溴化鋰制冷機(jī)改電動(dòng)式制冷機(jī)

季 波

（萬華化學(xué)（寧波）氯堿有限公司，浙江 寧波 315000）

1 蒸汽溴化鋰制冷與電動(dòng)式制冷機(jī)簡(jiǎn)介

（1）蒸汽溴冷機(jī)采用溴化鋰溶液作吸收劑，水作為制冷劑，借助于蒸汽的熱量作為動(dòng)力在高壓發(fā)生器、低壓發(fā)生器、冷凝器、吸收器、蒸發(fā)器之間使溴化鋰溶液不斷發(fā)生吸收與釋放水蒸氣的化學(xué)過程，從而達(dá)到熱量遷移，產(chǎn)生冷凍水的目的。蒸汽溴冷機(jī)所有的熱量轉(zhuǎn)移的過程都是依靠大溫差傳熱，不可逆?zhèn)鳠釗p失占了溴冷機(jī)能源總值的絕大部分，因此蒸汽溴冷機(jī)的制冷效率COP值僅1．0左右。

（2）電動(dòng)式制冷機(jī)依靠近年來不斷發(fā)展的先進(jìn)技術(shù)，從材料到加工技術(shù)都取得了質(zhì)的飛躍，壓縮機(jī)壓縮作功，冷媒在蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)等溫相變，達(dá)到能量轉(zhuǎn)移的目的，傳熱溫差小，不可逆損失小，深受制冷空調(diào)領(lǐng)域的青睞。目前，直接采用終端電能作能源的電動(dòng)式冷水機(jī)組的市場(chǎng)占有率已超過80%。電動(dòng)螺桿式和離心式冷水機(jī)組的平均能效值高達(dá)5．3以上，是蒸汽溴冷機(jī)的5倍多。

（3）針對(duì)以上分析，結(jié)合公司目前現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)已使用較長時(shí)間、維護(hù)費(fèi)用較高、運(yùn)行費(fèi)用偏高，已無法滿足安全生產(chǎn)及節(jié)能降耗，以及公司低成本戰(zhàn)略的要求，萬華化學(xué)（寧波）氯堿有限公司，對(duì)現(xiàn)有4臺(tái)大連三洋溴化鋰制冷冷水機(jī)組進(jìn)行改造。

2 主要技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)

（1）目前的4臺(tái)溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組主要數(shù)據(jù)

單臺(tái)制冷量：1 745 kW；

蒸汽消耗量：2 051 kg/h；

蒸汽入口壓力：0．8 MPa；

冷卻循環(huán)水流量：453 m3/h；

冷卻水進(jìn)出口溫度：32～37℃；

耗電量：6 kW（溶液泵及真空泵等）。

（2）擬選用的電動(dòng)式制冷機(jī)組主要數(shù)據(jù)

制冷量：1 915 kW；

輸入功率：337 kW；

冷卻循環(huán)水流量：387 m3/h；

折算成1 745 kW制冷量情況下，耗電量為307 kW，冷卻循環(huán)水需求流量為353 m3/h。

3 運(yùn)行能耗費(fèi)用分析及投資回報(bào)周期

（1）能源價(jià)格及運(yùn)行時(shí)間情況

蒸汽價(jià)格：220 元/t；

年運(yùn)行時(shí)間：8 000 h；

電費(fèi)：0．7元/kW·h計(jì)算。

（2）每臺(tái)溴化鋰機(jī)組的年運(yùn)行費(fèi)用

蒸汽費(fèi)用：2．051 t/h×8 000 h/a×220 元/t

=3 609 760．00（元/a）

運(yùn)行電費(fèi)：6 kW×8 000 h/a×0．7 元/kW·h

=33 600．00（元/a）

上述兩項(xiàng)合計(jì)：3 609 760+33 600

=3 643 360 元/年≈364（萬/a）

（3）每臺(tái)電動(dòng)式制冷機(jī)組的年運(yùn)行費(fèi)用

運(yùn)行電費(fèi)：307 kW×8 000 h/a×0．7 元/kW·h=1 719 200．00 元≈172（萬/a）。（注：因?yàn)殡妱?dòng)式制冷機(jī)組不需要蒸汽，所以運(yùn)行電費(fèi)即為全年能耗費(fèi)用）

根據(jù)上述計(jì)算，每臺(tái)電動(dòng)式制冷機(jī)組可在運(yùn)行能耗上節(jié)約192萬/a（364萬～172萬）。

若電制冷機(jī)組單臺(tái)造價(jià)為130萬元，則由溴化鋰機(jī)組改為電動(dòng)式制冷機(jī)組的回報(bào)周期為130/192=0．677，即半年多即可收回設(shè)備投資。

4 制冷劑的環(huán)保特性

蒸汽溴冷機(jī)以溴化鋰溶液和水作為吸收劑和制冷劑，溴化鋰溶液易腐蝕銅管、鋼管，通常需加入鉻酸鋰緩蝕劑，但溫度過高或時(shí)間過長時(shí)會(huì)失效，鉻酸鋰量過多時(shí)會(huì)出現(xiàn)沉淀，而過少時(shí)會(huì)產(chǎn)生腐蝕，嚴(yán)重影響機(jī)組可靠性，而且這種劇毒物操作不當(dāng)嚴(yán)重影響人身安全。

溴冷機(jī)以溴化鋰溶液和水作為吸收劑和制冷劑，不含氯原子，ODP=0，但直燃溴冷機(jī)排放的CO2、SO2含量遠(yuǎn)高于電動(dòng)式冷水機(jī)組，對(duì)環(huán)境污染很大，而且直接排放到大氣中的煙氣溫度高達(dá)230℃，由余熱造成的直接溫室效應(yīng)遠(yuǎn)高于電動(dòng)式冷水機(jī)組。另一方面，溴冷機(jī)的能效遠(yuǎn)低于電制冷機(jī)組，消耗的一次能源造成的間接溫室效應(yīng)更是顯著，總的當(dāng)量溫室效應(yīng)TEWI=11 170×104，是電動(dòng)冷水機(jī)組的10倍左右。

5 運(yùn)行可靠性

蒸汽溴冷機(jī)因存在下列幾個(gè)方面的原因大大影響了其可靠性，冷量衰減極其嚴(yán)重。

（1）溴化鋰結(jié)晶的影響

溴冷機(jī)的高壓發(fā)生器與熱交換器內(nèi)溶液溫度較高，操作稍有不當(dāng)，或熱源輕微波動(dòng)，極易導(dǎo)致溴化鋰溶液結(jié)晶，堵塞噴咀，造成冷量衰減，嚴(yán)重時(shí)無法正常運(yùn)行，溴冷機(jī)通常運(yùn)行兩三年后冷量衰減達(dá)20%以上。溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組生產(chǎn)廠家的新機(jī)組冷量裕量往往達(dá)20%以上，在使用的前2年基本能保證空調(diào)工程的正常使用，但溴化鋰?yán)渌畽C(jī)組很少有使用5年以上的用戶實(shí)例供客戶參觀考察。

（2）制冷劑污染的影響

溴化鋰溶液很容易進(jìn)入蒸發(fā)器和冷凝器的冷劑水，造成冷量衰減，嚴(yán)懲時(shí)導(dǎo)致兩器的液位下降，溶液泵不能正常工作。

（3）噴淋管易堵塞，造成冷量嚴(yán)重衰減

水作為制冷劑，在蒸發(fā)器中蒸發(fā)成水蒸氣，水中含有的其他離子（Ca2+，Mg2+，Na+，Cl－，SO2+）仍遺留在系統(tǒng)中，易循環(huán)堵塞噴淋管致使冷量嚴(yán)重衰減，嚴(yán)重時(shí)致使機(jī)組無法正常運(yùn)行。

（4）溴冷機(jī)整機(jī)內(nèi)部呈真空或高度真空狀態(tài)，室外空氣極易滲入，機(jī)內(nèi)不凝性氣體含量達(dá)到10%時(shí)，會(huì)使機(jī)組無法正常運(yùn)行。

（5）溴冷機(jī)內(nèi)各部件間的密封隔離材料長期處于氣流的沖擊下，易老化失效，需定期更換，通常周期不超過一年且易造成故障。

（6）電動(dòng)式冷水機(jī)組采用經(jīng)過一百多年實(shí)踐考核的壓縮式工作原理，從選材到工藝都確保電動(dòng)式冷水機(jī)組設(shè)計(jì)保用壽命能達(dá)到20～25年。紐約世界貿(mào)易中心選用離心式冷水機(jī)組，自1969年投入使用，直到2001年9月遭恐怖分子襲擊，整座大樓癱瘓。此期間32年一直運(yùn)轉(zhuǎn)正常，是電動(dòng)式冷水機(jī)組運(yùn)行可靠性的鐵證，美國海軍潛艇、航空母艦、國會(huì)大廈、上海浦東機(jī)場(chǎng)、中央人民電視臺(tái)、G20主會(huì)場(chǎng)－－奧體博覽中心等用戶都選用了電動(dòng)式冷水機(jī)組，為電動(dòng)式冷水機(jī)組的可靠性作出了鐵的證明。

6 負(fù)荷調(diào)節(jié)能力

（1）蒸汽溴冷機(jī)通過調(diào)節(jié)蒸汽用量，減少熱輸入，從而降低機(jī)組輸出冷量。整個(gè)負(fù)荷調(diào)節(jié)過程是溫差傳熱、熱傳遞的過程，傳熱的滯后特性決定了蒸汽溴冷機(jī)的部分負(fù)荷調(diào)節(jié)性能差，綜合性能僅優(yōu)于滿負(fù)荷性能10%左右，而且負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍窄，部分廠家最佳承諾為25%～100%，通常負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍限于30%～100%。

（2）電動(dòng)螺桿式冷水機(jī)組采用滑閥，電動(dòng)離心式冷水機(jī)組采用導(dǎo)葉直接調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的吸入量，調(diào)節(jié)機(jī)組的輸出冷量，響應(yīng)快速，部分負(fù)荷綜合性能優(yōu)于滿負(fù)荷性能達(dá)20%～30%以上，部分負(fù)荷綜合性能更是達(dá)到蒸汽溴冷機(jī)的7倍以上，螺桿式冷水機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍，在10%～100%范圍內(nèi)無級(jí)調(diào)節(jié)。

7 使用壽命

（1）蒸汽溴冷機(jī)采用90/10銅鎳管作換熱器傳熱管，設(shè)計(jì)使用壽命10年左右，國產(chǎn)機(jī)采用95/5銅鎳管等作換熱器傳熱管，甚至采用銅管作換熱器傳熱管，設(shè)計(jì)使用壽命八年左右，當(dāng)今市場(chǎng)上從沒有一臺(tái)蒸汽溴冷機(jī)使用年限超過10年，通常使用5～7年后，因冷量衰減已不能滿足使用要求而換成電動(dòng)式冷水機(jī)組。目前，國產(chǎn)溴冷機(jī)從沒有使用超過5年的用戶實(shí)例供參觀考察，如成都石油管理局使用4年后，冷量衰減超過60%，成都電信局使用4年后已換成電動(dòng)式冷水機(jī)組。

（2）電動(dòng)式冷水機(jī)組設(shè)計(jì)使用壽命25年，實(shí)際使用壽命大部分機(jī)組超過30年，如紐約世界貿(mào)易中心運(yùn)行32年，二十世紀(jì)三十年代出售的螺桿式冷水機(jī)組21世紀(jì)仍然服務(wù)于武漢百威啤酒廠，使用壽命達(dá)70年，北京香山飯店使用約克離心式冷水機(jī)組18年后第一次檢修，使用壽命三十多年，岷山飯店、杭州香格里拉均是八十年代購買電動(dòng)式冷水機(jī)組，運(yùn)行近三十年，且運(yùn)行狀況良好。至于使用已超過10年的電制冷機(jī)更是極為普遍。

8 機(jī)組維護(hù)

（1）機(jī)組維護(hù)人員須隨時(shí)檢查蒸汽溴冷機(jī)溶液泵、真空泵、電氣系統(tǒng)的情況以避免發(fā)生重大事故，因?yàn)槿绻霈F(xiàn)電力故障，風(fēng)機(jī)、泵停用，極易導(dǎo)致溴化鋰溶液結(jié)晶，造成機(jī)組故障。個(gè)別廠家宣傳無人機(jī)房是不負(fù)責(zé)任的盲目宣傳，眾所周知，溴冷機(jī)的維護(hù)管理費(fèi)用高達(dá)電動(dòng)式冷水機(jī)組的兩三倍。

（2）電動(dòng)式冷水機(jī)組由電能驅(qū)動(dòng)，即使出現(xiàn)電源系統(tǒng)故障，機(jī)組會(huì)自動(dòng)平穩(wěn)地停機(jī)，不存在危險(xiǎn)因素，電動(dòng)式冷水機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，因此電制冷機(jī)易實(shí)現(xiàn)無人機(jī)房，由冷水機(jī)組廠家協(xié)助監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行，大大降低維護(hù)管理費(fèi)用。

9 結(jié)語

通過以上幾方面分析，2014年2月開始，公司陸續(xù)對(duì)4臺(tái)溴化鋰制冷機(jī)組進(jìn)行了改造，改造為電制冷機(jī)組進(jìn)行制冷，改造后機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠，機(jī)組運(yùn)行至今，從未發(fā)生任何設(shè)備故障，降低公司對(duì)蒸汽的消耗，節(jié)約了大量蒸汽，提高了換熱效率，運(yùn)行費(fèi)用明顯減少，大大降低了生產(chǎn)成本，達(dá)到節(jié)能、降耗的目的。同時(shí)，也為同行業(yè)制冷技術(shù)改造提供了理論參考依據(jù)。