溴化鋰吸收式制冷空調(diào)在船舶上的節(jié)能應(yīng)用

目前，船舶主要?jiǎng)恿υ礊椴裼蜋C(jī)，而柴油機(jī)熱效率一般為40%左右，燃油產(chǎn)生的熱量大部分作為余熱由柴油機(jī)煙氣和冷卻水排出。如何利用好柴油機(jī)余熱成為船舶節(jié)能降耗的主要問(wèn)題。溴化鋰吸收式制冷空調(diào)作為一種熱源驅(qū)動(dòng)的制冷裝置，恰好可應(yīng)用船舶柴油機(jī)的余熱進(jìn)行工作，進(jìn)而可降低船舶的能耗和柴油機(jī)的排放量。本文以某工程船為例，介紹船舶柴油機(jī)應(yīng)用溴化鋰吸收式制冷空調(diào)，從而降低船舶能耗的情況。

1 工作原理

溴化鋰制冷是利用溴化鋰溶液的強(qiáng)吸收性和水在低壓狀態(tài)下的低溫蒸發(fā)性的特性進(jìn)行工作。

溴化鋰吸收式制冷空調(diào)主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、換熱器、循環(huán)泵等幾部分組成。在溴化鋰吸收式制冷機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)溴化鋰水溶液在發(fā)生器內(nèi)受到熱媒水的加熱后，溶液中的水不斷汽化；隨著水的不斷汽化，發(fā)生器內(nèi)的溴化鋰水溶液濃度不斷升高，進(jìn)入吸收器；水蒸氣進(jìn)入冷凝器，被冷凝器內(nèi)的冷卻水降溫后凝結(jié)，成為高壓低溫的液態(tài)水；冷凝器內(nèi)的水通過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入低壓的蒸發(fā)器時(shí)，急速膨脹而汽化，并在汽化過(guò)程中大量吸收蒸發(fā)器內(nèi)冷媒熱量，從而達(dá)到降溫制冷的目的；在此過(guò)程中，低溫水蒸氣進(jìn)入吸收器，被吸收器內(nèi)的濃溴化鋰水溶液吸收，溶液濃度逐步降低，再由循環(huán)泵送回發(fā)生器，完成整個(gè)循環(huán)。在工作循環(huán)中，除需驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵、真空泵等裝置的少量電力外，裝置制冷所需主要能量為用來(lái)加熱溴化鋰溶液的熱能。而作為一般船舶主動(dòng)力源的柴油機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生的大量廢熱正好能為溴化鋰吸收式制冷空調(diào)提供驅(qū)動(dòng)熱源。吸收式制冷空調(diào)基本組成及工作原理見圖1。

1-發(fā)生器；2-冷凝器；3-節(jié)流閥；4-蒸發(fā)器；5-冷劑泵；6-溶液泵；7-吸收器；8-減壓閥；9-熱交換器圖1 吸收式制冷空調(diào)基本組成及工作原理

2 案例簡(jiǎn)介

該船為具有DP-2級(jí)動(dòng)力定位功能的海洋工程船，定員93人，采用電力推進(jìn)，動(dòng)力源為4臺(tái)GE 8L250MDC柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)組，柴油機(jī)額定功率為2 500 kW。額定功率下，該柴油機(jī)可利用余熱為缸套水和廢氣中的熱量，約1 200 kW。

為了充分利用柴油發(fā)電機(jī)組的余熱，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的，該船配置了一套柴油機(jī)余熱利用系統(tǒng)。該系統(tǒng)由4臺(tái)主柴油發(fā)電機(jī)組高溫冷卻淡水換熱器、4臺(tái)廢氣鍋爐組成熱源。系統(tǒng)采用淡水為能量傳輸介質(zhì)，通過(guò)一套根據(jù)溫度、流量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的分配器，將熱量分別輸送給溴化鋰吸收式中央空調(diào)制冷系統(tǒng)、海水淡化系統(tǒng)、生活熱水加熱系統(tǒng)等各熱量消耗單元。其中溴化鋰吸收式中央空調(diào)制冷系統(tǒng)是系統(tǒng)中耗能最大的設(shè)備。

該船空調(diào)制冷系統(tǒng)原理圖見圖2，系統(tǒng)由溴化鋰吸收式制冷單元、備用壓縮機(jī)制冷單元、冷媒水輸送泵以及用戶風(fēng)機(jī)盤管組成。溴化鋰吸收式制冷單元在航行和作業(yè)工況下使用。備用壓縮機(jī)制冷單元在停泊狀態(tài)使用，或作為溴化鋰單元的備用。

圖2 該船空調(diào)制冷系統(tǒng)原理圖

由于該船安裝了上述溴化鋰吸收式制冷空調(diào)，所以在夏季航行或作業(yè)工況下，該船的余熱利用系統(tǒng)可將主柴油發(fā)電機(jī)組的余熱轉(zhuǎn)化為溴化鋰吸收式制冷空調(diào)的驅(qū)動(dòng)能源。從而實(shí)現(xiàn)船舶節(jié)能、降耗的目的。

該溴化鋰吸收式制冷單元制冷量404 kW。其所需能源，除單元泵浦需要10 kW電力外，主要能源為約600 kW驅(qū)動(dòng)熱能。使用電動(dòng)壓縮機(jī)式制冷空調(diào)實(shí)現(xiàn)同等制冷量，則需要消耗約88 kW船舶電力。按該船每年夏季航行、工作約為100天、主柴油發(fā)電機(jī)組油耗為200 g/kW·h計(jì)算，則可知使用溴化鋰吸收式制冷空調(diào)可為該船每年節(jié)省燃油37.4 t。

從能源利用率角度來(lái)看，該船一般2臺(tái)主發(fā)電機(jī)組按額定功率運(yùn)行，即可滿足該溴化鋰空調(diào)制冷所需的約600 kW熱能，即相當(dāng)于每臺(tái)主發(fā)電機(jī)組增加了300 kW有效功率。按主柴油發(fā)電機(jī)組額定負(fù)荷2 500 kW、燃油消耗率 200 g/kW·h、柴油熱值42 700 J/g計(jì)算，使用余熱驅(qū)動(dòng)的溴化鋰空調(diào)可使主柴油發(fā)電機(jī)組的熱效率從42%提升至47%。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述案例可見，溴化鋰吸收式制冷空調(diào)在船舶上的應(yīng)用可有效提高船舶柴油機(jī)余熱利用率，從而提高船舶的節(jié)能減排效果，是一種值得推廣的船舶節(jié)能減排技術(shù)。

該型空調(diào)雖然在船舶節(jié)能降耗方面有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，但是較陸地上成熟的應(yīng)用，其在船舶應(yīng)用上還需特別注意以下要點(diǎn)：①不同于陸地，航行的船舶始終處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)于需要液面蒸發(fā)的溴化鋰工作介質(zhì)非常不利；②溴化鋰空調(diào)蒸發(fā)室需要有足夠的真空度，而船舶高濕、高鹽的環(huán)境，以及船舶運(yùn)動(dòng)振動(dòng)狀況，無(wú)疑都對(duì)設(shè)備的密封性產(chǎn)生影響。

綜上所述，選用船舶上應(yīng)用的溴化鋰吸收式空調(diào)，務(wù)必確認(rèn)所選設(shè)備為船用型號(hào)。