渔船尾气余热驱动的氨水吸收式制冷系统.doc

渔船尾气余热驱动的氨水吸收式制冷系统陈亚平，林陈敏，田莹摘要：为了回收一部分吸收热，提出了一种溶液冷却吸收方法，用吸收器中的浓溶液冷却吸收器的前部，从而改善氨水吸收式制冷循环。因为部分浓溶液在溶液热交换器的出口，锅炉入口温度升高，同时减小了热源的损耗。计算结果表示：改进后的循环COP值大约为28.3%，比传统的典型方法效率高，而且比传统方法减少了总的热交换器面积。相比同样条件下的吸收量，新的吸收循环制冷力比传统的要多两倍。改进的由柴油机废气驱动的制冷机能够提供充足的冷量用于保存鱼类产品。关键词：氨水吸收式制冷机、溶液冷却吸收器、废热回收、热质交换、COP引言在我国，近海捕鱼的中小型渔船一般是带冰作业。带冰作业不仅增添了渔民的经济负担，而且因带冰保鲜的时间较短，需要频繁来往于渔场和基地，因而增加了渔船柴油机的功耗。船舶柴油机的热效率一般只有3040约30的热量以高温烟气的形式排入大气，其它热量被柴油机冷却水等带走，造成了极大的浪费。利用柴油机余热驱动吸收式或吸附式制冷机可在不增加柴油机油耗情况下，回收尾气余热实现制冷，以满足渔民的需求。目前市场上已经出现了利用渔船尾气的固体吸附式制冷机，但吸附式制冷由于解吸和吸附过程均需要一定的时间，不能实现连续制冷。通常需要采用两台吸附床并联交替工作，由于吸附剂为固体，内部传热只能采用导热方式，换热能力较差，系统的制冷性能系数COP值不高，成本较高。氨水吸收式制冷系统对于渔船尾气制冷保鲜可能是一种更为经济而有效的方案，值得进行深入研究。1 氨水吸收式制冷循环与压缩式制冷循环一样，氨水吸收式循环也是靠制冷剂(氨)的蒸发吸收低温环境的热量而制冷的，气态制冷剂不是靠压缩机压缩后冷凝成液体，而是利用稀氨水对氨气的强烈吸收作用吸收生成浓氨水溶液，再用泵升压后将氨气从溶液中解吸出来，经冷凝后供循环使用。吸收循环的效率与发生过程和吸收过程之间的回热完善度有直接关系。图1为单级氨水吸收式制冷的P-t图，上下两条边分别是发生过程和吸收过程，传统的回热方法是利用溶液热交换器将右边降温过程放出的热量加热左边的升温过程。一种被称为GAX循环(Generator Absorber Heat Exchange Cycle)的新型循环如图2所示。近年来受到广泛的关注。该循环在溶液回路中设有热交换器，其回收吸收过程排放的热量作为发生过程的热量。可以获得较大的放气范围。从而大幅度提高制冷循环的热力系数。文献6通过计算和分析认为GAX吸收式制冷系统由于使用了内部的回热器，增加了系统内部热交换，可以利用较少的外部热源获得较大的制冷量，从而提高了系统的性能系数。文献4对单级氨水吸收式制冷循环和GAX循环进行了计机模拟，在TH为120、TM为25、TL为5的情况下上述两个循环的制冷系数分别为0589和0776，GAX循环高出317。GAX循环的应用条件首先要求是热源温度要较高。其次蒸发温度不能过低。作者发现在众多涉及GAX循环的文献中所讨论的制冷范围都在0以上。然而氨水吸收式制冷机主要是利用其制取低于0的冷量，0以上的空调工况可以采用效率较高的溴化锂吸收式制冷机。但随着蒸发温度的降低，发生过程与吸收过程在温度上就将不再有重叠，此时采用溶液冷却吸收(SCA)和溶液加热发生(SHG)是更为合理的选择。该循环流程如图3，它的吸收器出口浓溶液经泵升压后先进入溶液冷却吸收器中冷却，然后再进入一个逆流溶液热交换器中与稀溶液换热，因自身温度起点较高，其出口状态1a将进入两相区，即靠稀溶液的加热实现了部分发生，这样就减少了发生过程对外界热源的需求量，制冷性能系数COP增大。在装置结构上，溶液冷却吸收段可以包含在吸收器壳体内，也可独立出来；而溶液加热发生段则宜包含在溶液热交换器内。溶液冷却吸收循环是个十分经济的循环，不仅可提高循环效率，而且从使用换热器面积来看，相同单位换热器面积可同时得到冷却和加热的双份效果，从而最终减少了与外界流体热交换的面积，减少了机组总的换热面积。2渔船尾气氨水吸收式制冷系统我们对传统氨水吸收式制冷循环进行了改进，提出了如图4所示的循环流程。由于柴油机尾气温度较高。有条件采用效率较高的溶液冷却吸收循环流程，该氨水吸收式制冷机的效率很高。其性能系数COP可达05以上。而在同样条件下，现有吸附式方案的性能系数COP只有02左右。这意味着该技术方案可以克服现有吸附式方案不能完全靠尾气制冷而还需带冰的缺陷。采用由翅片管和两级集管组成翅片管束发生器方案，具有结构简单和效率较高的特点；管内直接通入氨水溶液。使之在翅片管束发生器与精馏塔中构戒囊然对滤循强。它比通过中间介质或热管来传递热量的方案效率高且成本降低。由于在采用溶液冷却吸收技术，不能同时再采用溶液冷却精馏分凝器的方案。因此精馏所需氨液由冷凝器中设置集液盘的外回流方式供应。这不仅减少了换热器的数目，省去l台内回流分凝器(需要定期清洗的海水换热器)，而且因集液盘位置较高，可利用重力供液，还可省去l台氨液泵；由于集液盘收集的凝结液量所占的比例是固定的。可自动保证合适的回流比，不必再用其它调节方式。因而简化了系统流程和操作。本方案的吸收器内融入了溶液冷却吸收器的传热面(上管束)，实现了吸收过程的逆流传热布置。吸收器与冷凝器一样采甩管壳式换热器是为了方便对海水侧传热表面(管内)作定期清洗。过冷器和溶液热交换器采用螺旋板式换热器。不仅紧凑，而且解决了其它小型换热器难以实现逆流传热的困难；溶液热交换器包含了溶液加热发生段所需的传热面在螺旋板式换热器的中心半圆腔室内正好可实现汽液分离，氨气和氨溶液分从上下半圆端盖上的接管流出。蒸发器采用直接蒸发方式，即将制冷机产生的液氨供应渔船冷库的冷风机、盘管，可简化系统，降低成本运行费用，并可提离效率。上述新型方案已申请国家发明专利。3.算例分析设计条件始下：制冷量QR为12 kW；冷却水温度TK为30，冷却水并联流入冷凝器和吸收器；尾气出口温度为190，发生器节点温差为20。根据图4计算出氨水吸收式制冷循环各点参数值，见表l；设备热负荷计算，见表2。取精馏效率0.8，散热系数为0.95。制冷机的热平衡与性能系数：qc+qr=3 187kJ/kg，qA+qH+qRF=3223.04 kJ/kg，热平衡相对误差为11；性能系数CDP为0579。如果不采用溶液冷却吸收循环(传统循环)，作者计算出其qG为2 4933 kJ/kg，COP为0468。可以看出新型循环比传统循环的COP高23.5%。在文献1的吸附式循环算例中，制冷量为12 kW，烟气放出热量为71.2 kW，COP为0.17。两从本算例数据可以得出发生器热负荷为20.18 kW。远远小于71.2 kW。故在同等条件下新型氨水吸收式循环效率远高予吸附式循环。4.结语渔船柴油尾气余热品位较高且量大，具有很大的回收利用价值，利用渔船尾气制冷