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負壓風機機殼太陽能吸收式空調及供熱綜合工程耐磨陶瓷在電廠風機
為了進一步拓寬太陽能的應用范圍，使其在節能和環保中發揮更大的作用，我國在“九五”期間開展了太陽能空調技術研究，旨在通過技術攻關和工程示范，解決太陽能空調中的技術難題，從而為盡早實現太陽能空調的商業化打下技術基礎。
一基本工作原理
太陽能吸收式空調工程主要由太陽集熱器和吸收式制冷機兩部分構成。
1吸收式制冷工作原理
吸收式制冷是利用兩種物質所組成的二元溶液作為工質來進行的。這兩種物質在同一壓強下有不同的沸點，其中高沸點的組分稱為吸收劑，低沸點的組分稱為制冷劑。常用的吸收劑—制冷劑組合有兩種：一種是溴化鋰—水，通常適用于大型中央空調；另一種是水—氨，通常適用于小型空調。
吸收式制冷機主要由發生器、冷凝器、蒸發器和吸收器組成，如圖1所示。
本文以溴化鋰吸收式制冷機為例。在制冷機運行過程中，當溴化鋰水溶液在發生器內受到熱媒水加熱后，溶液中的水不斷汽化；水蒸氣進入冷凝器，被冷卻水降溫后凝結；隨著水的不斷汽化，發生器內的溶液濃度不斷升高，進入吸收器；當冷凝器內的水通過節流閥進入蒸發器時，急速膨脹而汽化，并在汽化過程中大量吸收蒸發器內冷媒水的熱量，從而達到降溫制冷的目的；在此過程中，低溫水蒸氣進入吸收器，被吸收器內的濃溴化鋰溶液吸收，溶液濃度逐步降低，由溶液泵送回發生器，完成整個循環。
2太陽能吸收式空調工作原理
所謂太陽能吸收式制冷，就是利用太陽集熱器為吸收式制冷機提供其發生器所需要的熱媒水。熱媒水的溫度越高，則制冷機的性能系數(亦稱COP)越高，這樣空調工程的制冷效率也越高。例如，若熱媒水溫度60℃左右，則制冷機COP約040；若熱媒水溫度90℃左右，則制冷機COP約070；若熱媒水溫度120℃左右，則制冷機COP可達110以上。
常規的吸收式空調工程主要包括吸收式制冷機、空調箱(或風機盤管)、鍋爐等幾部分，而太陽能吸收式空調工程是在此基礎上再增加太陽集熱器、儲水箱和自動控制工程。太陽能吸收式空調工程可以實現夏季制冷、冬季采暖、全年提供生活熱水等多項功能，其工作原理如圖2所示。
制冷、供熱功率(kW) 100
空調、采暖面積(m2) 1000
熱水供應量 32
(非空調采暖季節)(噸／天)
集熱器
類型 熱管式真空管
采光面積(m2) 540
平均日效率(％) 35-40(空調、采暖時)
51(提供熱水時)
制冷機
類型 熱水型單級溴化鋰
熱媒水溫度(℃) 88
冷媒水溫度(℃) 8
性能系數(COP) 0.07
在夏季，被集熱器加熱的熱水首先進入儲水箱，當熱水溫度達到一定值時，由儲水箱向制冷機提供熱媒水；從制冷機流出并已降溫的熱水流回儲水箱，再由集熱器加熱成高溫熱水；制冷機產生的冷媒水通向空調箱，以達到制冷空調的目的。當太陽能不足以提供高溫熱媒水時，可由輔助鍋爐補充熱量。
在冬季，同樣先將集熱器加熱的熱水進入儲水箱，當熱水溫度達到一定值時，由儲水箱直接向空調箱提供熱水，以達到供熱采暖的目的。當太陽能不能夠滿足要求時，也可由輔助鍋爐補充熱量。
在非空調采暖季節，只要將集熱器加熱的熱水直接通向生活用儲水箱中的熱交換器，就可將儲水箱中的冷水逐漸加熱以供使用。
二空調及供熱綜合示范工程
為了將太陽能吸收式空調技術付諸實際應用，根據“九五”國家科技攻關計劃任務，北京市太陽能研究所于1999年9月建成一套我國目前最大的太陽能吸收式空調及供熱綜合示范工程。
1安裝地點概況
太陽能空調示范工程建在山東省乳山市。乳山市位于山東半島的東南端，北接煙臺，西臨青島，南瀕黃海。該地區有較好的太陽能資源，年平均日太陽輻照量為173MJ／m2。當地夏季最高氣溫331℃，冬季最低氣溫－78℃，夏季和冬季分別有制冷和采暖的要求，因此是安裝太陽能空調工程的合適地點。
乳山市銀灘旅游度假區利用本地區自然條件，大力發展旅游事業，正在籌建“中國新能源科普公園”�？破展珗@計劃建造包括風能館、太陽能館等在內的8個館、廳。太陽能空調工程就建在科普公園內的太陽能館。
在這里人們不僅可以參觀太陽能科普展品，增長太陽能科普知識，了解最新的太陽能技術，并且在參觀和娛樂的同時可親身感受到太陽能空調和采暖所營造的舒適環境。
2主要技術性能
新建的太陽能空調工程由熱管式真空管集熱器、溴化鋰吸收式制冷機、儲熱水箱、儲冷水箱、生活用儲熱水箱、循環泵、冷卻塔、空調箱、輔助燃油鍋爐和自動控制工程等部分組成。工程安裝完成后，經過冬、春、夏三季運行和測試，達到表1的主要技術性能。
3工程設計特點
(1)太陽能與建筑有機結合
整個太陽能館的總體設計既使建筑物造型美觀、新穎別致，又能滿足集熱器安裝的要求。依據這個原則，建筑物的南立面采用大斜屋頂結構，一則斜面的面積比平面大得多，可以布置更多的集熱器；二則在斜面上布置集熱器時無需考慮前后遮擋問題，而且造型也非常美觀。斜屋頂傾角取35°，與當地緯度接近，有利于集熱器充分發揮作用。
(2)熱管式真空管集熱器提高了制冷和采暖效率
熱管式真空管集熱器是北京市太陽能研究所的一項重大科技成果，具有效率高、耐冰凍、啟動快、保溫好、承壓高、耐熱沖擊、運行可靠等諸多優點，是組成高性能太陽能空調工程的重要部件。熱管式真空管集熱器可為高效溴化鋰制冷機提供88℃的熱媒水，從而提高整個工程的制冷效率；這種集熱器還可在北方寒冷的冬季有效地工作，為建筑物供暖。
(3)大小兩個儲熱水箱加快了每天制冷或采暖進程
根據一天內太陽輻照度變化的固有特點，儲熱水箱不僅可以使工程穩定運行，還可以把太陽輻照高峰時的多余能量以熱水形式儲存起來。本工程與一般太陽能空調工程的不同之處在于設置了大、小兩個儲熱水箱。小儲熱水箱主要用于保證工程的快速啟動。測試結果表明，在夏季和冬季晴天的早晨，小儲熱水箱內水溫就能分別達到88℃和60℃，從而滿足制冷和供暖的要求。
(4)專設的儲冷水箱降低了工程的熱量損失
盡管儲熱水箱可以儲存能量，但它的能力畢竟是有限的。本工程專門設計了一個儲冷水箱。在白天太陽輻照充裕的情況下，可以將制冷機產生的冷媒水儲存在儲冷水箱內，其優點在于這種情況下的工程熱量損失顯然要比以熱媒水形式儲存在儲熱水箱中低得多，因為夏季環境溫度與冷媒水溫度之間的溫差要明顯小于熱媒水溫度與環境溫度之間的溫差。
(5)配套的輔助鍋爐使工程可以全天候運行
所有太陽能工程的運行都不可避免地要受到氣候條件的影響。為使工程可以全天候發揮空調、采暖功能，輔助的常規能源是必不可少的。該太陽能空調工程選用了輔助燃油熱水鍋爐，在白天太陽輻照量不足以及夜間需要繼續用冷或用熱時，可隨即啟動輔助鍋爐，確保工程持續穩定地運行。
(6)工程運行及工況之間切換均能自動控制
在利用太陽能部分地替代常規能源的工程中，工程啟動、能量儲存以及太陽能與常規能源之間切換等功能的自動化都顯得尤為重要；另外，本工程設置了幾個儲水箱，如何在不同的工況下自動啟用不同的水箱，走不同的管路，也是工程正常運行的關鍵；再則，太陽能工程還應可靠地解決自動防過熱和防凍結的問題。因此，我們為該太陽能空調工程設計了一套安全可靠、功能齊全的自動控制工程。
三推廣應用前景
實踐證明，采用熱管式真空管集熱器與溴化鋰吸收式制冷機相結合的太陽能空調技術方案是成功的，它為太陽能熱利用技術開辟了一個新的應用領域。
太陽能吸收式空調與常規空調相比，具有以下三大明顯的優點：
(1)太陽能空調的季節適應性好，也就是說，工程制冷能力隨著太陽輻射能的增加而增大，而這正好與夏季人們對空調的迫切要求一致；
(2)傳統的壓縮式制冷機以氟里昂為介質，它對大氣層有極大的破壞作用，而吸收式制冷機以無毒、無害的溴化鋰為介質，它對保護環境十分有利；
(3)同一套太陽能吸收式空調工程可以將夏季制冷、冬季采暖和其它季節提供熱水結合起來，顯著地提高了太陽能工程的利用率和經濟性。
誠然，凡事都要一分為二。我們在強調太陽能空調優點的同時，也應看到它目前存在的局限性，因而在推廣應用過程中注意解決這些問題：
(1)雖然太陽能空調開始進入實用化階段，希望使用太陽能空調的用戶不斷增加，但目前已經實現商品化的產品大都是大型的溴化鋰制冷機，只適用于單位的中央空調。對此，空調
一、前言
火電廠中使用的主要風機有引風機、排粉機和鼓風機等。其中引風機和排粉機作為電廠的主要輔機之一，因為磨損而嚴重影響其出力并帶來頻繁的更新維修，已成為火力發電廠鍋爐安全運行的隱患之一。多年來，雖然使用過許多表面強化方法，包括表面堆焊耐磨材料、熱噴涂噴焊、表面涂覆各種高分子涂料、表面淬火等，效果均不十分理想。針對耐磨膠粘劑主要是利用膠粘劑高粘接強度粘接耐磨顆粒材料，由耐磨材料提供抗磨力的特點，考慮利用膠粘劑粘接耐磨陶瓷用于風機葉輪的耐磨防磨。該項技術先后在幾十臺引、排粉風機葉輪上得到應用，最長使用時間已達到3年以上，取得了較好的經濟效益。
二、陶瓷片用于風機葉輪上的可行性
陶瓷片用于風機葉輪上，首先要確保陶瓷有優異的耐磨性能，其次要求陶瓷與金屬基體有良好的結合性能，即膠粘劑有良好的粘貼強度及高溫韌性。
針對風機葉輪的使用情況，采用冷壓燒結氧化鋁陶瓷，經實測，其硬度可達到HRA88以上，耐磨性能是高鉻鑄鐵的至少5倍以上，是普通噴焊工藝的10倍以上，因此耐磨性能完全可以滿足一般風機壽命的要求。因為陶瓷的優異耐磨性能，一般陶瓷片厚度僅取1.5mm即可。
采用自制的膠粘劑，主要性能指標如下：
抗拉強度(金屬-金屬)為50MPa(室溫)及20MPa(150℃)；
抗剪強度為28MPa(室溫)及8MPa(150℃)。
引風機在近180℃高溫、帶硬質顆粒的高速沖刷氣流作用下工作，要求膠粘劑必須具備耐高溫性能，同時具有一定的抗剪強度和抗老化性能。陶瓷的熱膨脹系數只有金屬的一半，因而還需要膠粘劑具有良好的韌性。相對而言，排粉機的轉速高達1 500r/min，陶瓷片將受到更大的離心力的作用。
經計算，在150℃溫度下，當引風機以960r/min轉動時，一塊100×100×3(mm)的瓷片受到的離心力為1.13MPa，而此時膠粘劑所能提供的抗剪力為150MPa(150℃)，其大小為離心力的132倍�？梢娔z粘劑具有極高的膠粘保險系數。對于排粉機，膠粘劑提供的粘接力亦將是離心力的100倍以上�？梢姡z粘劑的強度具有十分高的可靠性。
三、試驗工況
首次試驗在大同一電廠5號機上進行。該型風機為雙吸入結構，平板式葉片，具體參數如下：外徑Φ2 200，介質溫度170℃，轉速960r/min。雙排葉片共計24片，葉片厚8mm，另用厚為10mm的鋼板作為襯板并用螺栓與葉片聯接，襯板使用壽命為半年(磨穿)。葉輪中盤厚20mm，使用壽命一年(雙面共磨損12mm)。整體壽命一年，每年更換一次。
由于是第一次進行試驗，為保險起見，保留24塊襯板并只在磨損最嚴重的出口半部粘貼陶瓷片，陶瓷塊尺寸為10×10×3(mm)，并在自制的烘箱中進行固化。中盤兩側面部粘貼3mm瓷片，室溫自然固化。
風機自1994年5月投運至1995年10月檢測，葉輪輪轂兩側面陶瓷完好無損，無任何脫落掉塊現象，平均磨損不到0.1mm，按實際運行時間計算，每年最多磨損0.1mm。磨損量為粘瓷片前的1/30。24塊襯板中，運行期間共有3塊襯板上的瓷片脫落，其余完好無損。經初步分析，認為瓷片脫落是由于烘干加熱時烘箱中局部超溫(250～300℃)而造成膠層膠化所致。利用中間停爐機會進行修補后繼續投入運行，再無脫落現象。
分析不同部位的陶瓷片磨損情況發現，在沿氣流流動方向的平面上瓷片磨損平均不到0.1mm，越靠近葉輪外圓，磨損越嚴重，平均磨損0.2mm，明顯比中盤輪轂兩側處磨損嚴重。這是由于越靠近葉輪的外圓周，氣流流速愈大，因而磨損就愈嚴重。
與沿氣流方向相比，在沿氣流垂直方向上的瓷片磨損最為嚴重，最多可達1～3mm。實際上這正符合了陶瓷沖刷機理，即氣流入射角愈大，磨損愈嚴重。而且由于接縫處形成的渦流使得沿接縫處金屬基體磨損最為嚴重，甚至可以把金屬襯板磨穿，使陶瓷完全懸空，造成部分迎風接縫處瓷片脫落。
對襯板連同瓷片進行抗拉強度測試，結果表明，經過一年運行后，膠粘劑的剩余抗剪強度仍有10MPa(150℃)。而此時的離心力仍是1.13MPa。按10%年老化率計算，5年后膠粘劑的剩余強度為8.6MPa，仍大大高于離心力。
為了進一步試驗膠粘劑的性能，1995年5月又對兩臺同型號引風機進行了粘貼試驗，并且撤掉了襯板而直接粘于葉片上，在迎風邊上采用丁字型瓷片，進一步降低了氣流沖刷底部金屬的可能性。經連續600天的運行后檢查，陶瓷片完好，基體沒有脫落現象，平均磨損不到0.2mm。
四、在其它電廠的使用情況
1.北京大唐高井電廠：由于該廠的電除塵設備一直不能投運，除塵效率不高，致使引風機葉輪嚴重磨損。表面熱噴焊硬度達HRC60以上的耐磨合金涂層，使用壽命也只有4個月。該型葉輪直徑Φ2 100，雙吸結構共24個葉片。1996年10月，該廠采用陶瓷膠粘技術，直接在葉片熱噴焊層上粘貼陶瓷片進行防磨處理，經過近兩年的運行，磨損不到0.2mm，只是由于直接粘貼在噴焊層上，導致了部分陶瓷片脫落而進行更換。通過這次試驗，該廠又在另外4臺引風機葉輪上粘貼陶瓷片，目前運行已達3年以上，壽命提高近5倍以上。
2.鄭州熱電廠：排粉機為前向單吸葉輪，葉輪直徑Φ1 700，共16個葉片。因磨損十分嚴重，長期以來一直使用間隔堆的方法作為耐磨措施，但使用壽命始終只有4個月。1996年在一臺排粉機葉輪上粘貼陶瓷并投入運行，作為對比，同時投入使用的還有兩臺涂抹耐磨陶瓷涂料，一臺堆焊一種新型耐磨焊條。經過4個月的運行，檢查發現，陶瓷片磨損十分輕微，幾乎看不出有任何磨損，特別是在入口處，未粘陶瓷的部位已經縮短了近50mm，但堆焊的一臺已經磨穿，必須修補才能繼續運行。而涂抹耐磨陶瓷涂料的一臺亦接近磨穿，必須修補才能繼續運行。由于粘貼陶瓷的耐磨性能良好，該廠已將全部排粉機葉輪進行了粘貼陶瓷處理，預計使用壽命中可提高6倍以上。
3.湛江電廠：排粉機葉輪是成都電力機械廠生產的離心式葉輪，以前采用熱噴涂的方式進行防磨處理，使用壽命只有一年左右，換下的葉輪只能當廢品處理。1996年底該廠在經過調研的前提下，在4臺排粉機葉輪(兩舊兩新)粘貼陶瓷。1997年春天又在7臺風機葉輪(4新3舊)上粘貼陶瓷。在近3年的運行過程中，除了在兩臺舊的風機葉輪上因原基體嚴重磨損(基體表面已不平整)導致有部分陶瓷脫落外，其它葉輪表面陶瓷磨損十分輕微。在1999年10月的大修中，其中4臺因其它原因拆下葉輪，經檢查只有一臺上有極少量陶瓷片脫落，其他3臺完好無損。經過簡單的修補，預計可以至少再使用3年。幾年來先后為湛江電廠近20臺風機葉輪進行了陶瓷粘貼耐磨處理。
經過幾十臺風機葉輪的實際運行表明，粘貼陶瓷防磨是一項可靠、有效的措施，只要施工仔細，嚴格按照工藝操作，可以保證陶瓷片不發生脫落。由于風機葉輪的特殊性，在風機葉輪上的成功應用，也為在其它部位的應用提供了可靠的參考價值，為火力發電廠提供了另一行之有效的耐磨防磨措施。
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