蒸發式冷凝器在離心式冷水機組中的應用研究

鄧吉鴿，陳磊

（海裝重慶局，重慶400042）

蒸發式冷凝器在離心式冷水機組中的應用研究

鄧吉鴿，陳磊

（海裝重慶局，重慶400042）

介紹了蒸發式冷凝器在離心式冷水機組中的應用原理，分析了蒸發式冷凝器應用于離心式冷水機組中的相應優勢，以及應用中可能存在的相應問題，即影響蒸發式冷凝器傳熱性能的幾個制約因素。針對以上優勢和問題因素提出蒸發式冷凝器在離心式冷水機組中應用的相關研究思路和設想，實現離心式冷水機組的高效節能。

蒸發式冷凝器；制冷；離心式冷水機組；高效節能

節能減排是我國在“十二五”計劃中主要的發展方向，制冷設備作為國家能源消費的大戶，在我國節能減排事業中肩負著不可推卸的責任。以節能減排為目標導向，積極推進制冷設備行業的技術升級與創新發展，對全面完成國家的節能減排約束性政策和任務目標具有重要的價值和意義。

為提高制冷設備產品的能效以及努力實現節能運行的目的，制冷空調行業迫切的需要不斷發展創新和應用各種新型節能技術，比如高效率壓縮機技術、高效換熱技術、蒸發式冷凝等先進技術。其中蒸發式冷凝器，作為一種節能設備，近年來在國內外得到廣泛應用，由此也帶動了蒸發式冷凝器生產廠家的蓬勃發展。據不完全統計，國內已有蒸發式冷凝器生產廠家30多家，每年的產值在10億元人民幣左右。

目前世界上許多廠商已將蒸發式冷凝器運用到小冷量的冷水機組中，如活塞式冷水機組、螺桿式冷水機組以及渦旋式冷水機組等。就小冷量冷水機組而言，其單臺機組制冷量較小，相應的冷凝負荷也較小，因此所需蒸發式冷凝器的換熱面積相對也較小。而在離心式冷水機組的應用中，由于離心式冷水機組的制冷量一般較大，通常在300 RT以上，因此需要的蒸發式冷凝器也較大，但只要正確設計好蒸發式冷凝器與整個制冷系統之間的相互適應匹配，那么蒸發式冷凝器在離心式冷水機組中的應用將成為現實。將具備先進技術的蒸發冷凝器運用到離心式冷水機組中勢必將成為冷水機組行業往高能效發展的一種趨勢，使得高能效的離心式冷水機組在國家及行業節能減排中占據一定的地位和優勢。因此高效的蒸發式冷凝器在離心式冷水機組中的相關應用技術問題進行研究分析，以對該領域的相關應用技術進行重點突破，最終通過新技術的應用成功實現節能減耗的目的。

1 蒸發式冷凝器運行原理以及具體節能優勢

作為制冷循環系統中重要組成設備之一的冷凝器是系統中實現熱量傳遞的關鍵部件，合理地進行該設備的設計和選型，可大大地減少能源消耗，提升機組的運行效率。目前行業中常用的制冷系統中主要有管殼式冷凝器和蒸發式冷凝器兩種類型。其中管殼式冷凝器主要是通過列管中冷卻水的潛熱冷凝位于殼程的制冷劑，從而實現制冷劑的相變過程，然后由冷卻塔放熱把循環冷卻水溫降低以實現固定循環，在這整個換熱過程主要是利用水的顯熱來實現熱交換。而蒸發式冷凝器（如圖1所示）則是以水和空氣作冷卻介質，利用水的汽化潛熱帶走汽態制冷劑的冷凝熱量，工作時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，高溫汽態制冷劑由冷凝板管組上部進入，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為水蒸汽，其余落在下部集水盤內，供水泵循環使用，風機強迫空氣以3～5 m/s的速度掠過冷凝板管促使水膜蒸發，強化冷凝板管的換熱，并使吸熱后的水滴在下落的過程中被空氣冷卻，蒸發的水蒸汽隨空氣被風機排出，未被蒸發的水滴被擋水板阻擋落回水盤內。而水盤中設浮球閥，可實現自動補充冷卻水量，確保系統的高效穩定運行。

目前蒸發式冷凝器在小冷量范圍內（通常小于165RT）的冷水機組上已有相應運用，而主要與之相配的制冷循環壓縮機均為渦旋、活塞、螺桿等形式，此類壓縮機通常流量小、壓比大、無喘振風險。但隨著科學技術的不斷發展以及對制冷設備相應性能指標的要求不斷提高，大冷量的離心式冷水機組節能效果將越來越受到行業和用戶的重點關注，因此蒸發式冷凝作為一種節能型的冷凝方式將會是離心式冷水機組在性能提升道路上的一種較為理想的選擇，將蒸發式冷凝器成功應用于離心式冷水機組中的研究將是我們行業發展的需要。

蒸發式冷凝器應用在離心式冷水機組上的主要目的在于改善離心式冷水機組的冷凝條件以及優化整個冷水機組冷卻系統的系統節能。目前離心式冷水機組普遍使用的冷卻設備主要是傳統的管殼式冷凝器，而傳統的管殼式冷凝器需要冷卻水循環水泵、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系統。將蒸發式冷凝器應用到離心式冷水機組中后，具有如下的明顯優勢：

（1）蒸發式冷凝器將冷水機組冷凝器與冷卻循環水的冷卻塔集為一體，其冷卻水循環量將大大減少，對于水資源較缺乏的區域具有重要的意義，同時冷卻水泵流量與揚程相對大大減小，其運行功耗相應大大降低，整套系統的運行將更加高效、節能；

（2）離心式冷水機組制冷循環中冷凝器的傳熱介質在蒸發式冷凝器內將一次性完成，不需要通過殼管式冷凝器再通過冷卻塔進行二次換熱，因此可減少一定的換熱損失，提升系統整體能效，且機組整體結構更加緊湊，系統布置更加簡單，更加易于操作和維護；

（3）蒸發式冷凝器中冷凝過程的相應性能主要受限于環境的濕球溫度，而環境的濕球溫度一般比干球溫度低8～14℃，再加上蒸發式冷凝器的風機形成的負壓環境，因此蒸發式冷凝器的運行冷凝溫度會低于帶冷卻塔的殼管式水冷冷凝器。降低了離心式冷水機組的冷凝壓力，相應也降低了離心式冷水機組中離心式制冷壓縮機的運行耗功，以致降低了離心式冷水機組的整體能耗，從而提高了機組的制冷效率，對實現離心式冷水機組的高效節能具有特別重大的意義；

總之，蒸發式冷凝是集配置有獨立冷卻塔循環系統的水冷冷凝器、冷卻塔、冷卻水循環水泵，冷卻水循環系統管道等為一整體，同時具有節能、高效、省水、省電等優勢，且同時具備整套系統簡單、占地面積小、安裝、維護方便。

2 蒸發式冷凝器在離心式冷水機組中應用時會受到的制約因素

我國至上世紀八十年代起，在化工行業和食品冷凍、冷藏領域的制冷設備中也開始采用蒸發式冷凝器以逐步替代水冷式冷凝器。經過二十幾年來的應用實踐證明，蒸發式冷凝器確實具有明顯的節能效果，是一種能源節約型技術，具有良好的發展空間和市場前景。但在離心式冷水機組這類大型制冷設備中，還沒有成功應用的相關技術和經驗。對于技術先進、性能高效的蒸發冷凝器而言，要將其成功的應用到具有大冷量特性的離心式冷水機組中，其相應的設計、選型及運行會受到多方面相關因素的制約。只有正確處理和解決好相應的問題因素，才能保證離心式冷水機組以及整個制冷設備系統的正常運行。總結起來，對于離心式冷水機組而言，蒸發式冷凝器的應用主要體現在以下幾方面的制約因素：

（1）蒸發式冷凝器之所以節能，其主要原因之一是具有較高的換熱效率，但是由于水質以及該設備主要安裝在室外運行等原因的存在，因此往往會出現換熱設備腐蝕、換熱表面結垢等影響嚴重影響到蒸發式冷凝器的換熱性能。而蒸發式冷凝器的換熱性能一旦降低，其對應的離心式冷水機組運行的冷凝壓力則會升高，此時離心式制冷壓縮機的功耗將明顯增加，從而無法實現真正節能的目的。不但如此，由于離心式壓縮機的本質特性其在小流量或高壓比的時候會出現喘振的情況，為完全避免離心式壓縮機出現喘振損壞機組，其自動控制系統通常采取相應的冷凝壓力測試控制來保護離心式壓縮機的正常運行。正因為離心式壓縮的該特性，所以決定了其只能在喘振的極限壓比及其相應的冷凝壓力下運行。一旦蒸發式冷凝器的換熱設備腐蝕、換熱表面結垢等導致換熱性能下降的時候，冷凝壓力則會相應升高，而當冷凝壓力升高到機組喘振工況的冷凝壓力時機組將自動保護停機致使機組無法運行。雖然在運行一段時間后可以對整個冷卻循環系統及蒸發式冷凝器的對外換熱側進行清潔維護，但是隨著使用時間的逐漸增長，蒸發式冷凝器始終存在一定的換熱性能遞減。所以在選擇蒸發式冷凝器應用到離心式冷水機組中時，必須考慮換熱器由于腐蝕、結垢以及使用后的逐年性能遞減等現象導致換熱性能降低后的換熱富裕量。從而確保機組具備一定的適應能力及其使用壽命周期，使機組能夠順利的長期安全、穩定的運行。

（2）目前市場上使用的性能較好、運行較穩定的蒸發式冷凝器大部分均為國外研發設計制造的產品，先進的蒸發式冷凝器設計、制造技術受國外廠商所掌握。同時國內自主或者合資在國內生產的蒸發式冷凝器其性能和穩定性目前均達不到國際市場的同等水平，因此進口國外的高效蒸發式冷凝器是目前國內市場的首選。進口蒸發式冷凝器在銷售價格上的居高不下，對用戶的一次性投入成本帶來了巨大的考驗，同時也對國內蒸發式冷凝機組的推廣和銷售市場的發展形成了一定的制約。怎樣保證高性能、高可靠性、高性價比的離心式蒸發冷凝機組是我們當代技術工作者必須研究以及攻克的難題，為離心式冷水機組在該領域的高能效發展提供可靠保障。

3 結論

（1）蒸發式冷凝器在離心式冷水機組中的應用，筆者認為，該方案是一種高效、節能的發展趨勢，具有一定的技術發展空間及市場前景，這是基于整個冷水機組行業往高能效趨勢發展所得出的合理結論。

（2）將蒸發式冷凝器成功運用到離心式冷水機組中后，該機組省去了傳統式管殼冷凝器、冷卻塔以及龐大的冷卻水循環系統，同時具有節能、高效、省水、省電等優勢，且整個系統簡單、占地面積小、安裝、維護方便。

（3）將蒸發式冷凝器應用到離心式冷水機組中，受離心式冷水機組中的離心式制冷壓縮機的特性（喘振）限制，其在制冷循環系統設計必須考慮一定的換熱富裕量，以及明確在使用過程中定期清潔維護等具體要求。

[1]余江海，陸震，范林．蒸發式冷凝器應用現狀及存在問題探討．制冷技術，2001（2）：33－36．

[2]洪廣昌，林濤．蒸發式冷凝器在工業制冷機組上的選型和應用．化工與生產技術，2008（15）（3）：62－64.

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

[4]廣州華德弈歌蒸發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：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，研究方向機械。