利用船舶主機(jī)余熱制冰的實(shí)驗(yàn)探究

趙曉男，張玉蓮,2

(1.浙江海洋學(xué)院 船舶與海洋工程學(xué)院，浙江 舟山 316022)

(2.浙江省近海海洋工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 舟山 316022)

利用船舶主機(jī)余熱制冰的實(shí)驗(yàn)探究

趙曉男1，張玉蓮1,2

(1.浙江海洋學(xué)院 船舶與海洋工程學(xué)院，浙江 舟山 316022)

(2.浙江省近海海洋工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 舟山 316022)

基于吸收式制冰機(jī),利用船舶柴油機(jī)尾氣進(jìn)行了尾氣余熱制冰實(shí)驗(yàn)?？疾炝酥票鶛C(jī)對(duì)柴油機(jī)工作的影響及柴油機(jī)功率、環(huán)境溫度等因素對(duì)制冰量的影響，得到大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，得出了柴油機(jī)尾氣余熱制冷特點(diǎn)及規(guī)律。

船舶柴油機(jī)；尾氣余熱；吸收式制冷；實(shí)驗(yàn)研究

現(xiàn)在海洋水產(chǎn)捕撈作業(yè)離陸地較遠(yuǎn)，連續(xù)作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，因此對(duì)海產(chǎn)品進(jìn)行冷藏保鮮必不可少。傳統(tǒng)的漁船帶冰保鮮方式，存在用冰量大、保鮮期短、漁獲產(chǎn)品的保鮮質(zhì)量不穩(wěn)的缺點(diǎn)，已不能滿足深遠(yuǎn)海漁船連續(xù)作業(yè)的需要[1]。目前大多漁船配備的壓縮式制冷系統(tǒng)，工作時(shí)需耗費(fèi)大量的能源,不但增加了捕魚(yú)成本，也限制了漁船的發(fā)展。船舶柴油機(jī)尾氣余熱溫度可達(dá)250℃以上，如果直接排向大氣，將會(huì)造成能源的白白浪費(fèi)。而另一種制冷方式——吸收式制冷，加熱溫度在100℃～150℃就能運(yùn)轉(zhuǎn)，如能利用船舶柴油機(jī)尾氣的余熱驅(qū)動(dòng)這種系統(tǒng)為漁船制冷，對(duì)漁船的節(jié)能降耗將有重要的意義[2]。本文利用泰山華能制冷有限公司TWL-2C型吸收式制冷機(jī)，對(duì)船舶柴油機(jī)尾氣余熱制冰進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)裝置及制冷機(jī)工作原理

1.1實(shí)驗(yàn)裝置組成

發(fā)動(dòng)機(jī)：玉柴YC6T-450C，額定功率330kW，轉(zhuǎn)速1 500r/min，缸數(shù)/缸徑/行程6×145mm×165mm，總排量16.35L，壓縮比15.5∶1，平均有效壓力1 615kPa。

尾氣制冰機(jī)：TWL-2C，制冷量23kW，泰山集團(tuán)泰安華能制冷有限公司。

燃油流量計(jì)：智能型渦輪流量計(jì)，型號(hào)LWY-6，精度等級(jí)1級(jí)，鄭州華信流量?jī)x表有限公司。

燃油牌號(hào)：0# ，密度0.841 2g/cm3。

實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，柴油機(jī)排氣管和制冰機(jī)進(jìn)氣口處安裝煙門轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，并安裝一壓力表，通過(guò)可調(diào)煙門可以選擇連通和關(guān)閉制冰機(jī)。

1.2制冷機(jī)工作原理

如圖2所示，本吸收式制冷裝置實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要包括發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器4個(gè)典型設(shè)備。工作介質(zhì)包括獲取制冷量的制冷劑和吸收、解吸制冷劑的吸收劑，二者組成工質(zhì)對(duì)[3]。濃氨水溶液在發(fā)生器中被加熱，分離出一定流量的冷劑蒸氣進(jìn)入冷凝器中，冷劑蒸氣在冷凝器中被冷卻，并凝結(jié)成液態(tài)；液態(tài)冷劑經(jīng)過(guò)節(jié)流降壓，進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱蒸發(fā)，產(chǎn)生冷效應(yīng)，冷劑由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，再進(jìn)入吸收器中[4]；另外，從發(fā)生器流出的稀溶液經(jīng)換熱器和節(jié)流降壓后進(jìn)入吸收器，吸收來(lái)自蒸發(fā)器的冷劑蒸氣，吸收過(guò)程產(chǎn)生的濃溶液由循環(huán)泵加壓，經(jīng)換熱器吸熱升溫后，重新進(jìn)入發(fā)生器，如此循環(huán)制冷[5]。

2 尾氣余熱制冰試驗(yàn)研究

2.1制冰機(jī)對(duì)柴油機(jī)的影響

在外界環(huán)境不變的情況下，測(cè)試數(shù)個(gè)不同功率的柴油機(jī)尾氣通過(guò)制冰機(jī)和直排對(duì)其工作的影響，相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，尾氣過(guò)制冰機(jī)和直排約有0.1L/h的油耗差，即0.6g/(kw·h)，該油耗差是由子排氣背壓不同造成的，YC6T-450C柴油機(jī)的最低油耗為195g/(kW·h),本次實(shí)驗(yàn)測(cè)得實(shí)際油耗約為220g/(kW·h),折算成功率損耗約為0.4kW，TWL-2C正常工作所需功率為2.2kW(用于驅(qū)動(dòng)溶液泵),而TWL-2C正常工作的熱功率為23kW，所以利用尾氣制冰的節(jié)能效益是很明顯的。

從結(jié)果還可推斷，隨著柴油機(jī)功率的增加，排氣溫度提高，尾氣只需要部分經(jīng)過(guò)制冰機(jī)的發(fā)生器，就可以滿足制冰機(jī)正常工作所需熱量。這時(shí)通過(guò)對(duì)煙門位置的適當(dāng)調(diào)節(jié)，減小排氣背壓，可在保證冷藏需要的情況下，使尾氣過(guò)制冰機(jī)和直排的油耗差更小。

2.2制冰量對(duì)柴油機(jī)功率的影響

同樣環(huán)境條件下，柴油機(jī)功率不同，排放的尾氣性能也不同，分別測(cè)量柴油機(jī)功率為90kW和120kW時(shí)的連續(xù)5組實(shí)驗(yàn)結(jié)果并求平均值，見(jiàn)表2和表3。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，柴油機(jī)功率在90kW和120kW的情況下，制冰量相差不大，而且在120kW功率情況下，制冰機(jī)已至最大負(fù)荷，由此可以確定TWL-2C制冰機(jī)和YC6T-450C柴油機(jī)配套時(shí)，在尾氣全部經(jīng)過(guò)制冰機(jī)的情況下，柴油機(jī)功率在90kW～100kW時(shí)，制冰機(jī)工作較為穩(wěn)定。

2.3制冰量對(duì)環(huán)境溫度的影響

由于吸收式制冷機(jī)利用的是溫差能，所以外界環(huán)境的溫度對(duì)尾氣能量的利用有重要的影響，在功率一定的情況下，分別測(cè)量環(huán)境溫度在26℃和8℃時(shí)連續(xù)5組實(shí)驗(yàn)結(jié)果并求平均值，見(jiàn)表4和表5。

通過(guò)以上試驗(yàn)可以看出，在尾氣熱量變化不大的情況下，制冰量跟環(huán)境溫度有較大關(guān)系，隨著環(huán)境溫度的降低，制冰機(jī)低壓壓力降低，從而使蒸發(fā)溫度降低，制冰量有明顯增加。

3 結(jié)束語(yǔ)

主機(jī)廢氣具有非常高的利用價(jià)值,而海水是優(yōu)良的載冷劑,吸收式制冷機(jī)一般的加熱溫度是100℃～150℃,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于船舶排氣的溫度,已滿足吸收式制冷系統(tǒng)運(yùn)行的能量條件。通過(guò)制冰試驗(yàn)，本文從3個(gè)方面探究了利用船舶主機(jī)余熱制冰對(duì)現(xiàn)實(shí)漁船作業(yè)的重要意義：

a.柴油機(jī)尾氣通過(guò)制冰機(jī)后，對(duì)柴油機(jī)油耗影響極小，幾乎可以忽略。

b.柴油機(jī)在制冰過(guò)程中功率不宜過(guò)大，在90kW～100kW時(shí)，柴油機(jī)功率的波動(dòng)對(duì)制冷機(jī)工作影響較小，制冰機(jī)工作較為穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了最佳的匹配。

c.環(huán)境溫度對(duì)制冰量有較大影響，隨著環(huán)境溫度的降低，制冰量會(huì)顯著增加。

因此，對(duì)柴油機(jī)尾氣的再利用，可以很大程度上減少漁民對(duì)漁產(chǎn)品成本的投入，同時(shí)又可以提高主機(jī)的綜合熱效率，從而提高能源的利用效率，達(dá)到節(jié)能減排的效果，適應(yīng)當(dāng)代社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)，具有很好的發(fā)展前景。但是，本文在制冰量方面還需進(jìn)一步思考和探究，如溶液進(jìn)口溫度、蒸氣溫度等對(duì)制冰量的影響，同時(shí)通過(guò)數(shù)值模擬，對(duì)比理論數(shù)值與實(shí)際數(shù)值，確定制冰量的其他影響因素是下一步需要進(jìn)行的工作。

[1] 王錫衍.我國(guó)漁船制冷現(xiàn)狀與展望[J].制冷學(xué)報(bào),1994(2):28-34.

[2] 張晉彪.利用柴油機(jī)余熱吸收式制冰系統(tǒng)的研究[D].大連:大連海事大學(xué),2008:1-7.

[3] 丁運(yùn)費(fèi),冀兆良.氨制冷劑在空調(diào)冷源中的應(yīng)用前景分析[J].制冷學(xué)報(bào),2000,47(1):43-46.

[4] 徐士鳴.吸收式制冷循環(huán)及制冷工質(zhì)研究進(jìn)展(I)[J].流體機(jī)械,1999(2):57-61.

[5] 郭慶堂,吳進(jìn)發(fā).實(shí)用制冷工程手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑出版社,1994.

The experimental inquiry on the ice making with host waste heat of the ship

ZHAO Xiaonan1, ZHANG Yulian1,2

(1.Zhejiang Ocean University, Zhejiang Zhoushan, 316022, China)

(2.Key Laboratory of Offshore Engineering Technology of Zhejiang Province, Zhejiang Zhoushan, 316022, China)

Based on the absorption ice machine, it uses the marine diesel engine exhaust and exhaust waste heat to make ice experiment. It analyzes the ice machine on the influence of diesel engine and diesel engine power, evaluates the environmental temperature on the influence of the amount of ice, gets a lot of experimental results. Based on the experimental results, it presents the characteristics and regularity of diesel exhaust waste heat cooling.

marine diesel engine; exhaust gas residual heat; absorption refrigeration; experimental study

10.3969/j.issn.2095-509X.2015.03.015

2015-01-27

趙曉男(1990—)，男，山東聊城人，浙江海洋學(xué)院碩士研究生，主要研究方向?yàn)楹Ｑ鬂O船主機(jī)余熱制取流化冰裝置的開(kāi)發(fā)。

TH181

B

2095-509X(2015)03-0069-04