CN109631379B - 一种500/600kw-5000/6000kw冷热联供装置 - Google Patents

一种500/600kw-5000/6000kw冷热联供装置 Download PDF

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Abstract

一种500/600KW‑5000/6000KW冷热联供装置，包括：压缩机组，所述压缩机组内部并联有至少八组CO2压缩机；回热器，所述回热器包括第一回热管与第二回热管，所述第一回热管端头连接在所述压缩机组的输入管道上，气冷器，其一端连接在所述压缩机组的输出管道上；所述气冷器另一端通过管道连接回热器的第二回热管一端，蒸发器，所述蒸发器一端通过回流管道连接回热器的第二回热管另一端，所述蒸发器另一端通过连接管连接回热器的第一回热管另一端；DCS控制柜，所述DCS控制柜的输入端分别电性连接第一压力传感器、第二传感器、以及压缩机组中的每组压缩机，所述DCS控制柜的控制输出端分别连接压缩机组中的每组CO2压缩机。

Description

一种500/600KW-5000/6000KW冷热联供装置
技术领域
本发明涉及能源设备领域，具体涉及一种500/600KW-5000/6000KW冷热联供装置。
背景技术
现在技术只能解决制冷或制热单方面的问题，市场上制冷设备，氟利昂作为冷媒的设备，无法实现快速一次性大温差降温，降温幅度只有5～8度。市场上用二氧化碳作为冷媒的设备，功率最大在100KW以内，单位时间制冷量偏低，无法满足大型制冷需求。
市场上制热设备，氟利昂作为冷媒的设备，最高制热温度只能做到55度。市场上用二氧化碳作为冷媒的设备，功率最大在100KW以内，单位时间制热量偏低，无法满足大型制热需求。
目前市场制冷或者制热设备均是采用小功率热泵，压缩机数量正常为一到两台，温度调节范围小，调节精准度低。
发明内容
本发明所要克服的是现在技术只能单一的解决制冷或制热，不能同时实现冷热联供，且温度调节范围小，调节精准度低的问题，目的是提供一种500/600KW-5000/6000KW冷热联供装置。
一种500/600KW-5000/6000KW冷热联供装置，包括：
压缩机组，所述压缩机组内部并联有至少八组CO2压缩机；所述压缩机组的输出管道内部安装有第一压力传感器，所述压缩机组的输入管道内部安装有第二压力传感器；
回热器，所述回热器包括第一回热管与第二回热管，所述第一回热管端头连接在所述压缩机组的输入管道上，
气冷器，其一端连接在所述压缩机组的输出管道上；所述气冷器另一端通过管道连接回热器的第二回热管一端，
蒸发器，所述蒸发器一端通过回流管道连接回热器的第二回热管另一端，所述蒸发器另一端通过连接管连接回热器的第一回热管另一端，所述回流管道中部安装有减压器，所述连接管中部安装有油气分离器；
DCS控制柜，所述DCS控制柜的输入端分别电性连接第一压力传感器、第二压力传感器、以及压缩机组中的每组压缩机，所述DCS控制柜的控制输出端分别连接压缩机组中的每组CO2压缩机。
进一步的，所述气冷器与蒸发器内部分别安装有冷热交换管道。
进一步的，所述压缩机组包括主输出管道、主输入管道、CO2压缩机、导流管，所述导流管分别安装在压缩机的进气口与出气口，与所述CO2压缩机进气口连接的导流管与输入主管道夹角33度，与所述CO2压缩机出气口连接的导流管与输入主管道夹角33度。
进一步的，所述气冷器与蒸发器内部的冷热交换管道一端端头分别安装有电动阀，所述电动阀连接在继电器的输出回路中，所述继电器输出回路中电性连接有降压模块以及变频模块，采用380V/50HZ三相电压输入，利用所述降压模块将380V三相电压转换成110V三相电压，再经变频模块变频至2HZ，经电路保护模块传输给电动阀，所述继电器连接在DCS控制柜的控制输出端，所述DCS控制柜的输出端内带有毫秒级控制单元。
进一步的，所述压缩机组中每组CO2压缩机内部储油箱分别连接有回油管，所述回油管另一端连接在输入主管道上，所述回油管中部安装有补油阀，所述补油阀电性连接在DCS控制柜的控制输出端，每组所述CO2压缩机内部储油箱内安装有两组油位传感器，所述油位传感器电性连接DCS控制柜的信号输入端。
进一步的，所述减压器两侧的回流管上焊接有储气管，所述储气管不与回流管连通，所述储气管两端分别连接有平衡管，两组所述平衡管另一端分别连接在减压器两侧的回流管上，所述平衡管中部安装有电磁阀，所述电磁阀电性连接DCS控制柜的控制输出端。
本发明的有益效果是：
本发明结构简单，利用CO2为制冷剂，对环境无影响，更加的环保；冷热联供减少了能源的浪费，提高了整个系统的能效比,通过DCS控制柜内部的DCS控制程序对系统中压缩机组的输入输出的压强以及每组压缩机的电流进行采集，利用DCS内部程序的计算控制压缩机组中启动压缩机的台数，根据温度调节不同，控制压缩机的启动数量，协调多台压缩机并联运行实现自动调节和精确控制，整套系统匹配、参数控制、子系统之间调配控制及稳定运行，温度调节范围大。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为本发明的电动阀连接结构示意图；
图3为本发明的补油阀连接示意图；
图中：1.压缩机组；2.回热器；3.气冷器；4.蒸发器；5.DCS控制柜；12.CO2压缩机；13.主输出管道；14.主输入管道；15.导流管；21.第一回热管；22.第二回热管；41.回流管道；42.连接管；43.减压器；44.油气分离器；61.冷热交换管道；62.电动阀；63.继电器；64.降压模块；65.变频模块；66.电路保护模块；67.毫秒级控制单元；101.回油管；102.补油阀；103.油位传感器；401.储气管；402.平衡管；403.电磁阀。
具体实施方式
了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1
如图1所示；一种500/600KW-5000/6000KW冷热联供装置，包括：
压缩机组1，所述压缩机组1内部并联有至少八组CO2压缩机12；所述压缩机组1的主输出管道13内部安装有第一压力传感器，所述压缩机组1的主输入管道14内部安装有第二压力传感器；
回热器2，所述回热器2包括第一回热管21与第二回热管22，所述第一回热管21端头连接在所述压缩机组1的主输入管道14上，
气冷器3，其一端连接在所述压缩机组1的主输出管道13上；所述气冷器3另一端通过管道连接回热器2的第二回热管22一端，
蒸发器4，所述蒸发器4一端通过回流管道41连接回热器2的第二回热管22另一端，所述蒸发器4另一端通过连接管42连接回热器2的第一回热管21另一端，所述回流管道41中部安装有减压器43，所述连接管42中部安装有油气分离器44；
DCS控制柜5，所述DCS控制柜5的输入端分别电性连接第一压力传感器、第二压力传感器、以及压缩机组1中的每组CO2压缩机12，所述DCS控制柜5的控制输出端分别连接压缩机组中的每组CO2压缩机12。
输出主管道上安装有第一压力传感器检测导气管处气压值Ph将压力数值信号传输给DCS控制柜，输入主管道上的第二压力传感器检测气压值Pl将压力数值信号传输给DCS控制柜，压缩机内部电流信号I分别传输至DCS控制柜，DCS控制柜通过以下公式进行处理：
当满足条件(Ph-Pl)/5<∑I1～In/n/55时，并联压缩机多启动一台
当满足条件(Ph-Pl)/5.5>∑I1～In/n/55时，并联压缩机减少启动一台
其中；Ph，为高压侧压力值；
Pl，为低压侧压力值；
∑I1～In/n，第1台压缩机至第n台压缩机工作电流平均值，单位：安培；
55，电流基准值，单位：安培；
所述压缩机组1包括CO2压缩机12、主输出管道13、主输入管道14、导流管15，所述导流管15分别安装在CO2压缩机12的进气口与出气口，与所述CO2压缩机12进气口连接的导流管15与输入主管道14夹角33度，与所述CO2压缩机12出气口连接的导流管15与输出主管道13夹角33度。
导流管与主管道夹角计算方法，公式如下：
σ＝P/A
Vo＝K*V*cosφ
σy＝σ*sinφ
其中；Vo:与主管道平行方向的速度
V：与压缩机出口管道末端平行的速度
K：因材质与CO2浓度相关的系数值
φ：压缩机出口管道末端与主管道之间的夹角
σ:压缩机出口管道末端焊接处所受的应力
σy：与主管道垂直方向的应力
P:作用于焊接面上的压强
A：焊接面面积
压缩机出气口导流管与主管道间夹角越大，主管道内部气体流动速度越慢，而主管道与导流管垂直的管壁处受到的应力越大，综合管道应力，以及Vo速度，工艺性质，压缩机出口并联至主管道接口最佳设定为33度。
结合图1、图2所示；
所述气冷器3与蒸发器4内部分别安装有冷热交换管道61。
所述气冷器3与蒸发器4内部的冷热交换管61道一端端头分别安装有电动阀62，所述电动阀62连接在继电器63的输出回路中，所述继电器63输出回路中电性连接有降压模块64以及变频模块65，采用380V/50HZ三相电压输入，利用所述降压模块64将380V三相电压转换成110V三相电压，再经变频模块65变频至2HZ，经电路保护模块66传输给电动阀62，所述继电器63连接在DCS控制柜5的控制输出端，所述DCS控制柜5的输出端内带有毫秒级控制单元67。
毫秒级控制单元控制电动阀，控制方法为：
一、线电压为380V频率50HZ的三相交流电经过降压模块，线电压降低为110V频率50HZ的三相交流电；
二、110V频率50HZ的三相交流电经过变频模块，频率降低为110V频率2HZ的三相交流电输入至继电器；
三、毫秒级控制单元中的高速电子开关控制继电器进行毫秒级的通断切换，保持每次加载到电动阀上的时间低于50毫秒；
四、由于继电器响应时间的不确定性，通过电压时序测量，得出继电器响应时间，程序输出高速电子开关的通断时间为：继电器响应时间+实际调整设定时间。
如图3所示；
所述压缩机组1中每组CO2压缩机12内部储油箱分别连接有回油管101，所述回油管101另一端连接在输入主管道14上，所述回油管101中部安装有补油阀102，所述补油阀102电性连接在DCS控制柜5的控制输出端，每组所述CO2压缩机12内部储油箱内安装有两组油位传感器103，所述油位传感器103电性连接DCS控制柜5的信号输入端。
回油控制：
一、DCS控制柜对两组油位传感器传输数据进行优选，保证油位检测的实时有效性，通过检测油位反馈信号，输出至补油阀进行油位回油调节；油位回油时间每次回油5秒，停30秒再次进行回油检测及回油调节；
二、当电流变化导致油位持续低位，油位传感器反馈回油无法正常补偿时，通过主控制系统进行回油补偿调节；回油补偿时间按电流值与油位回油时间进行计算；
回油补偿时间：Tr＝(∑I1～In/n-55)*10+5；
回油检测间隔时间：Tc＝3*Tr；
其中：Tr:回油补偿时间，单位：秒；
Tc:回油检测间隔时间，单位：秒；
55：压缩机额定电流值，单位：安培；
10：补偿时间与电流关系系数，单位：秒/安培；
5：油位回油时间，单位：秒；
∑I1～In/n：第1台压缩机至第n台压缩机工作的平均电流，单位：安培。
实施例2
如图1所示；一种500/600KW-5000/6000KW冷热联供装置，包括：
压缩机组1，所述压缩机组1内部并联有至少八组CO2压缩机12；所述压缩机组1的主输出管道13内部安装有第一压力传感器，所述压缩机组1的主输入管道14内部安装有第二压力传感器；
回热器2，所述回热器2包括第一回热管21与第二回热管22，所述第一回热管21端头连接在所述压缩机组1的主输入管道14上，
气冷器3，其一端连接在所述压缩机组1的主输出管道13上；所述气冷器3另一端通过管道连接回热器2的第二回热管22一端，
蒸发器4，所述蒸发器4一端通过回流管道41连接回热器2的第二回热管22另一端，所述蒸发器4另一端通过连接管42连接回热器2的第一回热管21另一端，所述回流管道41中部安装有减压器43，所述连接管42中部安装有油气分离器44；
DCS控制柜5，所述DCS控制柜5的输入端分别电性连接第一压力传感器、第二压力传感器、以及压缩机组1中的每组CO2压缩机12，所述DCS控制柜5的控制输出端分别连接压缩机组中的每组CO2压缩机12。
输出主管道上安装有第一压力传感器检测导气管处气压值Ph将压力数值信号传输给DCS控制柜，输入主管道上的第二压力传感器检测气压值Pl将压力数值信号传输给DCS控制柜，压缩机内部电流信号I分别传输至DCS控制柜，DCS控制柜通过以下公式进行处理：
当满足条件(Ph-Pl)/5<∑I1～In/n/55时，并联压缩机多启动一台
当满足条件(Ph-Pl)/5.5>∑I1～In/n/55时，并联压缩机减少启动一台
其中；Ph，为高压侧压力值
Pl，为低压侧压力值
∑I1～In/n，第1台压缩机至第n台压缩机工作电流平均值，单位：安培
55，电流基准值，单位：安培
所述压缩机组1包括CO2压缩机12、主输出管道13、主输入管道14、导流管15，所述导流管15分别安装在CO2压缩机12的进气口与出气口，与所述CO2压缩机12进气口连接的导流管15与输入主管道14夹角33度，与所述CO2压缩机12出气口连接的导流管15与输出主管道13夹角33度。
导流管与主管道夹角计算方法，公式如下：
σ＝P/A
Vo＝K*V*cosφ
σy＝σ*sinφ
其中；Vo:与主管道平行方向的速度
V：与压缩机出口管道末端平行的速度
K：因材质与CO2浓度相关的系数值
φ：压缩机出口管道末端与主管道之间的夹角
σ:压缩机出口管道末端焊接处所受的应力
σy：与主管道垂直方向的应力
P:作用于焊接面上的压强
A：焊接面面积
压缩机出气口导流管与主管道间夹角越大，主管道内部气体流动速度越慢，而主管道与导流管垂直的管壁处受到的应力越大，综合管道应力，以及Vo速度，工艺性质，压缩机出口并联至主管道接口最佳设定为33度。
结合图1、图2所示；
所述气冷器3与蒸发器4内部分别安装有冷热交换管道61。
所述气冷器3与蒸发器4内部的冷热交换管61道一端端头分别安装有电动阀62，所述电动阀62连接在继电器63的输出回路中，所述继电器63输出回路中电性连接有降压模块64以及变频模块65，采用380V/50HZ三相电压输入，利用所述降压模块64将380V三相电压转换成110V三相电压，再经变频模块65变频至2HZ，经电路保护模块66传输给电动阀62，所述继电器63连接在DCS控制柜5的控制输出端，所述DCS控制柜5的输出端内带有毫秒级控制单元67。
毫秒级控制单元控制电动阀，控制方法为：
一、线电压为380V频率50HZ的三相交流电经过降压模块，线电压降低为110V频率50HZ的三相交流电；
二、110V频率50HZ的三相交流电经过变频模块，频率降低为110V频率2HZ的三相交流电输入至继电器；
三、毫秒级控制单元中的高速电子开关控制继电器进行毫秒级的通断切换，保持每次加载到电动阀上的时间低于50毫秒；
四、由于继电器响应时间的不确定性，通过电压时序测量，得出继电器响应时间，程序输出高速电子开关的通断时间为：继电器响应时间+实际调整设定时间。
如图3所示；
所述压缩机组1中每组CO2压缩机12内部储油箱分别连接有回油管101，所述回油管101另一端连接在输入主管道14上，所述回油管101中部安装有补油阀102，所述补油阀102电性连接在DCS控制柜5的控制输出端，每组所述CO2压缩机12内部储油箱内安装有两组油位传感器103，所述油位传感器103电性连接DCS控制柜5的信号输入端。
回油控制：
一、DCS控制柜对两组油位传感器传输数据进行优选，保证油位检测的实时有效性，通过检测油位反馈信号，输出至补油阀进行油位回油调节；油位回油时间每次回油5秒，停30秒再次进行回油检测及回油调节；
二、当电流变化导致油位持续低位，油位传感器反馈回油无法正常补偿时，通过主控制系统进行回油补偿调节；回油补偿时间按电流值与油位回油时间进行计算；
回油补偿时间：Tr＝(∑I1～In/n-55)*10+5；
回油检测间隔时间：Tc＝3*Tr；
其中：Tr:回油补偿时间，单位：秒；
Tc:回油检测间隔时间，单位：秒；
55：压缩机额定电流值，单位：安培；
10：补偿时间与电流关系系数，单位：秒/安培；
5：油位回油时间，单位：秒；
∑I1～In/n：第1台压缩机至第n台压缩机工作的平均电流，单位：安培。
如图1所示；
所述减压器43两侧的回流管道41上焊接有储气管401，所述储气管401不与回流管道41连通，所述储气管401两端分别连接有平衡管402，两组所述平衡管402另一端分别连接在减压器43两侧的回流管道41上，所述平衡管402中部安装有电磁阀403，所述电磁阀403电性连接DCS控制柜5的控制输出端。
系统CO2容量平衡控制：
当系统内部压强较高时，根据压缩机电流情况、高低压压差情况，DCS控制柜通过系统内部压强以及压缩机工作电流计算输出二氧化碳总量的匹配信号：
当数据∑I1～In/n/60-(Ph-Pl)/4.5>0.1时控制DCS内DO点D010201输出50ms脉冲信号，DCS控制柜控制连接在靠近蒸发器一端的电磁阀上的脉冲发射器，发射50ms脉冲控制电磁阀开启，此时系统内部高压端二氧化碳流入到储气管内部，系统内部二氧化碳容量减少；
当数据∑I1～In/n/60-(Ph-Pl)/4.5<-0.1时控制DCS内DO点D010202输出50ms脉冲信号，DCS控制柜控制连接在靠近气冷器一端的电磁阀上的脉冲发射器，发射50ms脉冲控制电磁阀开启，此时储气管内部二氧化碳流向系统的低压端对内部二氧化碳进行补充；
使系统内部二氧化碳容量处于一个动态平衡状态，时刻保持二氧化碳工作容量最佳值，系统维持在最佳状态的运行，维持最佳COP值。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种500/600KW-5000/6000KW冷热联供装置，其特征在于，包括：
压缩机组，所述压缩机组内部并联有至少三台以上压缩机；所述压缩机组的输出管道内部安装有第一压力传感器，所述压缩机组的输入管道内部安装有第二压力传感器；
回热器，所述回热器包括第一回热管与第二回热管，所述第一回热管端头连接在所述压缩机组的输入管道上，
气冷器，其一端连接在所述压缩机组的输出管道上；所述气冷器另一端通过管道连接回热器的第二回热管一端，
蒸发器，所述蒸发器一端通过回流管道连接回热器的第二回热管另一端，所述蒸发器另一端通过连接管连接回热器的第一回热管另一端，所述回流管道中部安装有减压器，所述连接管中部安装有油气分离器；
DCS控制柜，所述DCS控制柜的输入端分别电性连接第一压力传感器、第二压力传感器、以及压缩机组中的每组压缩机，所述DCS控制柜的控制输出端分别连接压缩机组中的每组压缩机；所述气冷器与蒸发器内部分别安装有冷热交换管道；
所述气冷器与蒸发器内部的冷热交换管道一端端头分别安装有电动阀，所述电动阀连接在继电器的输出回路中，所述继电器输出回路中电性连接有降压模块以及变频模块，采用380V/50HZ三相电压输入，利用所述降压模块将380V三相电压转换成110V三相电压，再经变频模块变频至2HZ，经电路保护模块传输给电动阀，所述继电器连接在DCS控制柜的控制输出端，所述DCS控制柜的输出端内带有毫秒级控制单元；
毫秒级控制单元控制电动阀，控制方法为：
一、线电压为380V频率50HZ的三相交流电经过降压模块，线电压降低为110V频率50HZ的三相交流电；
二、110V频率50HZ的三相交流电经过变频模块，频率降低为110V频率2HZ的三相交流电输入至继电器；
三、毫秒级控制单元中的高速电子开关控制继电器进行毫秒级的通断切换，保持每次加载到电动阀上的时间低于50毫秒；
四、由于继电器响应时间的不确定性，通过电压时序测量，得出继电器响应时间，程序输出高速电子开关的通断时间为：继电器响应时间+实际调整设定时间；
所述压缩机组中每组压缩机内部储油箱分别连接有回油管，所述回油管另一端连接在输入主管道上，所述回油管中部安装有补油阀，所述补油阀电性连接在DCS控制柜的控制输出端，所述压缩机组中每组压缩机内部储油箱内安装有两组油位传感器，所述油位传感器电性连接DCS控制柜的信号输入端；
回油控制：
一、DCS控制柜对两组油位传感器传输数据进行优选，保证油位检测的实时有效性，通过检测油位反馈信号，输出至补油阀进行油位回油调节；油位回油时间每次回油5秒，停30秒再次进行回油检测及回油调节；
二、当电流变化导致油位持续低位，油位传感器反馈回油无法正常补偿时，通过主控制系统进行回油补偿调节；回油补偿时间按电流值与油位回油时间进行计算；
回油补偿时间：Tr＝(∑I1～In/n-55)*10+5；
回油检测间隔时间：Tc＝3*Tr；
其中：Tr:回油补偿时间，单位：秒；
Tc:回油检测间隔时间，单位：秒；
55：压缩机额定电流值，单位：安培；
10：补偿时间与电流关系系数，单位：秒/安培；
5：油位回油时间，单位：秒；
∑I1～In/n：第1台压缩机至第n台压缩机工作的平均电流，单位：安培。
2.根据权利要求1所述的一种500/600KW-5000/6000KW冷热联供装置，其特征在于，所述压缩机组包括主输出管道、主输入管道、压缩机、导流管，所述导流管分别安装在压缩机的进气口与出气口，与所述压缩机进气口连接的导流管与输入主管道夹角33度，与所述压缩机出气口连接的导流管与输入主管道夹角33度。
3.根据权利要求1所述的一种500/600KW-5000/6000KW冷热联供装置，其特征在于，所述减压器两侧的回流管上焊接有储气管，所述储气管不与回流管连通，所述储气管两端分别连接有平衡管，两组所述平衡管另一端分别连接在减压器两侧的回流管上，所述平衡管中部安装有电磁阀，所述电磁阀电性连接DCS控制柜的控制输出端。
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