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        工程機械尾氣余熱回收制冷探析

        2020-09-10 05:53:45袁吉
        內燃機與配件 2020年22期
        關鍵詞:工程機械發(fā)動機

        袁吉

        摘要:工程機械發(fā)動機功率較大,而效率較低,大量的能量以尾氣廢熱排入大氣,不僅造成了能量浪費,也帶來了熱污染。工程機械作業(yè)環(huán)境比較惡劣,本文以徐工RP603攤鋪機為例,考慮利用尾氣廢熱為能源,采用溴化鋰吸收制冷,改善工作環(huán)境,進一步提高發(fā)動機的能源利用率。

        關鍵詞:發(fā)動機;工程機械;尾氣余熱;溴化鋰吸收制冷;攤鋪機

        中圖分類號:TK115? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:1674-957X(2020)22-0063-02

        0? 引言

        大多數(shù)工程機械依靠柴油發(fā)動機驅動,而且工程機械用柴油機的功率都很大,柴油機中燃油燃燒會放出大量的熱量,但在能量轉換過程中,只有一部分轉換為有效功,其余的能量以熱損失和機械損失散失在周圍大氣中。柴油機的熱效率一般為30-40%,產(chǎn)生的大量廢熱主要以300-600℃的高溫尾氣形式排入大氣[1-3]。這將造成大量的能量浪費,對周圍環(huán)境也會造成熱污染。加強廢熱利用勢在必行。

        以RP603瀝青混合料路面施工的攤鋪機為例,為了保證攤鋪質量,瀝青混合料的攤鋪往往在春末夏初進行,氣溫大約在30℃,攤鋪機作業(yè)過程中,瀝青混合料的溫度大約為170℃,操作室溫度受熱瀝青混合料的影響,可以達到50℃以上[4]。在這種高溫環(huán)境下作業(yè),作業(yè)效率和作業(yè)質量容易受到影響,甚至導致作業(yè)人員中暑[5]。瀝青混合料攤鋪機的操作室是開放式的,攤鋪好的瀝青及瀝青蒸汽對操作人員的身體健康有一定影響。因此,通過加裝駕駛室并以柴油機尾氣廢熱為能源,采用溴化鋰制冷機進行制冷來改善操作人員的工作環(huán)境是一個有效的解決方案。

        利用溴化鋰制冷機,以尾氣排放廢熱作為熱源,進行制冷,將有效解決能源浪費和熱污染這兩個問題。溴化鋰制冷機是目前世界上常用的吸收式制冷機種。在接近真空條件下,水的沸點變低(4℃),溴化鋰吸收式制冷機以水為制冷劑,溴化鋰水溶液為吸收劑,制取0℃以上的低溫水,多用于中央空調系統(tǒng)。以75℃以上的熱水作為熱源,因而在廢熱、太陽能利用中發(fā)揮著重要作用。雙效溴化鋰制冷機組發(fā)生器內溴化鋰溶液一般為150-200℃,單效溴化鋰制冷機組發(fā)生器內溶液溫度一般為90-100℃。柴油機尾氣溫度一般在300-600℃,所以可以作為雙效溴化鋰制冷機組的熱源??傻玫?5℃的熱水和7℃的冷水,使尾氣廢熱得到高效綜合利用。

        1? 國內外研究現(xiàn)狀

        目前,已有很多學者和工程技術人員在這一方面做了一些研究。李可順、陸紫生[6]設計、研究并測試了一種新型的集成循環(huán),并給出了在特定條件下的一些最佳工作參數(shù);李永光,王菁,白曾凱等[7]為了將余熱回收與溫差發(fā)電技術結合起來,建立了一套熱回收系統(tǒng),在回收熱的同時還可以發(fā)電,并應盡量使溫差發(fā)電片冷熱兩端溫差在大于30℃的工況下運行,此時電量和熱量回收效率均較高;李慧君等[8]的研究成果既實現(xiàn)節(jié)能降耗,又能減少對環(huán)境的熱排放及污染,熱泵+熱網(wǎng)加熱器方案不僅節(jié)能,投資回收年限短,經(jīng)濟性好且環(huán)保,為有供暖負荷的電廠改造提供了參考;周興法等[9]提出一個新型太陽能無泵溴化鋰吸收式制冷空調系統(tǒng),具有運行安靜、體積小、節(jié)能、可回收冷卻熱等優(yōu)點,是太陽能吸收式制冷系統(tǒng)小型化的一個重要發(fā)展方向。何嘉鵬,方賢德等[10]通過中間壓力對雙級溴化鋰制冷循環(huán)熱力系數(shù)影響的分析,提出最佳中間壓力的計算方法,可簡化和優(yōu)化雙級溴化鋰制冷循環(huán)的熱力計算,使其獲得最高熱力系數(shù),并能對運行操作提供一個中間壓力的參考值。目前,尚無利用尾氣廢熱,將溴化鋰制冷用于工程機械工作環(huán)境改善方面的研究成果,因此,本文將以工程機械尾氣廢熱為能源,利用溴化鋰制冷機為工程機械操作室制冷(冬季供熱)來提高能源利用效率,改善操作人員的作業(yè)環(huán)境進行研究,為工程機械的人機工程設計提供參考。

        2? 實施方案

        柴油發(fā)動機消耗燃料過程中,只有30-40%的能量轉換為機械能,還有40%的能量會隨著尾氣排放到大氣中,且排氣溫度在300-600℃,其余的能量通過散熱器散失到空氣中。那么以一臺RP603攤鋪機為例,發(fā)動機功率為129kW,可見通過排氣管浪費掉的功率也應該在120kW左右。如果能將廢熱的全部或部分能量轉換為對生產(chǎn)生活有用的能量,其社會經(jīng)濟效益將非常可觀。譬如用于操作室進行制冷或采暖、發(fā)電等。本文擬采用廢熱作為系統(tǒng)熱源,借助溴化鋰吸收制冷機為攤鋪機的操作室制冷。

        溴化鋰制冷機以水作為制冷劑,溴化鋰作為吸收劑的一種冷水制冷機,用水的蒸發(fā)潛熱進行制冷,其工作原理如圖1所示。

        水在密封的蒸發(fā)器中,將蒸發(fā)器內氣壓降至6mmHg,這種情況下水的沸點降低為4℃,冷水回水管(管內流動的是冷媒水)經(jīng)過蒸發(fā)器,使蒸發(fā)器中溫度升高,加快水的蒸發(fā),水在蒸發(fā)時從冷水管及管內冷水吸收熱量,使管內冷水溫度降低,降溫后的冷水沿管道循環(huán)進入操作室,吸收操作室熱量,達到制冷目的。蒸發(fā)器中產(chǎn)生的水蒸氣進入吸收器。

        吸收器中通有冷卻水管,水蒸氣遇到冷卻水管,凝結成小水滴,被吸收器中高濃度的溴化鋰溶液(以下簡稱強溶液[11])吸收,溴化鋰的強溶液吸收水蒸氣變?yōu)闈舛认鄬^低的稀溶液(以下簡稱弱溶液[11]),弱溶液被泵送到發(fā)生器中。

        利用尾氣廢熱對發(fā)生器進行加熱,使弱溶液中的水被快速蒸發(fā),使弱溶液變成強溶液,重新生成的強溶液經(jīng)過熱交換器與弱溶液(由吸收器流往發(fā)生器)進行換熱后回到吸收器中,發(fā)生器中的水蒸氣進入冷凝器中。

        通過計算可知,利用尾氣廢熱和溴化鋰吸收制冷機為攤鋪機操作室進行制冷,其COP較低,其主要原因是廢熱量較大,而制冷量相比較而言又較小導致的。如果將制冷沒有利用的廢熱進行發(fā)電,可進一步提高其COP值。

        3? 結語

        以發(fā)動機排氣廢熱為能源,借助溴化鋰制冷機為攤鋪機的操作室進行制冷,是高效利用廢熱,改善工人作業(yè)環(huán)境的有效方案。因為工程機械所用柴油發(fā)動機功率都比較大,所以尾氣廢熱的可利用功率也比較大,所以此方案有以下特點:①可用于所有以柴油機驅動的工程機械上;②除了制冷外,還可用于采暖、發(fā)電;③為工程機械的人機環(huán)境系統(tǒng)設計提供參考。

        參考文獻:

        [1]王娟,王俊.汽車尾氣余熱回收利用裝置探索[J].農(nóng)機使用與維修,2020(05):26.

        [2]馬宗正,張昊明,楊安杰,等.尾氣溫差發(fā)電系統(tǒng)設計及其試驗研究[J].機械設計與制造,2017(1):130-133.

        [3]袁正英.柴油機尾氣驅動的熱管廢熱溴化鋰制冷機獲得成功[J].南京化工大學學報(自然科學版),2001(03):59.

        [4]http://news.21-sun.com/detail/2016/08/2016080209015757.shtml.

        [5]http://sd.dzwww.com/sdnews/201707/t20170725_16205144.

        htm?pc.

        [6]李可順,陸紫生.船舶余熱驅動制冷-發(fā)電系統(tǒng)的設計與性能測試[J].船舶工程,2019,41(S2):225-228,260.

        [7]李永光,王菁,白曾凱.可同時發(fā)電的余熱回收系統(tǒng)與試驗研究[J].熱能動力工程,2019,34(04):135-139.

        [8]李慧君,李宇飛.基于排汽余熱回用型凝汽器的機組經(jīng)濟性分析[J].汽輪機技術,2019,61(02):136-138,142.

        [9]周興法,謝應明,謝振興.太陽能單效溴化鋰吸收式制冷空調技術研究現(xiàn)狀[J].流體機械,2014,42(07):58-64.

        [10]何嘉鵬,方賢德.雙級溴化鋰制冷循環(huán)的中間壓力分析[J].太陽能學報,1997(01):77-80.

        [11]陳光明,石玉琦.吸收式制冷(熱泵)循環(huán)流程研究進展[J].制冷學報,2017,38(04):1-22.

        [12]蘇業(yè)勤.柴油機燃燒產(chǎn)物比熱的經(jīng)驗公式[J].內燃機工程,1980(S1):74-76,86.

        [13]http://www.ap1700.com/Show16346Vatemp!623.15!1.htm.

        [14]https://wenku.baidu.com/view/a79040a70029bd64783e2c42.html.

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