低温制冷技术概述.ppt

碳氢化合物制冷剂 碳氢化合物的优点是ODP为0，GWP很小，常用的有烷烃类和烯烃类制冷剂。其主要问题是易燃易爆性，使用时低压侧应保持正压或将系统严格密封。 丙烯R1270的制冷温度范围与R22相当，可用于两级压缩制冷装置，也可以用作复叠式制冷装置的高温部分制冷剂。 乙烷R170、乙烯R1150的制冷温度范围与R13相当，只在复叠式制冷系统的低温部分使用。 甲烷R50可以与乙烯、氨（或丙烷）组成三元复叠制冷系统，获得-150℃左右的低温，用于天然气液化装置。 丙烷R290一般不用作纯质制冷剂，它常常用作混合制冷工质一部分 混合工质 R170、R116、R23组成的共沸和近共沸工质 55%CO2、 45% R290组成的非共沸混合工质 CO2、R170混合物 …… 自复叠系统制冷剂 自复叠系统的工作原理是通过非共沸制冷剂的分凝来分离高沸点和低沸点组分。因此,自复叠系统的设计需要根据要求的冷凝温度和蒸发温度,选择适合的制冷剂组分。 各组分之间需要有较好的互溶性、合适的标准沸点差值（一般沸点间距在40～80℃）及尽可能好的溶油性。 自复叠制冷系统高温部分使用的制冷剂主要包括R134a、R22、R600a、R600、R502、R1270、R290等；低温部分使用的制冷剂有R23、R14、R1150、R170、R744等 混合工质组分选取及配比 混合工质的成分须根据各级设计的蒸发温度来选定,组分含量由实际运行工况决定,并进行精确控制。而具体工况对应的制冷剂比例的选择和设计目前还没有较完善的结论。 混合工质泄露 如果制冷装置中发生制冷剂工质泄露，剩余在系统内的混合物浓度就会改变。所以需要向系统中补充制冷工质使其达到原来的数量和浓度，并需要计算确定各种制冷工质的充灌量。这一特点在一定程度上限制了非共沸混合制冷剂的应用。 压力控制 当制冷温度较低时，低沸点制冷剂组分所占比例较大的混合工质，会导致开机阶段过高的排气压力、过高的排气温度或过高的压缩机输入功率，严重影响最低制冷温度的实现和长期运行的可靠性。 存在的问题 采用美国标准技术研究所开发的REFPROP程序计算混合工质的热力性质，并确定混合工质的成分及配比； 设计合理的流程，可使热质交换更加充分、获得较好的分离效果和较高的循环性能； 设置旁通管路，及时将不凝性气体排入膨胀容器； 采用变浓度精馏型自复叠制冷系统，变浓度模块可以使系统更自由地调节参与循环的制冷剂流量和成分； …… 研究进展 应用1：冷藏冷冻库 早期建设成的大型冷库，多是分期建成，库区、机房往往是自成一体; 冷库大都采用氨制冷压缩机。 按蒸发温度不同，冷库一般设计为3种制冷系统： -15℃系统用于高温，库温在0℃左右，一般采用单机压缩; -28℃蒸发系统多用于低温冷藏库，库温一般在-18℃~-23℃左右，主要用于冷冻、冷藏货物的贮藏; -33℃制冷系统，一般用于速冻库( 间) ，库温一般为-23℃以下，主要用于货物的速冻用 -28℃制冷系统多采用配组双级压缩，也有设计把它并入-33℃系统，而速冻系统往往采用单机双级压缩，也可按压缩比不同，设置为1: 2或1: 3两种配组方式 应用1：冷藏冷冻库 在CO2/NH3复叠系统中，利用CO2作为低温级循环的相变工质，压缩后的CO2气体被普通的NH3制冷系统在复叠热交换器中冷却及冷凝。采用这样的制冷方式，可以把有毒的NH3限制在特定的区域内，并且大大减少了其充注量。 复叠式热交换器中间温度的选取： 存在一个最优蒸发 冷凝器的中间温度，使循环的性能系数达到最大 使用膨胀机代替节流阀 回收膨胀功并增加部分制冷量，低温级增加回热器，使蒸发冷凝器出口液体过冷，能够有效提升循环性能 CO2/NH3制冷系统 案例1：美国宾夕法尼亚州的USCS冷库 USCS冷库是目前世界上最大的CO2/NH3复叠系统之一，总容积达到446873m3。由于采用了CO2/NH3的复叠，整个冷库的NH3充注量只有不到4500kg。 CO2/NH3制冷系统 案例2：渔船上的CO2/NH3复叠制冷系统 在一条长度为75m的拖网渔船上，需要安装能够冷却210吨鱼/天的制冷系统。该系统采用了带有热气除霜的CO2/NH3复叠系统进行制冷。 该系统采用了两套NH3螺杆机组，6套CO2活塞压缩机（其中3台用于除霜）。-48℃蒸发温度下的总制冷量达1350kw，该系统采用了管壳式复叠热交换器，并在CO2循环桶处采用了辅助冷凝机组用于停机时的系统冷却，故这里大约1350kw的冷量对应6kw冷量的冷凝机组就可以很好地满足系统的安全要求。 同时，NH3的充注量大幅度减少，只需600kg；由于采用了紧凑的热交换器，CO2的用量也仅为5500kg。对于类似冷量及应用的R22系统而言，R22的充注量大约需要130