制冷空调技术中天然气的应用

天然气储量丰富, 是一种清洁、高效的燃料。以其为制冷空调的能源驱动制冷空调设备的运行, 不但具有节能、环保的优势, 还可以起到天然气调峰及电力削峰填谷等作用。天然气是一种清洁优质的燃料, 且储量丰富, 已逐渐成为继煤炭和石油之后的世界第三大常规能源。以天然气为燃料产生动力驱动的制冷空调机组, 可以提高一次能源利用率, 节约大量的能量;以天然气为燃料, 通过燃烧热驱动的制冷空调机组, 不使用氟里昂类制冷剂, 不存在泄漏造成臭氧层的破坏问题。因而, 以天然气为能源的制冷空调具有广阔的市场前景和发展潜力。

通常, 以天然气作能源的制冷空调方式有以下三种:内燃机或燃气轮机驱动的压缩式制冷空调系统、蒸汽吸收式直燃吸收式制冷空调系统及再生式除湿空调系统。

1 以天然气为能源的动力驱动压缩式翩冷空调系统

目前, 大多数压缩式制冷空调系统都是采用电力驱动的, 这就使电力供应面临严峻的考验。随着人们节能与环保意识的不断增强以及天然气工业的迅速发展, 以天然气为能源的内燃机或燃气轮机驱动的压缩式制冷空调系统在制冷空调工业中的比重越来越大。该种系统不但具有节能、减少电力投资的优点, 还具有延长压缩机使用寿命, 提高能源利用率的优势。

1.1 内燃机驱动的压缩式制冷

内燃机驱动的压缩式制冷空调系统是以天然气为燃料, 通过内燃机进行动力输出, 从而驱动制冷压缩机运转的制冷方式, 可以是往复式、螺杆式或离心式机组。

天然气内燃机可以方便的通过调节转速来调整机组的制冷量, 因而在部分负荷下, 机组容易保持较高的效率, 同时压缩机不必长时间处于高速运转状态, 有利于延长压缩机的使用寿命。此外, 内燃机夹套及排气温度较高, 可以充分回收这部分热量, 提供生活热水或蒸汽, 从而大大提高能源的利用率, 热效率通常可以达到80%

1.2 燃气轮机驱动的压缩机

燃气轮机驱动式冷水机组与机械制冷机组相似, 适用于具有较大制冷能力的螺杆式、离心式等机组。通常, 螺杆式机组的COP可到达0.8~1.9, 有热回收装置的离心式机组的COP可达2.3。燃气轮机的效率不及内燃机, 但具有较高的排气温度, 在驱动制冷压缩机的同时, 可进行废热回收, 用于发生蒸汽、供应热水或用于驱动除湿冷却式空调机等, 这样可以大大提高天然气的一次能源利用率, 从而提高天然气的整个能量利用率。

2 以天然气为能源的热能驱动吸收式制冷空调系统

吸收式制冷是一种以“热化学压缩机”为特点的制冷循环。燃气吸收式制冷系统一般为氨一水系统, 水一溴化锂系统。其特点是系统中无机械运动部件, 无机械磨损, 有利于延长机组使用寿命、降低噪声污染。天然气较高的燃烧品质, 有利于提高制冷循环势力系数, 减少能耗, 减小冷热水机组的结构。通常, 直燃式Li—Br双效吸收式制冷机组COP值可分达到1.1~1.2, 而三效机组的COP值可达1.65左右。此外, 天然气吸收式制冷空调机组不使用氟里昂类制冷剂, 因而就不存在制冷剂泄漏造成臭氧层破坏这一问题。以天然气为燃料的吸收式制冷空调系统根据发生器中使用的不同热源可分为蒸气 (热水) 机和直燃机两种。

2.1 蒸气 (热水) 吸收式制冷空调系统

蒸汽 (热水) 型吸收式制冷空调机组是一种较为普通的天然气吸收式制冷供热机组, 且目前技术较为成熟。是以燃气锅炉产生的蒸汽 (热水) 加热发生器中的二元混合工质, 使制冷剂迅速蒸发。该制冷方式可以实现一机多用, 夏季供冷、冬季采暖以及全年提供生活用热水, 有利于能源的合理利用, 广泛地用于大型建筑物或中小型区域供冷供热工程。

2.2 直燃吸收式制冷空调系统

直燃吸收式冷水机组是以燃气产生的高温烟气为热源的吸收式制冷供热机组。该种机组具有天然气燃烧完全, 燃烧效率高, 传热损失小, 污染小, 体积小使用范围广等特点, 既可用于夏季供冷、冬季供热又可全年供应生活热水。我国第一台燃油直燃型溴化锂吸收式机组于1995年在上海诞生。随着该项技术的不断完善, 近几年取得了快速的发展, 直燃机组的数量在不断上升, 目前在我国已经初具规模。大型直燃机生产技术也基本成熟, 其制冷量最高达到了2.5×107k J。随着天然气资源的不断开发利用及“西气东输”工程的实施, 天然气将走进千家万户。

3 以天然气为能源的再生式除湿空调系统

再生式除湿空调系统是一种通过向再生空气加热器液体再生器提供热能实现制冷的空调设备。该空调系统将热、湿负荷分开处理, 既有利于提高制冷机的工作效率, 又可以减小制冷装置的容量, 降低导管尺寸, 节省初投资;还可有效消除冷却器盘管表面的冷凝水, 保持冷却器和冷流导管的干燥, 防止因凝水产生的细菌滋生, 达到提高室内空气品质, 抑制装置的腐蚀和建筑材料的朽损。目前, 在需要低露点的场所及潜热负荷较大的地区, 再生式除湿空调系统正得到越来越多的应用。

利用天然气燃烧向再生空气加热器或液体再生器供热, 以实现吸附材料实现再生, 从而驱动空调系统正常运行, 具有节能环保的优势。根据吸附材料的不同, 可分为固体吸附除湿空调系统和液体吸附除湿空调系统两种。

3.1 固体吸附除湿空调

固体材料常见的有硅胶、活性炭、匪石 (分子筛) 、氧化铝凝胶、氯化锂晶体及一些高分子材料等。将氯化锂、硅胶等因体干燥剂担持在蜂窝状的旋转轮上。湿空气通过干燥剂旋转轮, 水分被干燥剂吸附 (收) , 放出吸附热, 温度升高的干燥空气进入旋转式换热器冷却, 再经蒸发冷却器进一步冷却, 送入预定空间。由空间返回的空气经旋转式换热器预热后, 被天然气热源进一步加热, 然后进入干燥剂旋转轮, 使干燥剂再生。该系统是一种较为经济的空调系统, 对于需要大量新风的空词系统不失为一种很好的选择。

3.2 液体吸附除湿空调

液体吸湿材料包括溴化锂溶液、氯化锂溶液、氯化钙溶液及乙二醇、三甘醇等。该系统通过集中的热源 (天然气) 产生一定浓度的溴化锂溶液通过管路输送到每户的蒸发冷却装置, 通过该装置产生含湿量很小的干燥空气。干燥空气用冷水喷淋后, 空气含湿量升高, 温度降低, 一部分作为冷源通过室内盘管来降低室内空气温度, 另外一部分作为新鲜空气直接进入室内调节室内空气湿度。

液体除湿空调充分利用了城市天然气资源, 除了具有无污染、能耗低等特点外。还具有溶液可以杀菌、吸尘, 提高室内空气品质, 有益于人们身体健康;方便地实现蓄能, 单位质量蓄冷能力为冰的蓄冷能力的60%, 且元需保温措施等优点。因而, 液体除湿空调系统在高湿地区的小区供冷具有明显的发展优势。

4 结语

随着能源结构的调整, 作为三大能源支柱之一的天然气在生产生活中的应用越来越广泛。以天然气为能源的制冷空调系统具有一次能源利用率高、环境友好、供气调峰及电力削峰填谷等优势。各种以天然气为能源的制冷空调设备的开发利用, 对于能源的合理利用以及环境保护具有重要意义。对制冷空调工业的可持续发展将产生重大的影响。

摘要：本文具体论述了天然气在制冷空调中的各种应用方式, 并对各自的技术特点进行了分析。

关键词：天然气,制冷空调,热能