制冷剂回收技术及经济价值

0、引言

针对上海地区空调行业和企业有关制冷剂使用与回收等情况,对上海地区200 余家制冷工程商和制冷设备制造商进行了广泛的技术调研。通过调研统计数据分析空调行业在节能减排方面的现状和潜力,可为制冷剂回收技术和经济分析提供数据支持,为政府环保部门制定相关政策提供决策参考依据。制冷剂回收

1、上海地区制冷空调行业调研

对上海地区制冷空调行业200余家公司自2012年开始的持续调研中,国有企业约占4%、外商独资与合资企业约占11%、民营企业约占85%,200余家企业2012年度和2013年度总销售额分别为299.8亿元和296.5亿元。

1.1、制冷剂购买情况

200余家企业2013和2014两年的制冷剂购买总量分别为1145315 kg 和1183761 kg。其中HCFC制冷剂分别为208789 kg和227940 kg,分别占总量的18.2%和19.3%; HFC 制冷剂分别为929825 kg 和947616 kg,分别占总量的81.2% 和80.1%; 其他制冷剂分别为6702 kg 和8205 kg,分别占总量的0.6%和0.7%。

HCFCs中R22制冷剂分别为207680 kg 和227537 kg,其他的HCFCs分别为1109 kg 和403 kg;HFCs 中R134a 分别为684553 kg 和647041kg; R410A 分别为184522 kg 和228699 kg;R407C分别为37693.9 kg 和47101.3 kg; R404A 分别为21843.6 kg 和23939.5 kg; 其他HFCs 分别为1212kg 和835.5 kg。

1.2、制冷剂使用与回收

图1 为200余家企业有记录的制冷剂回收量。其中,91家对生产和使用过程中的制冷剂进行回收,占45%; 对回收制冷剂有相关规定的有70家,占35%; 对回收制冷剂后进行登记的有48家,仅占24%。进行制冷剂回收并再利用的为54家,在维修中再利用的为41家、交由制冷剂处理公司处理的主要包括上海合博商贸有限公司、上海百达制冷设备有限公司、上海杰盟化工有限公司、元征、北京卓川等9家,其中前两家也是制冷剂供应商,而大金空调( 上海) 有限公司是交由上海合博公司进行再原料化。

图1

图1 回收制冷剂量/kg

2、制冷剂回收处理技术与应用

2.1、回收制冷剂分类[1]

目前回收的制冷剂主要分为A类和B类。

A类: 回收并可再利用的制冷剂,再使用于实验或产品中,此类回收方式的经济性较好,企业乐于接受,可以节约成本。例如对于单一工质的制冷剂来说,应用制冷剂回收机回收后经过润滑油分离[2]和过滤器处理后可再利用。

B类: 回收后无法直接再利用的制冷剂,比如非共沸混合制冷剂[3]( 如R407C) 等。

2.2、制冷剂回收及处理流程

图2 所示为制冷剂回收及后续处理流程,回收的制冷剂有一部分直接先经过制冷剂回收机的净化装置进行循环净化,然后重新送入被回收设备中; 另一部分被抽取出来的制冷剂需进行纯度检验,辨别其是否可再生,如果检测表明污染度较小可再生,对于单组工质的制冷剂可直接对其进行蒸馏再生处理,对于多组工质制冷剂则要经过分馏处理来实现再生,如果制冷剂的检验表明其污染较严重难以分离时,即判定为不可再生并进
行销毁处理。

图2

图2 制冷剂回收流程

3、回收机分类及回收原理

3.1、按压缩机种类

( 1) 有油式压缩机: 冰箱和空调产品中比较常用的是有油式压缩机,其制造成本较低。有油式压缩机顾名思义有润滑油[4]在压缩机内部参与制冷剂压缩循环过程,因此只能在与被回收设备内的润滑油种类相同时进行制冷剂回收。否则,不同的润滑油会使制冷剂受不同程度的油污染,这样在制冷行业中使用会使纯净制冷剂的纯度产生不可逆的影响。
使用有油式压缩机的制冷剂回收机运行过程中需时刻注意压缩机内润滑油的流失,以便及时向压缩机内补充润滑油,防止运行过程中因缺油而损坏压缩机,而且这类压缩机为避免压缩机烧毁而无法直接回收液态制冷剂[5]

( 2) 无油式压缩机[6]: 无油压缩机不使用润滑油,起润滑作用的是特殊的航空自润滑复合材料制成的运动部件,此类压缩机广泛应用于航空航天等领域,可用来压缩氢气、氧气等易燃易爆的危险气体。采用此类压缩机制造的高耐用性的制冷剂回收机,在没有润滑油的限制后可用于各类制冷剂的回收,包括CFCs、HCFCs、HFCs 等。

使用无油式压缩机的制冷剂回收机[7]有使用便捷、使用寿命长、避免维护以及适用于多种制冷剂等优点,但设备价格较为昂贵。

3.2、 按回收机大小、使用类别分类

( 1) 小型回收加注机( 用于制冷剂充注量小于50 kg 的家用空调或者小型机组) ;
( 2) 中型回收加注机( 用于制冷剂充注量小于500 kg 的螺杆机组等) ;
( 3) 大型回收加注机( 主要用于制冷剂充注量小于3000 kg 的离心机机组) ;
( 4) 汽车专用制冷剂回收加注机[8]( 制冷剂量小于20 kg 的汽车空调等系统) ;
( 5) 回收净化机型;
( 6) 定制机型。

4、回收设备选型及其特性分析

( 1) 制冷剂充注量<100 kg 的小型机组

厂商如果对制冷剂的回收速度要求不高,可直接选择小型制冷剂回收加注机。对于充注量为100 kg 的水冷系统,此类回收加注机需2~3 h 完成回收,而风冷机组的回收时间稍长。影响回收时间的主要因素为制冷系统中液态和气态制冷剂分别所占比例,液态制冷剂回收速度约为100 kg/h,而气态制冷剂回收速度仅为15 kg/h 左右。

对于在进行维修时使用回收机并且回收后的制冷剂是用来回充至原系统的,则无需配备分油装置对回收后的制冷剂进行分油处理,而只需配备干燥过滤器[9]用于去除回收的制冷剂中的水分及杂质。其主要原因是由于油分离器在小型回收机上的能力有限,很难将油从回收后的制冷剂中完全分离,而如果回充至原系统再使用不涉及油污染问题,故无需分油。

( 2) 制冷剂充注量为100~800 kg 的中型机组

对于充注量为100~200 kg 的系统,如果对制冷剂回收速度无特殊要求,则小型制冷剂回收机就能满足; 对于充注量>200 kg 的系统,使用小型制冷剂回收机进行回收则运行时间较长,对制冷剂回收机的质量及运行强度要求较高。

对于充注量为200~800 kg 的系统可采用运行功率2~3 HP( 1.47~2.20 kW) 、液态制冷剂直接回收速度为200~300 kg/h、气体制冷剂回收速度为60 kg/h 左右的中央空调制冷剂回收机,完成回收需2~5 h。在压缩机种类的选择上,不论是制冷设备制造商还是工程商、维修商,从使用寿命及经济性两方面考虑,建议使用内置无油式压缩机的制冷剂回收机。主要原因是无油机可适配多种工质,同时维护费用很小,长远看可节约成本,且此类回收机的操作性较好。

对于有油式压缩机的回收机,在回收过程中要密切注意压缩机润滑油的流失,及时补充润滑油,防止损坏压缩机。另外有油压缩机回收不同制冷剂时需要把压缩机油彻底清换,否则会污染制冷剂。

( 3) 制冷剂充注量为800~3000 kg 的机组

对于制冷剂充注量为800~1000 kg 的制冷设备制造或维修厂商,若对回收速度要求不高,同样可采用上述2 ~3 HP( 1.47~2.20 kW) 回收机,回收时间需要7~9 h。

对于更大型的制冷设备制造或工程商,此类中型制冷剂回收机明显无法满足工作要求,需应用功率为5~7 HP( 3.68~5.16 kW) ,气态制冷剂回收速度为100~160 kg/h,液态制冷剂回收速度为5000~8000 kg/h的大型制冷剂回收机,充注量为800~1000 kg 的制冷系统完成制冷剂回收约需2 h,而充注量为3000 kg 的制冷系统完成制冷剂回收约需5 h。

此种制冷剂回收机对大型中央空调机组[10]进行制冷剂回收时,由于制冷剂的回收量极大,难以一次性将回收的制冷剂内的润滑油全部分离,而且如果回收的是液态的制冷剂,在经过油分离器之前必须先转化为气态才能进行分油处理,从而大大降低整个制冷剂回收系统的回收效率。考虑到此类大型制冷系统检修过程中的制冷剂充注量过大,回收后的制冷剂应在检修完成后直接回充至原系统,避免进行分油处理。

5、制冷剂回收经济性分析

由于“蒙特利尔议定书”在全球的逐步实施,有部分不符合议定书要求的制冷剂已被限产,制冷剂的供货满足不了市场需求,制冷剂价格一路攀升。2000年R12 的市场价格约为10 元/kg,目前市场价格仍在不断上涨,而符合议定书要求的新型制冷剂,大多数专利都被国外几大企业掌握,如R134A/R410A 等[11],售价也非常高,目前价格已超过非新型制冷剂的3~5 倍。

若以一个有10 条生产线的空调生产企业为例,每条家用空调生产线产量为2000 台/d,返修率0.5%~1.5%; 每条生产线平均返修量约为20台/d。假设制冷剂充注量为0.8 kg /台; 如充注R22,价格按15 元/kg 计; 如充注新型制冷剂R410A,价格按45 元/kg 计。

年需更换制冷剂的总量和金额为:

R22:10 × 20 × 0.8= 160kg /d

15 × 160 = 2400 元/d

2400 × 300 = 720000 元/a

R410A: 45 × 160 = 7200 元/d

7200 × 300 = 2160000 元/a

若以一个中等规模的工业空调维修企业为例,年维修大型空调约30 台。按每台平均消耗制冷剂100 kg; 假设R22 和R134A 各占一半,R22价格按15 元/kg 计,R134A 价格按65 元/kg 计。

年需更换制冷剂的总量和金额为:

30 × 100 = 3000 kg

R22: 15 × 1500 = 22500 元

R134A: 65 × 1500 = 97500 元

合计: 120000 元。

若以一个中等规模的家用空调售后维修企业为例,年维修家用空调约1500 台。家用空调制冷剂充注量约600~3000 g /台,按平均消耗制冷剂1 kg /台计。

年需更换制冷剂的总量和金额为:

1500 × 1 = 1500 kg

R22: 15 × 1500 = 22500 元

目前,我国共有660 多个城市,而每个空调厂在全国都有数百家服务网点,制冷剂排放所造成的经济损失则在千万元以上。

若以一个一般规模的制冷剂分销厂商为例,旺季每天销售40 kg 装氟利昂10瓶以上,每瓶残余2 kg以上,按2 kg 计,则每天损耗制冷剂20 kg。

R22: 15 × 20 = 300 元/d

300 × 30 = 9000 元/月

以每年5 个月为制冷剂销售旺季,每年钢瓶残余制冷剂排放费用为45000 元。

若以一个中小型的制冷设备生产企业为例,厂内一般均无大型制冷剂储罐,普遍使用400 kg、800 kg、1000 kg 等几种规格的制冷剂钢瓶,这些钢瓶加注后,每只钢瓶的制冷剂残留量通常约为40 ~ 80 kg。不同规模工厂的用量不等,一般年使用量>50 瓶,平均残留按每瓶60 kg 计。

年损耗制冷剂的总量和金额为:

50 × 60 = 3000 kg

R22: 15 × 1500 = 22500 元

R134A: 65 × 1500 = 97500 元

合计: 120000 元

若考虑到平时生产返修和调试机器过程中排放的制冷剂,全年总损耗将更为可观。

6、结论

综上所述,制冷空调行业的制冷剂残留、排放和损耗量巨大,且经济成本很高,而制冷剂回收机价格根据机型大小仅为1万~2万元左右,总体来说投资成本收回比较迅速,所以无论从环境保护还是企业经济效益看,目前国内制冷空调行业和相关企业都亟需进一步提高节能环保意识,并积极配合政府环保部门与行业组织进行制冷剂回收技术研究和应用。

作者:方文敏、余晓明,上海理工大学能源与动力工程制冷技术研究所,上海200093;邵乃宇,上海冷冻空调行业协会,上海200040。

方文敏( 1993 - ) ,男,福建泉州人,硕士研究生,主要研究方向为制冷空调技术与节能。


参考文献:

[1] 陆颖,余晓明,赵家强,等. 基于行业调研的新型制冷剂回收机系统设计[J]. 建筑节能,2017,45( 12) : 108 - 112.

[2] 贺效光. 螺杆式冷冻机润滑油分离器的改造[J]. 齐鲁石油工, 2005( 3) : 229 - 231.

[3] 许雄文. 非共沸混合工质制冷系统工质浓度变化及其性能优化研究[D]. 广州: 华南理工大学, 2012.

[4] 陆善春,岑长恩. 润滑油的种类和特性及对环境保护的影响[J]. 柴油机设计与制造,1998 ( 3) : 50 -57.

[5] 韩海燕,宋民,赵世杰. 在制冷系统中液态制冷剂的控制方法[J]. 家电科技, 2008( 13) : 36 - 37.

[6] 邓昭彬,公茂琼,吴剑峰. 无油压缩机驱动的混合工质节流制冷机工质浓度变化特征的实验研究[J].制冷学报, 2006, 27( 6) : 5 - 9.

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[8] 颜华平. 汽车空调制冷剂回收工艺的研究[J]. 中国新技术新产品, 2011( 23) : 6 - 7.

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[10] LIU L R,GU J J,LIU J. Analysis of operational energyintensity for central air conditioning systems withwater-cooled chiller by decomposition method[J].Energy & Buildings, 2015, 93: 154 - 159.

[11] 邵乃宇,余晓明,徐亮. 国内户式中央空调市场技术调研与分析探讨[C]. 上海: 中国户式中央空调应用技术研讨会, 2005.

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