蒸發(fā)式冷凝器在離心式冷水機(jī)組中的應(yīng)用研究

鄧吉鴿，陳磊

（海裝重慶局，重慶400042）

蒸發(fā)式冷凝器在離心式冷水機(jī)組中的應(yīng)用研究

鄧吉鴿，陳磊

（海裝重慶局，重慶400042）

介紹了蒸發(fā)式冷凝器在離心式冷水機(jī)組中的應(yīng)用原理，分析了蒸發(fā)式冷凝器應(yīng)用于離心式冷水機(jī)組中的相應(yīng)優(yōu)勢(shì)，以及應(yīng)用中可能存在的相應(yīng)問(wèn)題，即影響蒸發(fā)式冷凝器傳熱性能的幾個(gè)制約因素。針對(duì)以上優(yōu)勢(shì)和問(wèn)題因素提出蒸發(fā)式冷凝器在離心式冷水機(jī)組中應(yīng)用的相關(guān)研究思路和設(shè)想，實(shí)現(xiàn)離心式冷水機(jī)組的高效節(jié)能。

蒸發(fā)式冷凝器；制冷；離心式冷水機(jī)組；高效節(jié)能

節(jié)能減排是我國(guó)在“十二五”計(jì)劃中主要的發(fā)展方向，制冷設(shè)備作為國(guó)家能源消費(fèi)的大戶，在我國(guó)節(jié)能減排事業(yè)中肩負(fù)著不可推卸的責(zé)任。以節(jié)能減排為目標(biāo)導(dǎo)向，積極推進(jìn)制冷設(shè)備行業(yè)的技術(shù)升級(jí)與創(chuàng)新發(fā)展，對(duì)全面完成國(guó)家的節(jié)能減排約束性政策和任務(wù)目標(biāo)具有重要的價(jià)值和意義。

為提高制冷設(shè)備產(chǎn)品的能效以及努力實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行的目的，制冷空調(diào)行業(yè)迫切的需要不斷發(fā)展創(chuàng)新和應(yīng)用各種新型節(jié)能技術(shù)，比如高效率壓縮機(jī)技術(shù)、高效換熱技術(shù)、蒸發(fā)式冷凝等先進(jìn)技術(shù)。其中蒸發(fā)式冷凝器，作為一種節(jié)能設(shè)備，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用，由此也帶動(dòng)了蒸發(fā)式冷凝器生產(chǎn)廠家的蓬勃發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)已有蒸發(fā)式冷凝器生產(chǎn)廠家30多家，每年的產(chǎn)值在10億元人民幣左右。

目前世界上許多廠商已將蒸發(fā)式冷凝器運(yùn)用到小冷量的冷水機(jī)組中，如活塞式冷水機(jī)組、螺桿式冷水機(jī)組以及渦旋式冷水機(jī)組等。就小冷量冷水機(jī)組而言，其單臺(tái)機(jī)組制冷量較小，相應(yīng)的冷凝負(fù)荷也較小，因此所需蒸發(fā)式冷凝器的換熱面積相對(duì)也較小。而在離心式冷水機(jī)組的應(yīng)用中，由于離心式冷水機(jī)組的制冷量一般較大，通常在300 RT以上，因此需要的蒸發(fā)式冷凝器也較大，但只要正確設(shè)計(jì)好蒸發(fā)式冷凝器與整個(gè)制冷系統(tǒng)之間的相互適應(yīng)匹配，那么蒸發(fā)式冷凝器在離心式冷水機(jī)組中的應(yīng)用將成為現(xiàn)實(shí)。將具備先進(jìn)技術(shù)的蒸發(fā)冷凝器運(yùn)用到離心式冷水機(jī)組中勢(shì)必將成為冷水機(jī)組行業(yè)往高能效發(fā)展的一種趨勢(shì)，使得高能效的離心式冷水機(jī)組在國(guó)家及行業(yè)節(jié)能減排中占據(jù)一定的地位和優(yōu)勢(shì)。因此高效的蒸發(fā)式冷凝器在離心式冷水機(jī)組中的相關(guān)應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行研究分析，以對(duì)該領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)突破，最終通過(guò)新技術(shù)的應(yīng)用成功實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗的目的。

1 蒸發(fā)式冷凝器運(yùn)行原理以及具體節(jié)能優(yōu)勢(shì)

作為制冷循環(huán)系統(tǒng)中重要組成設(shè)備之一的冷凝器是系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)熱量傳遞的關(guān)鍵部件，合理地進(jìn)行該設(shè)備的設(shè)計(jì)和選型，可大大地減少能源消耗，提升機(jī)組的運(yùn)行效率。目前行業(yè)中常用的制冷系統(tǒng)中主要有管殼式冷凝器和蒸發(fā)式冷凝器兩種類型。其中管殼式冷凝器主要是通過(guò)列管中冷卻水的潛熱冷凝位于殼程的制冷劑，從而實(shí)現(xiàn)制冷劑的相變過(guò)程，然后由冷卻塔放熱把循環(huán)冷卻水溫降低以實(shí)現(xiàn)固定循環(huán)，在這整個(gè)換熱過(guò)程主要是利用水的顯熱來(lái)實(shí)現(xiàn)熱交換。而蒸發(fā)式冷凝器（如圖1所示）則是以水和空氣作冷卻介質(zhì)，利用水的汽化潛熱帶走汽態(tài)制冷劑的冷凝熱量，工作時(shí)冷卻水由水泵送至冷凝板管組上部噴嘴，均勻地噴淋在冷凝板管外表面，形成一層很薄的水膜，高溫汽態(tài)制冷劑由冷凝板管組上部進(jìn)入，被板管外的冷卻水吸收熱量冷凝成液體從下部流出，吸收熱量的水一部分蒸發(fā)為水蒸汽，其余落在下部集水盤內(nèi)，供水泵循環(huán)使用，風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫空氣以3～5 m/s的速度掠過(guò)冷凝板管促使水膜蒸發(fā)，強(qiáng)化冷凝板管的換熱，并使吸熱后的水滴在下落的過(guò)程中被空氣冷卻，蒸發(fā)的水蒸汽隨空氣被風(fēng)機(jī)排出，未被蒸發(fā)的水滴被擋水板阻擋落回水盤內(nèi)。而水盤中設(shè)浮球閥，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)充冷卻水量，確保系統(tǒng)的高效穩(wěn)定運(yùn)行。

目前蒸發(fā)式冷凝器在小冷量范圍內(nèi)（通常小于165RT）的冷水機(jī)組上已有相應(yīng)運(yùn)用，而主要與之相配的制冷循環(huán)壓縮機(jī)均為渦旋、活塞、螺桿等形式，此類壓縮機(jī)通常流量小、壓比大、無(wú)喘振風(fēng)險(xiǎn)。但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及對(duì)制冷設(shè)備相應(yīng)性能指標(biāo)的要求不斷提高，大冷量的離心式冷水機(jī)組節(jié)能效果將越來(lái)越受到行業(yè)和用戶的重點(diǎn)關(guān)注，因此蒸發(fā)式冷凝作為一種節(jié)能型的冷凝方式將會(huì)是離心式冷水機(jī)組在性能提升道路上的一種較為理想的選擇，將蒸發(fā)式冷凝器成功應(yīng)用于離心式冷水機(jī)組中的研究將是我們行業(yè)發(fā)展的需要。

蒸發(fā)式冷凝器應(yīng)用在離心式冷水機(jī)組上的主要目的在于改善離心式冷水機(jī)組的冷凝條件以及優(yōu)化整個(gè)冷水機(jī)組冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)節(jié)能。目前離心式冷水機(jī)組普遍使用的冷卻設(shè)備主要是傳統(tǒng)的管殼式冷凝器，而傳統(tǒng)的管殼式冷凝器需要冷卻水循環(huán)水泵、冷卻塔、集水槽以及膨脹水箱等組成一套完整的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。將蒸發(fā)式冷凝器應(yīng)用到離心式冷水機(jī)組中后，具有如下的明顯優(yōu)勢(shì)：

（1）蒸發(fā)式冷凝器將冷水機(jī)組冷凝器與冷卻循環(huán)水的冷卻塔集為一體，其冷卻水循環(huán)量將大大減少，對(duì)于水資源較缺乏的區(qū)域具有重要的意義，同時(shí)冷卻水泵流量與揚(yáng)程相對(duì)大大減小，其運(yùn)行功耗相應(yīng)大大降低，整套系統(tǒng)的運(yùn)行將更加高效、節(jié)能；

（2）離心式冷水機(jī)組制冷循環(huán)中冷凝器的傳熱介質(zhì)在蒸發(fā)式冷凝器內(nèi)將一次性完成，不需要通過(guò)殼管式冷凝器再通過(guò)冷卻塔進(jìn)行二次換熱，因此可減少一定的換熱損失，提升系統(tǒng)整體能效，且機(jī)組整體結(jié)構(gòu)更加緊湊，系統(tǒng)布置更加簡(jiǎn)單，更加易于操作和維護(hù)；

（3）蒸發(fā)式冷凝器中冷凝過(guò)程的相應(yīng)性能主要受限于環(huán)境的濕球溫度，而環(huán)境的濕球溫度一般比干球溫度低8～14℃，再加上蒸發(fā)式冷凝器的風(fēng)機(jī)形成的負(fù)壓環(huán)境，因此蒸發(fā)式冷凝器的運(yùn)行冷凝溫度會(huì)低于帶冷卻塔的殼管式水冷冷凝器。降低了離心式冷水機(jī)組的冷凝壓力，相應(yīng)也降低了離心式冷水機(jī)組中離心式制冷壓縮機(jī)的運(yùn)行耗功，以致降低了離心式冷水機(jī)組的整體能耗，從而提高了機(jī)組的制冷效率，對(duì)實(shí)現(xiàn)離心式冷水機(jī)組的高效節(jié)能具有特別重大的意義；

總之，蒸發(fā)式冷凝是集配置有獨(dú)立冷卻塔循環(huán)系統(tǒng)的水冷冷凝器、冷卻塔、冷卻水循環(huán)水泵，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)管道等為一整體，同時(shí)具有節(jié)能、高效、省水、省電等優(yōu)勢(shì)，且同時(shí)具備整套系統(tǒng)簡(jiǎn)單、占地面積小、安裝、維護(hù)方便。

2 蒸發(fā)式冷凝器在離心式冷水機(jī)組中應(yīng)用時(shí)會(huì)受到的制約因素

我國(guó)至上世紀(jì)八十年代起，在化工行業(yè)和食品冷凍、冷藏領(lǐng)域的制冷設(shè)備中也開始采用蒸發(fā)式冷凝器以逐步替代水冷式冷凝器。經(jīng)過(guò)二十幾年來(lái)的應(yīng)用實(shí)踐證明，蒸發(fā)式冷凝器確實(shí)具有明顯的節(jié)能效果，是一種能源節(jié)約型技術(shù)，具有良好的發(fā)展空間和市場(chǎng)前景。但在離心式冷水機(jī)組這類大型制冷設(shè)備中，還沒(méi)有成功應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于技術(shù)先進(jìn)、性能高效的蒸發(fā)冷凝器而言，要將其成功的應(yīng)用到具有大冷量特性的離心式冷水機(jī)組中，其相應(yīng)的設(shè)計(jì)、選型及運(yùn)行會(huì)受到多方面相關(guān)因素的制約。只有正確處理和解決好相應(yīng)的問(wèn)題因素，才能保證離心式冷水機(jī)組以及整個(gè)制冷設(shè)備系統(tǒng)的正常運(yùn)行。總結(jié)起來(lái)，對(duì)于離心式冷水機(jī)組而言，蒸發(fā)式冷凝器的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面的制約因素：

（1）蒸發(fā)式冷凝器之所以節(jié)能，其主要原因之一是具有較高的換熱效率，但是由于水質(zhì)以及該設(shè)備主要安裝在室外運(yùn)行等原因的存在，因此往往會(huì)出現(xiàn)換熱設(shè)備腐蝕、換熱表面結(jié)垢等影響嚴(yán)重影響到蒸發(fā)式冷凝器的換熱性能。而蒸發(fā)式冷凝器的換熱性能一旦降低，其對(duì)應(yīng)的離心式冷水機(jī)組運(yùn)行的冷凝壓力則會(huì)升高，此時(shí)離心式制冷壓縮機(jī)的功耗將明顯增加，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正節(jié)能的目的。不但如此，由于離心式壓縮機(jī)的本質(zhì)特性其在小流量或高壓比的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)喘振的情況，為完全避免離心式壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振損壞機(jī)組，其自動(dòng)控制系統(tǒng)通常采取相應(yīng)的冷凝壓力測(cè)試控制來(lái)保護(hù)離心式壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。正因?yàn)殡x心式壓縮的該特性，所以決定了其只能在喘振的極限壓比及其相應(yīng)的冷凝壓力下運(yùn)行。一旦蒸發(fā)式冷凝器的換熱設(shè)備腐蝕、換熱表面結(jié)垢等導(dǎo)致?lián)Q熱性能下降的時(shí)候，冷凝壓力則會(huì)相應(yīng)升高，而當(dāng)冷凝壓力升高到機(jī)組喘振工況的冷凝壓力時(shí)機(jī)組將自動(dòng)保護(hù)停機(jī)致使機(jī)組無(wú)法運(yùn)行。雖然在運(yùn)行一段時(shí)間后可以對(duì)整個(gè)冷卻循環(huán)系統(tǒng)及蒸發(fā)式冷凝器的對(duì)外換熱側(cè)進(jìn)行清潔維護(hù)，但是隨著使用時(shí)間的逐漸增長(zhǎng)，蒸發(fā)式冷凝器始終存在一定的換熱性能遞減。所以在選擇蒸發(fā)式冷凝器應(yīng)用到離心式冷水機(jī)組中時(shí)，必須考慮換熱器由于腐蝕、結(jié)垢以及使用后的逐年性能遞減等現(xiàn)象導(dǎo)致?lián)Q熱性能降低后的換熱富裕量。從而確保機(jī)組具備一定的適應(yīng)能力及其使用壽命周期，使機(jī)組能夠順利的長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

（2）目前市場(chǎng)上使用的性能較好、運(yùn)行較穩(wěn)定的蒸發(fā)式冷凝器大部分均為國(guó)外研發(fā)設(shè)計(jì)制造的產(chǎn)品，先進(jìn)的蒸發(fā)式冷凝器設(shè)計(jì)、制造技術(shù)受國(guó)外廠商所掌握。同時(shí)國(guó)內(nèi)自主或者合資在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的蒸發(fā)式冷凝器其性能和穩(wěn)定性目前均達(dá)不到國(guó)際市場(chǎng)的同等水平，因此進(jìn)口國(guó)外的高效蒸發(fā)式冷凝器是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的首選。進(jìn)口蒸發(fā)式冷凝器在銷售價(jià)格上的居高不下，對(duì)用戶的一次性投入成本帶來(lái)了巨大的考驗(yàn)，同時(shí)也對(duì)國(guó)內(nèi)蒸發(fā)式冷凝機(jī)組的推廣和銷售市場(chǎng)的發(fā)展形成了一定的制約。怎樣保證高性能、高可靠性、高性價(jià)比的離心式蒸發(fā)冷凝機(jī)組是我們當(dāng)代技術(shù)工作者必須研究以及攻克的難題，為離心式冷水機(jī)組在該領(lǐng)域的高能效發(fā)展提供可靠保障。

3 結(jié)論

（1）蒸發(fā)式冷凝器在離心式冷水機(jī)組中的應(yīng)用，筆者認(rèn)為，該方案是一種高效、節(jié)能的發(fā)展趨勢(shì)，具有一定的技術(shù)發(fā)展空間及市場(chǎng)前景，這是基于整個(gè)冷水機(jī)組行業(yè)往高能效趨勢(shì)發(fā)展所得出的合理結(jié)論。

（2）將蒸發(fā)式冷凝器成功運(yùn)用到離心式冷水機(jī)組中后，該機(jī)組省去了傳統(tǒng)式管殼冷凝器、冷卻塔以及龐大的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，同時(shí)具有節(jié)能、高效、省水、省電等優(yōu)勢(shì)，且整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、占地面積小、安裝、維護(hù)方便。

（3）將蒸發(fā)式冷凝器應(yīng)用到離心式冷水機(jī)組中，受離心式冷水機(jī)組中的離心式制冷壓縮機(jī)的特性（喘振）限制，其在制冷循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮一定的換熱富裕量，以及明確在使用過(guò)程中定期清潔維護(hù)等具體要求。

[1]余江海，陸震，范林．蒸發(fā)式冷凝器應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題探討．制冷技術(shù)，2001（2）：33－36．

[2]洪廣昌，林濤．蒸發(fā)式冷凝器在工業(yè)制冷機(jī)組上的選型和應(yīng)用．化工與生產(chǎn)技術(shù)，2008（15）（3）：62－64.

[3]李軍．蒸發(fā)式冷凝器的應(yīng)用分析．制冷與空調(diào)．2006（6）：33－35．

[4]廣州華德弈歌蒸發(fā)式冷凝器樣本及宣傳資料．

The Application of Evaporative Condenser in Centrifugal Chiller

DENG Ji-ge，CHEN lei
（Chongqing Bureau of Offshore Loading，Chongqing 400042，China）

Evaporative condenser was introduced in the application of the principle of centrifugal chiller，analyzed the evaporative condenser used in centrifugal chiller the corresponding advantages，as well as to the application of the corresponding problem is analyzed，the factors influencing the heat transfer performance of evaporative condenser，factors according to the above advantages and problems of evaporative condenser used in centrifugal chiller research train of thought and ideas，to achieve high efficiency and energy saving of centrifugal chiller.

evaporative condenser；refrigeration；centrifugal water chillers；application research；high efficiency and energy saving

TK264.1

A < class="emphasis_bold">文章編號(hào)：1

1672-545X（2017）05-0303-03

2017-02-14

鄧吉鴿（1977-），男，重慶渝北人，碩士研究生，工程師，研究方向機(jī)械。