CO2压缩机技术及应用(源自冰轮).ppt

1、CO2压缩机技术及应用,R404A,1987年：蒙特利尔议定书，限制ODP高的制冷剂使用 1997年：京都决议案，限制GWP高的制冷剂使用,进入后氟利昂时代,CO2作制冷工质的特点,CO2 是自然工质（ODP=0， GWP=1）良好的安全性，无毒，不可燃 蒸发潜热较大，单位容积制冷量高 优良的流动和传热特性 充注量少，轴功率消耗低 良好的化学稳定性，相关材料化学反应少,操作压力较高 临界点处在较低的温度下：31.1 （88.0F） CO2比空气重,封闭空间内,产生的混合气体足以令人窒息。 TLV安全极限：NH3为25ppm而CO2为5000ppm (0.5%),CO2、NH3等压焓图比较,CO

2、2压焓图,CO2与常用制冷剂的比较,CO2在制冷空调领域的应用范围,冷 冻-30 55,热 泵 65 95,作为载冷剂 传递能量 5-30,CO2的应用范围,CO2压缩机技术,螺杆型谱,LG单机,螺杆压缩机型谱,LG单机双级,LG双机撬块,BF空调半封,BFD低温半封,空压机,工艺压缩机,高压压缩机,无油压缩机,膨胀机,VLG单机,BF半封单机双机,氨半封,LGT单机,单机双级空压机,增压机,八十多个规格,相同制冷量，压缩机不同排量,设计压力 Design pressure：5.0MPa 转子刚性高 High rotor rigidity 壳体强度高 High shell intensity

3、密封压差大 High sealing differential pressure 效率高 High efficiency,CO2螺杆压缩机 CO2 screw compressor,150 300 600 800 1600,LG300压缩机,LG600机组,LG800机组,螺杆压缩机转子型线 Screw compressor rotor profile,采用的组成齿曲线均为二次曲线及其共轭包络线 The tooth curves are conic and conjugated envelope,效率高 High efficiency 易加工 Easy to process 受力均匀 Even

4、 forcing,供油量大于滚动轴承，压缩机内部各泄漏通道密封好，压缩机效率高。 承受大的径向力 作为流体动力轴承，轴被油膜支撑起来 不存在机械磨损，无所谓轴承寿命 中心距,滑动轴承,轴承的选择,压缩机壳体设计,材料选择 结构设计 厚度计算,间隙与效率,间隙对效率的影响 泄漏三角 型线优化 齿顶与气缸内壁 喷油密封 接触线在一定范围 内对COP影响有限,循环油量与效率,大压差小压比 油的循环量大， 效率影响较大,内容积比试验确定,CO2螺杆压缩机组,CO2冷冻油的选择,POE较强的亲水力 PAO难以回油 推广使用矿物油,CO2复叠技术的应用,复叠系统流程,优点： 在-35以下的制冷需求中效率高

5、 减少了高温级循环的制冷剂充注量，是常规系统的1/10 管路尺寸极小 热气除霜的效率高 当需要两个制冷温区时，是很好的解决方案 缺点： 工作压力相对较高，特别是在热气除霜的情况下 需要对系统停止运行时的压力进行有效控制 需要维护两种制冷剂的制冷系统,复叠系统的特点,系统设计压力(饱和吸气温度):40bar(+5) 安全阀设定:36bar(-10%MWP) 系统应急处理设定:34bar(-1) 排气压力设定:30bar(-5) CO2冷凝温度和高温制冷剂蒸发温度的差值越小，冷凝蒸发器效率越高。 随着冷凝蒸发器换热温差的增加，整个制冷系统的总效率会降低。 NH3/ CO2的复叠系统效率与其他制冷剂

6、与CO2的复叠系统相比最高。,CO2侧的设计参数（不采用热气融霜）,CO2侧设备,冷凝蒸发器 在NH3/CO2复叠制冷系统中既是NH3侧的蒸发器，又是CO2侧的冷凝器，NH3液在管程蒸发吸收热量， CO2气体在壳程被冷凝成液体。 贮液器 用来贮存CO2液体 气液分离器 用以分离CO2压缩制冷系统中由蒸发器出来的CO2气体中的液滴 气液分离器顶部带有辅助蒸发器，在停机后能有效防止CO2压力超高 维持机组或膨胀容器 CO2泵 干燥过滤器、节流装置等,系统各部分设计压力,采用热气融霜与其他融霜设计压力不同 桶泵压力有一个压力范围，停机维持机组开机信号,系统设计压力的选定,CO2系统的热气融霜流程,C

7、O2热气融霜 缺点：压力高 NH3热气融霜 缺点： NH3进入冷库 水融霜,可采取的融霜方式,实际实验结论,冰轮自主研发的NH3/CO2螺杆复叠制冷系统在蒸发温度为-45工况下，COP比NH3双级制冷系统（理论计算的最佳配搭）COP高8.8。,CO2复叠系统的最优中间压力取决于很多参数(例如:高温制冷剂的种类，制冷负荷的类型等等)。 1)具有中温区制冷负荷的系统：衡量中间负荷和复叠效率 中间压力应当尽可能的高，以降低高温级的负载。 中间压力的大小，由系统中中温制冷温度以及系统的压力决定。 中间负荷的大小 2)没有中温区制冷负荷的系统 中间温度由系统效率决定， 考虑系统的承压能力。,CO2复叠系

8、统中间压力选择,项目描述：假定用户需要一台公称冻结能力1200kg/h（以青刀豆计算）的流态化单体速冻装置，蒸发温度-45，冷凝温度40，则制冷量大约200kW。采用NH3/CO2复叠制冷系统，具体选型方案如下:,一、压缩机组选型：,1、确定中间温度：在已知低温级蒸发温度和高温级冷凝温度的基础上需要确定低温级的冷凝温度（中间温度）。,按照用户要求，可以在样本曲线图上找到40/-45工况下的最佳中间温度-16。,选型计算说明,2、低温压缩机选型：低温级对应的工况为-16/-45,依据样本低温压缩机性能参数，查得该工况下制冷量约比用户要求的冷量略高的压缩机机型，并计算低温级冷凝负荷,3、高温压缩机

9、选型：设定冷凝蒸发器换热温差5，可得高温压缩机的工况，可以直接从NH3制冷压缩机样本的性能参数表，按照复叠制冷系统冷量匹配原则，高温级的制冷量须略大于或等于低温级的冷凝负荷1.05倍，查得压缩机选型,4、修订中间温度：由于压缩机机型已确定，理论排气量配比为定值，所以需对假设的中间温度进行修正。根据修正后的中间温度查表得其制冷量，是否可以满足低温级需求,选型计算说明,CO2阀门采用danfoss电动阀，控制灵敏、精度高 CO2泵的额定流量按12倍循环倍率圆整选择 CO2泵 注意气液分离器的供液高度与泵之前的供液管路阻力对应的高度之差必须大于泵的气蚀高度，避免运行时泵发生气蚀,5、低温侧辅机选型（

10、续）：,CO2系统停机后，随着环境温度升高，系统压力升高，当压力升高到设定压力后，辅助制冷机组开机 选取按压缩机制冷量每1000KW,选取4KW（-15）的辅助机组 根据实际情况选用（冻结、冷库）,6、配置辅助制冷机组：,选型计算说明,在复叠系统中，高温级压缩机必须在低温级的压缩机启动前启动。否则，低温级的压缩机可能会因为压力过高而无法工作。 高温级压缩机启动条件: 高温级的负荷需求 低温级的需求 对系统进行充注相同的操作顺序。 先对系统的高温级进行制冷剂充注 然后启动高温级。 将CO2充注至系统的低温级中。 冷凝蒸发器的高温级膨胀阀要和高温级的压缩机同时启动。,系统控制注意事项,与其他系统的

11、COP比较,CO2的气液比特点,如果水超过在CO2系统中的溶解限制值，当温度低于0的时候，水将结冰，产生的冰晶可堵塞控制阀、电磁阀、过滤器或其他设备 干燥过滤器尽量设置在低温区,CO2的含水量控制,急剧的温度下降会对系统材料会造成巨大的冲击，进而导致材料损坏。 CO2/NH3复叠系统多数的致命泄漏发生在CO2和NH3之间的冷凝蒸发器中，CO2接触NH3时，将立即生成铵基甲酸铵，铵基甲酸铵具有腐蚀性,避免急剧降温和系统泄漏,丰润工程图片,通过实际工程案例比较，NH3/CO2复叠制冷系统和单机双级自动螺杆制冷系统工程初投资基本持平！,丰润工程系统运行费用,1、NH3/CO2复叠制冷系统对应的是流态

12、化单冻机MVLD1500，进货温度为10，出货温度为-22，半小时产量为875kg，低温压缩机耗电量为27.9kWh，高温压缩机耗电量为39kWh，压缩机总耗电量为66.9kWh。单位质量冻品耗电量为76.45 kWh/吨。,2、压缩机S8-125一台和S4-125两台对应的是流态化单冻机MVLD1000，进货温度为10，出货温度为-22，半小时产量为647.5kg，活塞压缩机耗电量为55.66kWh，单位质量冻品耗电量：86Kwh/吨。,NH3/CO2复叠制冷系统比NH3双级制冷系统节电 11.1%，效果明显。,CO2单冻机同样的库温蒸发温度高3度,威海久业项目,直接冷却式 屋内NH3泄漏的

13、危险度 需要大量的NH3冷媒 系统简单,間接冷却式 不存在屋内泄漏的危险度 极少量的NH3冷媒 系统复杂,CO2做载冷剂,CO2载冷剂的压焓图,CO2换热效率（效率高、不衰减）,和其他载冷剂比 Comparing with the other coolant： 黏度低 Low viscosity 换热COP高 High heat exchanging COP 比热大 High specific heat 流量小 Low flow,CO2做载冷剂 CO2 as the coolant,氯化钙盐水,甲酸,CO2,CO2作载冷剂的管路比较,不变,增大, 泵循环供液和直接供液组成的混合系统。,复叠和载冷剂双系统,CO2压缩机的其他应用,采用CO2高压压缩机，设计压力50Kg 热泵机组出水温度不超过95，已接近临界循环 实验热泵机组在临界点附近的点稳定运行的条件，观察试验现象 机组在出水温度85、90时cop值 蒸发器的换热性能，回油情况 冷凝器的换热性能，油的分离状