CO2壓縮機(jī)技術(shù)及應(yīng)用源自冰輪課件

1、CO2壓縮機(jī)技術(shù)及應(yīng)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(jìn)入后氟利昂時(shí)代第2頁，共57頁。CO2作制冷工質(zhì)的特點(diǎn)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(dòng)和傳熱特性充注量少，軸功率消耗低良好的化學(xué)穩(wěn)定性，相關(guān)材料化學(xué)反應(yīng)少 操作壓力較高 臨界點(diǎn)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(diǎn)溫度()31.1133.0101.7112.0壓力（MPa）7.37211.424.0554.113凝固點(diǎn)（）-56.55-77.7-160標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)（）-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(duì)價(jià)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(lǐng)域的應(yīng)用范圍 冷 凍-30 55 熱 泵 65 95 作為載冷劑 傳遞能量5-30CO2的應(yīng)用范圍第7頁，共57頁。CO2壓縮機(jī)技術(shù)第8頁，共57頁。螺桿型譜制冷開啟單級(jí)內(nèi)容積比可調(diào)RCV內(nèi)容積比可調(diào)RCU開啟單機(jī)雙級(jí)RCC低壓級(jí)RCL高壓壓縮機(jī)RCH半封RSH半封單機(jī)雙級(jí)RSC空壓機(jī)單級(jí)ACS單機(jī)雙級(jí)低壓ACL 單機(jī)雙級(jí)中壓ACM增壓機(jī)AHC干式OFC工藝噴油OPC干式OFP噴液OLP第9頁，共57頁。LG單機(jī)螺桿壓縮機(jī)型譜LG單機(jī)雙級(jí)LG雙機(jī)撬塊BF空調(diào)半封BFD低溫半封空壓機(jī)工藝壓縮機(jī)高壓壓縮機(jī)無油壓縮機(jī)膨脹機(jī)VLG單機(jī)BF半封單機(jī)雙機(jī)氨半封LGT單機(jī)單機(jī)雙級(jí)空壓

4、機(jī)增壓機(jī)八十多個(gè)規(guī)格第10頁，共57頁。相同制冷量，壓縮機(jī)不同排量第11頁，共57頁。設(shè)計(jì)壓力 Design pressure：5.0MPa轉(zhuǎn)子剛性高 High rotor rigidity殼體強(qiáng)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(jī) CO2 screw compressorRCH12RCH16RCH20RCH25RCH32150 300 600 800 1600第12頁，共57頁。LG300壓縮機(jī)第13頁，共57頁。LG600機(jī)組第14頁，共57頁

5、。LG800機(jī)組第15頁，共57頁。螺桿壓縮機(jī)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(luò)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(dòng)軸承，壓縮機(jī)內(nèi)部各泄漏通道密封好，壓縮機(jī)效率高。承受大的徑向力作為流體動(dòng)力軸承，軸被油膜支撐起來 不存在機(jī)械磨損，無所謂軸承壽命 中心距滑動(dòng)軸承軸承的選擇第17頁，共57頁。壓縮機(jī)殼體設(shè)計(jì)材料選

6、擇結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)厚度計(jì)算第18頁，共57頁。間隙與效率間隙對(duì)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(duì)COP影響有限滑動(dòng)軸承滾動(dòng)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(yàn)確定第21頁，共57頁。CO2螺桿壓縮機(jī)組第22頁，共57頁。CO2冷凍油的選擇POE較強(qiáng)的親水力PAO難以回油推廣使用礦物油第23頁，共57頁。CO2復(fù)疊技術(shù)的應(yīng)用第24頁，共57頁。復(fù)疊系統(tǒng)流程第25頁，共57頁。優(yōu)點(diǎn)：在-35以下的制冷需求中效率高減少了高溫級(jí)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(dāng)需要兩個(gè)制冷溫區(qū)時(shí)，是很好的解決方案缺點(diǎn)：工作壓力相對(duì)較高，特別是在熱氣除霜的情況下需要對(duì)系統(tǒng)停止運(yùn)行時(shí)的壓力進(jìn)行有效控制需要維護(hù)兩種制冷劑的制冷系統(tǒng)復(fù)疊系統(tǒng)的特點(diǎn)第26頁，共57頁。系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力(飽和吸氣溫度):40bar(+5)安全閥設(shè)定:36bar(-10%MWP)系統(tǒng)應(yīng)急處理設(shè)定:34bar(-1)排氣壓力設(shè)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(gè)制冷系統(tǒng)的總效率會(huì)降低。NH3/ CO2的復(fù)疊系統(tǒng)效率與其他制冷劑與CO2的復(fù)疊系統(tǒng)相比最高。CO2側(cè)的設(shè)計(jì)參數(shù)（不采用熱氣融霜）第27頁，共5

8、7頁。CO2側(cè)設(shè)備冷凝蒸發(fā)器在NH3/CO2復(fù)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(jī)后能有效防止CO2壓力超高維持機(jī)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(shè)計(jì)壓力采用熱氣融霜與其他融霜設(shè)計(jì)壓力不同桶泵壓力有一個(gè)壓力范圍，停機(jī)維持機(jī)組開機(jī)信號(hào)第29頁，共57頁。系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jī)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(dòng)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(diǎn)：壓力高NH3熱氣融霜缺點(diǎn)： NH3進(jìn)入冷庫水融霜可采取的融霜方式第31頁，共57頁。實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)論 冰輪自主研發(fā)的NH3/CO2螺桿復(fù)疊制冷系統(tǒng)在蒸發(fā)溫度為-45工況下，COP比NH3雙級(jí)制冷系統(tǒng)（理論計(jì)算的最佳配搭）COP高8.8。第32頁，共57頁。CO2復(fù)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(fù)荷的類型等等)。1)具有中溫區(qū)制冷負(fù)荷的系統(tǒng)：衡量中間負(fù)荷和復(fù)疊效率 中間壓力應(yīng)

10、當(dāng)盡可能的高，以降低高溫級(jí)的負(fù)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(fù)荷的大小2)沒有中溫區(qū)制冷負(fù)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(fù)疊系統(tǒng)中間壓力選擇第33頁，共57頁。項(xiàng)目描述：假定用戶需要一臺(tái)公稱凍結(jié)能力1200kg/h（以青刀豆計(jì)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(fù)疊制冷系統(tǒng)，具體選型方案如下: 一、壓縮機(jī)組選型：1、確定中間溫度：在已知低溫級(jí)蒸發(fā)溫度和高溫級(jí)冷凝溫度的基礎(chǔ)上需要確定低溫級(jí)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(jì)算說明第34頁，共57頁。2、低溫壓縮機(jī)選型：低溫級(jí)對(duì)應(yīng)的工況為-16/-45,依據(jù)樣本低溫壓縮機(jī)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(jī)機(jī)型，并計(jì)算低溫級(jí)冷凝負(fù)荷3、高溫壓縮機(jī)選型：設(shè)定冷凝蒸發(fā)器換熱溫差5，可得高溫壓縮機(jī)的工況，可以直接從NH3制冷壓縮機(jī)樣本的性能參數(shù)表，按照復(fù)疊制冷系統(tǒng)冷量匹配原則，高溫級(jí)的制冷量須略大于或等于低溫級(jí)的冷凝負(fù)荷1.05倍，查得壓縮機(jī)選型4、修訂中間溫度：由于壓縮機(jī)機(jī)型已確定，理論排氣量配比為定值，所以需對(duì)假設(shè)的中間溫度進(jìn)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(jí)需求選型計(jì)算說明第35頁，共

12、57頁。CO2閥門采用danfoss電動(dòng)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(duì)應(yīng)的高度之差必須大于泵的氣蝕高度，避免運(yùn)行時(shí)泵發(fā)生氣蝕5、低溫側(cè)輔機(jī)選型（續(xù)）：CO2系統(tǒng)停機(jī)后，隨著環(huán)境溫度升高，系統(tǒng)壓力升高，當(dāng)壓力升高到設(shè)定壓力后，輔助制冷機(jī)組開機(jī)選取按壓縮機(jī)制冷量每1000KW,選取4KW（-15）的輔助機(jī)組根據(jù)實(shí)際情況選用（凍結(jié)、冷庫）6、配置輔助制冷機(jī)組：選型計(jì)算說明第36頁，共57頁。在復(fù)疊系統(tǒng)中，高溫級(jí)壓縮機(jī)必須在低溫級(jí)的壓縮機(jī)啟動(dòng)前啟動(dòng)。否則，低溫級(jí)的壓縮機(jī)可能會(huì)因?yàn)閴毫^高而無法工作。高溫級(jí)壓縮機(jī)啟

13、動(dòng)條件:高溫級(jí)的負(fù)荷需求低溫級(jí)的需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行充注相同的操作順序。先對(duì)系統(tǒng)的高溫級(jí)進(jìn)行制冷劑充注然后啟動(dòng)高溫級(jí)。將CO2充注至系統(tǒng)的低溫級(jí)中。冷凝蒸發(fā)器的高溫級(jí)膨脹閥要和高溫級(jí)的壓縮機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。系統(tǒng)控制注意事項(xiàng)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(diǎn)第39頁，共57頁。如果水超過在CO2系統(tǒng)中的溶解限制值，當(dāng)溫度低于0的時(shí)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(shè)備干燥過濾器盡量設(shè)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(huì)對(duì)系統(tǒng)材料會(huì)造成巨大的沖擊，進(jìn)而導(dǎo)致材料損壞。CO2/NH3復(fù)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(shí)，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(shí)際工程案例比較，NH3/CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)和單機(jī)雙級(jí)自動(dòng)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(yùn)行費(fèi)用1、NH3/CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的是流態(tài)化單凍機(jī)MVLD1500，進(jìn)貨溫度為10，出貨溫度為-22，半小時(shí)產(chǎn)量為875kg，低溫壓縮機(jī)耗電量為27.9kWh，高溫壓縮機(jī)耗電量為39kWh，壓縮機(jī)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(jī)S8-125一臺(tái)和S4-125兩臺(tái)對(duì)應(yīng)的是流

15、態(tài)化單凍機(jī)MVLD1000，進(jìn)貨溫度為10，出貨溫度為-22，半小時(shí)產(chǎn)量為647.5kg，活塞壓縮機(jī)耗電量為55.66kWh，單位質(zhì)量凍品耗電量：86Kwh/噸。NH3/CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)比NH3雙級(jí)制冷系統(tǒng)節(jié)電 11.1%，效果明顯。 CO2單凍機(jī)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(xiàng)目第44頁，共57頁。直接冷卻式屋內(nèi)NH3泄漏的危險(xiǎn)度需要大量的NH3冷媒系統(tǒng)簡(jiǎn)單間接冷卻式不存在屋內(nèi)泄漏的危險(xiǎn)度極少量的NH3冷媒系統(tǒng)復(fù)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(jī) 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?cè)龃蟮?9頁，共57頁。 泵循環(huán)供液和直接供液組成的混合系統(tǒng)。復(fù)疊和載冷劑雙系統(tǒng)第50頁，共57頁。CO2壓縮機(jī)的其他應(yīng)用第51頁，共57頁。采用CO2高壓壓縮機(jī)，設(shè)計(jì)壓力50Kg熱泵機(jī)組出水溫度不超過95，已接近臨界循環(huán)實(shí)驗(yàn)熱泵機(jī)組在臨界點(diǎn)附近的點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的條件，觀察試驗(yàn)現(xiàn)象機(jī)組在出水溫度85、90時(shí)cop值蒸發(fā)器的換熱性能，回油情況冷凝器的換熱