成本。我國1958年首次生產(chǎn)了容量

2、為1,163kW 的氨吸收式制冷機應(yīng)用于保定膠片廠。此外,還根據(jù)工藝流程的需要,另量設(shè)計制造過多臺氨水吸收式制冷裝置,但一直未形成定型產(chǎn)品。在歐洲,對氨吸收式制冷較為重視,如德國保爾西格公司一直致力于氨吸收式制冷機的發(fā)展,生產(chǎn)了多種型式的氨吸收式制冷機。在美國,小型氨吸收式制冷機得到了發(fā)展,以Servel 商標上市的空冷式氨吸收式房間空調(diào)機自1969年開發(fā)已來,在美國歐洲,東南亞市場已銷售3040萬臺。近年來地球環(huán)境問題引起了人類的極大重視,主要反映在兩個方面;一是保護大氣臭氧層,二是防止地球溫暖化。前者,由于氟氯烴化合物對大氣臭氧層的破壞作用,使用傳統(tǒng)氟利昂(如R11,R12等的制冷劑被限期

3、禁用;后者要求節(jié)省能源,大力開展廢熱、余熱資源的有效利用。這就為“臭氧層破壞潛能(ODP ”與“地球溫室化(GWP ”皆為0的自然制冷劑氨,以及氨吸收式制冷機,重登歷史舞臺,創(chuàng)造了有利的條件。氨吸收式制冷機從制冷采暖用熱源系統(tǒng)到-50的低溫領(lǐng)域,從高溫到低溫均可有效利用,可利用汽電共生系統(tǒng)(congeration 產(chǎn)生的蒸汽或熱水提供0以下的冷源,可有效利用廢熱、垃圾焚燒熱等,這種冷機具有運轉(zhuǎn)可靠,無結(jié)晶、腐蝕之虞,壽命長,運轉(zhuǎn)范圍廣,宜于空冷化和熱泵運轉(zhuǎn)等特點?？梢灶A(yù)計這種制冷機將會擁有更大的市場。日本雖是溴化鋰吸收式制冷機的生產(chǎn)大國,但氨吸收式制冷機卻發(fā)展及較遲緩。鑒于氨吸收式制冷機的特點

4、,近年來,日本對這種機組進行了開發(fā),先后推出管殼式和板翅式氨吸收式制冷機組,使氨吸收式制冷機由裝置化向機組化、小型化發(fā)展,推動了氨吸收式制冷機的技術(shù)進展。日本近年內(nèi)大中型氨吸收式制冷機的生產(chǎn)與應(yīng)用實例:如表1所示。表1日本大中型氨吸收式制冷機的生產(chǎn)與應(yīng)用實例安裝場所制造廠生產(chǎn)年月主要制品和主要冷凍過程制冷能力蒸發(fā)溫度熱源新技術(shù)應(yīng)用朝陽啤酒四國工場愛媛縣大金工業(yè)1997啤酒麥汁冷卻872kW ×2臺-15蒸汽(重油A 社東京市大金工業(yè)1998.6乳制品冷卻1919kW -15蒸汽(天然氣汽電共生組合B 社愛知縣大金工業(yè)1998.6化學制品過程冷卻698kW -3.5蒸汽(天然氣朝陽啤酒

5、名古屋工場愛知縣大金工業(yè)1998.10啤酒麥汁冷卻1919kW ×2臺-15蒸汽(天然氣汽電共生組合C 社干葉縣日立造船1999.1化學制品過程冷卻535kW -30蒸汽D 社岐阜縣日立造船1999.2溜冰場209kW ×2臺-13天然汽早稻田大學東京市大金工業(yè)1999.3冰蓄冷與卡諾循環(huán)組合349kW -12汽電共生組合三菱倉庫東京市日立造船1999.4冷凍倉庫233kW -40天然氣三菱倉庫東京市日立造船1999.4冷凍倉庫267kW -40蒸汽(天然氣汽電共生組合由此可見,氨吸收式制冷機的生產(chǎn)與銷售量逐年增加,特別適用于能源價廉的汽電共生系統(tǒng)以及其他余熱利用系統(tǒng)。二、

6、AUL S 型氨吸收式制冷機由日本東京燃氣株式會社和大金工業(yè)株式會社聯(lián)合開發(fā)。 圖1外形圖 圖2配管系統(tǒng)圖圖1為外形圖,圖2為配管系統(tǒng)圖。曾獲日本冷凍空調(diào)學會榮譽技術(shù)獎。該機組利用燃氣、蒸汽、油、排熱等熱能,制取-50左右的低溫,消耗的電力僅為壓縮式的1/10以下。機組采用單級發(fā)生,單級吸收流程,管殼式結(jié)構(gòu)。該機組的特點如下:(1配置了常年運轉(zhuǎn)的高效系統(tǒng)。常年運轉(zhuǎn)時,制冷負荷和冷卻水溫度相關(guān)。圖3表示了COP 值與冷卻水溫度的關(guān)系,在低冷卻水溫下運轉(zhuǎn)COP 值約提高20%30%。機內(nèi)設(shè)置適當容量的貯液器,隨著冷卻水溫的降低,濃溶液濃度變濃,溶液循環(huán)的濃度差加大,實現(xiàn)高效節(jié)能運轉(zhuǎn)。圖4表示了該機

7、組的部分負荷特性。(2熱交換器工作的可靠性高。各熱交換器的結(jié)構(gòu)是簡單的。發(fā)生器采用U 形管型式的傳熱管以防熱應(yīng)力。同時,為保證各熱交換器的可靠性采用了便于清洗傳熱管的結(jié)構(gòu),保證機組的性能不下降。(3可維性高。泵、調(diào)節(jié)閥、安全閥等維護方便,維修費用低。(4低NO x 化。采用順流燃燒方式,不論供氣壓力200mmHg 或低壓,排煙的NO x 均能達到40PPM 以下。圖3冷卻水溫度和COP圖4部分負荷特性三、布列薩坶氨吸收式制冷機由日立造船株式會社、大阪氣體株式會社和佳友精密工業(yè)株式會社三家共同研制。該機組采用佳友精密工業(yè)株式會社制成的釬焊型緊湊式板翅式熱交換器,而精餾塔采用了多性能的充填物。由于

8、布液方式的最佳化,使其高度降低。該機組和采用殼管式換熱器的大型氨吸收式機組相比,設(shè)置空間僅為其12,高度亦為12,體積約為14,氨的充注量約為原來的15,達到了和同容量的壓縮式制冷機幾乎同等大小的水 平。機組中采用了無軸封的屏蔽泵,采用焊接式閥門,和氨接觸的部分全采用了不銹鋼材料,采用溴化鋰制冷機的制造工藝,大大提高了機組的密封性,因而在安全性與可靠性方面有了可靠的保證,達到了較高的水平。圖5為該機組外形。這種吸收式制冷機 圖5外形照片的特點是:(1可利用排熱驅(qū)動,運轉(zhuǎn)價格低;(2運動部件少,振動噪聲低,運轉(zhuǎn)安靜,維護方便;(3熱交換器為緊湊型、占地面積小。圖7圖9為機組的性能曲線。圖6吸收式

9、制冷機流程圖表2機組標準參數(shù)型式項目蒸氣型AAR -20S AAR -50S AAR -100S AAR -150S AAR -250S 氣體直燃型AAR -20G AAR -50G AAR -100G制冷能力(USRt 16.048.597.0146.0243.016.048.597.0鹽水出/入口溫度(-30/-25-30/-25鹽水流量(t/h 14.042.585.0128.0213.014.042.585.0冷卻水出/入口溫度(37/3037/30冷卻水流量(t/h 24.066.0133.0199.0332.024.066.0133.0蒸氣壓力(MPa G 0.78蒸氣流量(t/h

10、 0.250.661.311.973.28氣體種類煤氣13A氣體消費流量(Nm 3/h 12.735.370.7電源3相220V 50/60Hz 非防爆規(guī)格3相220V 50/60Hz 非防爆規(guī)格消耗電力(kW 7.9/9.58.3/9.59.1/10.314.5/14.521.9/23.97.9/7.98.3/9.59.1/10.3氨充填量(kg 24981912953983598198尺寸長(mm 2,1002,6503,0003,2503,7001,8002,9003,750寬(mm 1,8002,2502,4002,8503,2001,8002,2502,400高(mm 3,1003,

11、2003,2003,5004,2003,2003,5003,500運轉(zhuǎn)重量(t 3.56.710.616.623.53.5 6.710.5適用范圍(0-500-50 圖7鹽水出口溫度與制冷量圖8鹽水出口溫度與制冷量(冷卻水溫度32,28圖9冷卻水進口溫度與制冷量表3溴化鋰和氨吸收式的比較項目氨吸收式澳化鋰吸收式制冷劑氨水吸收劑水溴化鋰水溶液最低蒸發(fā)溫度-600以下不可能COP0.30.7(鹽水出口-6000.7-1.2(冷水出口510雙效循環(huán)的采用難易蒸發(fā)壓力(5時 5.3kg/cm 2(絕對0.009kg/cm 2(絕對冷凝壓力(40時15.9kg/cm 2(絕對0.075kg/cm 2(絕

12、對結(jié)晶無有結(jié)晶的可能性空冷化可能性可能較難空冷熱源機的可能可能外界氣溫10以下難停機時稀釋運轉(zhuǎn)的必要性不要必要傳熱管適用材料鋼(不能用銅材銅相連法規(guī)高壓氣體保安法冷凍保安規(guī)則及其它制冷劑的臭氧層破壞潛能00制冷劑的地球溫度變化潛能0制冷劑的毒性有(環(huán)境毒性無無制冷劑的可燃性有(無需防爆等結(jié)構(gòu)無最大的差別有以下四點:(1溴化鋰水吸收式制冷機可制得的冷水溫度一般為7,極限5,作空調(diào)用冷源,而氨吸收式制冷機制得的鹽水溫度0-50(蒸發(fā)溫度可低至-60,可作空調(diào),冷藏和冷凍的冷源;(2氨吸收式制冷機應(yīng)以高壓氣體規(guī)范運轉(zhuǎn)。20冷噸以上的機組的操作者應(yīng)具有一定的資格;(3溴化鋰吸收式制冷機應(yīng)具有防結(jié)晶防機

13、內(nèi)腐蝕的措施,氨吸收式制冷機不必擔心結(jié)晶與機內(nèi)腐蝕,因此耐久性與可靠性增加;(4氨吸收式機組必需設(shè)置精餾器,從而降低了COP 。五、與壓縮式制冷機的比較(見表4最大的差別有以下四點:(1氨吸收式比電動壓縮式初投資費用高。因此,要求運轉(zhuǎn)成本低、使用能源單價低的燃料,如垃圾焚燒,以及余熱資源等,在短期內(nèi)有回收成本的可能。在高鹽水溫度范圍內(nèi),初投資的價格差更大;在低鹽水溫度范圍內(nèi)投資價格差縮小。若考慮全年使用,則機組運轉(zhuǎn)在部分負荷下的時間較多。在部分負荷時,壓縮式制冷機效率降低而吸收式制冷機效率上升,可節(jié)省能源;(2氨吸收式制冷機的運動部件少因此耐久性、可靠性、維護性皆優(yōu);(3氨吸收式制冷機用電少,

14、且用低壓電,電容量小。例冷量175kW ,鹽水出口溫度-30時,電動壓縮式的耗電140kW ,而氨吸收式溶液泵耗電僅7.5kW ;(4氨吸收式制冷機可在室外安裝無需設(shè)置機房。 六、結(jié)束語近年來,我國溴化鋰吸收式制冷機的迅猛發(fā)展,使我國已成為溴化鋰吸收式制冷機的生產(chǎn)大國,但作為吸收式制冷機另一類型的氨吸收式制冷機的系列化成批生產(chǎn),在國內(nèi)尚處于空白狀態(tài)。氨吸收式制冷機雖然體積大,重量重,熱效率低,但能利用熱能、余熱、廢熱,制取0以下的低溫冷源,具有明顯的節(jié)能效果,同時,運轉(zhuǎn)平穩(wěn),安全可靠壽命長,隨著技術(shù)進步,氨吸收式制冷機機組化后,其體積與重量與其它制冷機相比,差距在逐步縮小,而且氨制冷劑ODP與

15、GWP皆為0是滿足環(huán)保要求的自然制冷工質(zhì)。因此,筆者認為應(yīng)當為氨吸收工制冷機在制冷應(yīng)用中找到適當?shù)奈恢?。氨吸收式制冷機可在以下方面進一步推廣應(yīng)用。11煤氣,天然氣作為能源的一種形式,必將在我國得到持續(xù)發(fā)展,因此煤氣、天然氣的有效利用是一個值得重視的課題。從能源的有效利用考慮,能源分級利用系統(tǒng)亦稱汽、電共生(congeration系統(tǒng),其熱效率可達80%左右,最具節(jié)能效果。這種系統(tǒng)產(chǎn)生的余熱,可用于空調(diào)系統(tǒng),亦可用于低溫冷藏系統(tǒng)?，F(xiàn)在用于空調(diào)系統(tǒng)的溴化鋰吸收式制冷機組已較為普及;但用于低溫冷藏系統(tǒng)的氨吸收式制冷機尚處于空白點,有待于進一步推廣應(yīng)用。21為提高吸收式制冷機熱效率進行的G AX循環(huán)(

16、發(fā)生器熱量與吸收器熱量進行熱交換與三效吸收式制冷循環(huán)的研究中,氨水吸收循環(huán)的研究是重要的內(nèi)容之一。由于氨水吸收循環(huán)中氨水溶液運轉(zhuǎn)的濃度范圍廣,并具有在高溫下完成吸收過程的特點。因此氨水溶液,G AX循環(huán)的研究,以及以氨水溶液為高壓級,溴化鋰水溶液為低壓級的三效吸收式制冷循環(huán)的研究成為吸收式制冷機研究的熱點。31在具有余熱資源而又需提供0以下低溫冷源的工藝流程中,特別是需提供更低溫度(-50左右冷源時,利用氨吸收式制冷機具有更多的經(jīng)濟性。(上接第27頁三、體會與建設(shè)11在冷庫擴建工程和單一性的中、小型冷庫設(shè)計中,分散式制冷系統(tǒng)的優(yōu)點更為突出。如大場肉聯(lián)廠原有一套和屠宰工藝相匹配的制冷系統(tǒng),凍結(jié)、

17、冷藏、凍肉庫等一應(yīng)供全。在不斷的工藝改進和改造過程中,先后又建設(shè)過冷卻肉間、分割肉車間的空調(diào)等,制冷系統(tǒng)也幾次做過相應(yīng)的調(diào)整和改造,由于每一次都要接到原有集中式制冷系統(tǒng)中去,改造工程比較復(fù)雜。1995年,該廠為了適應(yīng)改革開放形勢的需要,變豬胴體以傳統(tǒng)凍結(jié)肉的形式上市為冷卻肉的形式上市,要增設(shè)一間冷卻肉間,把白天屠宰好未變上市的豬胴體在此冷卻肉間預(yù)冷卻一段時間,拂曉前再供應(yīng)給各菜市場和肉市場。接受了這個建設(shè)冷卻肉間的任務(wù)后,筆者普多次深入現(xiàn)場,想要摸清制冷系統(tǒng)的現(xiàn)狀。因為幾經(jīng)改造,改造后有的并未留下完整的資料和工藝圖,而當事人已調(diào)動等等,困難重重;又考慮到機房離開需要增設(shè)的冷卻肉間很遠,如果從機房鋪設(shè)制冷工藝管道,至少要有300米的距離,而且在施工時,必然要造成局部停產(chǎn),給正常的生產(chǎn)帶來一定的影響。我們想到了采用分散式制冷系統(tǒng),并選定了西班牙E.F.C 公司生產(chǎn)的一體式空氣冷卻器,使改進工作量大大簡化,工期縮短。使用至今,效果很好。筆者不久前還專門去作過一次測試,豬胴體處的風速基本上都在0.8m/s0.9m/s,在此冷卻間經(jīng)過十個小時的存放,豬胴體的內(nèi)外肉溫基本上都達到-2。21希望國內(nèi)的壓縮機生產(chǎn)廠能盡早生產(chǎn)出價格低廉,產(chǎn)品質(zhì)量過關(guān)的“整體式空氣冷卻器”的系列產(chǎn)品來替代進口產(chǎn)品。一次性投資比較高