利用船舶主机余热制冰的实验探究

赵晓男，张玉莲,2

(1.浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院，浙江 舟山 316022)

(2.浙江省近海海洋工程技术重点实验室，浙江 舟山 316022)

利用船舶主机余热制冰的实验探究

赵晓男1，张玉莲1,2

(1.浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院，浙江 舟山 316022)

(2.浙江省近海海洋工程技术重点实验室，浙江 舟山 316022)

基于吸收式制冰机,利用船舶柴油机尾气进行了尾气余热制冰实验。考察了制冰机对柴油机工作的影响及柴油机功率、环境温度等因素对制冰量的影响，得到大量实验结果，通过对实验结果进行分析，得出了柴油机尾气余热制冷特点及规律。

船舶柴油机；尾气余热；吸收式制冷；实验研究

现在海洋水产捕捞作业离陆地较远，连续作业时间长，因此对海产品进行冷藏保鲜必不可少。传统的渔船带冰保鲜方式，存在用冰量大、保鲜期短、渔获产品的保鲜质量不稳的缺点，已不能满足深远海渔船连续作业的需要[1]。目前大多渔船配备的压缩式制冷系统，工作时需耗费大量的能源,不但增加了捕鱼成本，也限制了渔船的发展。船舶柴油机尾气余热温度可达250℃以上，如果直接排向大气，将会造成能源的白白浪费。而另一种制冷方式——吸收式制冷，加热温度在100℃～150℃就能运转，如能利用船舶柴油机尾气的余热驱动这种系统为渔船制冷，对渔船的节能降耗将有重要的意义[2]。本文利用泰山华能制冷有限公司TWL-2C型吸收式制冷机，对船舶柴油机尾气余热制冰进行实验研究。

1 实验装置及制冷机工作原理

1.1实验装置组成

发动机：玉柴YC6T-450C，额定功率330kW，转速1 500r/min，缸数/缸径/行程6×145mm×165mm，总排量16.35L，压缩比15.5∶1，平均有效压力1 615kPa。

尾气制冰机：TWL-2C，制冷量23kW，泰山集团泰安华能制冷有限公司。

燃油流量计：智能型涡轮流量计，型号LWY-6，精度等级1级，郑州华信流量仪表有限公司。

燃油牌号：0# ，密度0.841 2g/cm3。

实验装置结构如图1所示，柴油机排气管和制冰机进气口处安装烟门转换开关，并安装一压力表，通过可调烟门可以选择连通和关闭制冰机。

1.2制冷机工作原理

如图2所示，本吸收式制冷装置实验台主要包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器4个典型设备。工作介质包括获取制冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二者组成工质对[3]。浓氨水溶液在发生器中被加热，分离出一定流量的冷剂蒸气进入冷凝器中，冷剂蒸气在冷凝器中被冷却，并凝结成液态；液态冷剂经过节流降压，进入蒸发器，在蒸发器内吸热蒸发，产生冷效应，冷剂由液态变为气态，再进入吸收器中[4]；另外，从发生器流出的稀溶液经换热器和节流降压后进入吸收器，吸收来自蒸发器的冷剂蒸气，吸收过程产生的浓溶液由循环泵加压，经换热器吸热升温后，重新进入发生器，如此循环制冷[5]。

2 尾气余热制冰试验研究

2.1制冰机对柴油机的影响

在外界环境不变的情况下，测试数个不同功率的柴油机尾气通过制冰机和直排对其工作的影响，相关实验数据见表1。

由实验数据可以看出，尾气过制冰机和直排约有0.1L/h的油耗差，即0.6g/(kw·h)，该油耗差是由子排气背压不同造成的，YC6T-450C柴油机的最低油耗为195g/(kW·h),本次实验测得实际油耗约为220g/(kW·h),折算成功率损耗约为0.4kW，TWL-2C正常工作所需功率为2.2kW(用于驱动溶液泵),而TWL-2C正常工作的热功率为23kW，所以利用尾气制冰的节能效益是很明显的。

从结果还可推断，随着柴油机功率的增加，排气温度提高，尾气只需要部分经过制冰机的发生器，就可以满足制冰机正常工作所需热量。这时通过对烟门位置的适当调节，减小排气背压，可在保证冷藏需要的情况下，使尾气过制冰机和直排的油耗差更小。

2.2制冰量对柴油机功率的影响

同样环境条件下，柴油机功率不同，排放的尾气性能也不同，分别测量柴油机功率为90kW和120kW时的连续5组实验结果并求平均值，见表2和表3。

通过实验数据可知，柴油机功率在90kW和120kW的情况下，制冰量相差不大，而且在120kW功率情况下，制冰机已至最大负荷，由此可以确定TWL-2C制冰机和YC6T-450C柴油机配套时，在尾气全部经过制冰机的情况下，柴油机功率在90kW～100kW时，制冰机工作较为稳定。

2.3制冰量对环境温度的影响

由于吸收式制冷机利用的是温差能，所以外界环境的温度对尾气能量的利用有重要的影响，在功率一定的情况下，分别测量环境温度在26℃和8℃时连续5组实验结果并求平均值，见表4和表5。

通过以上试验可以看出，在尾气热量变化不大的情况下，制冰量跟环境温度有较大关系，随着环境温度的降低，制冰机低压压力降低，从而使蒸发温度降低，制冰量有明显增加。

3 结束语

主机废气具有非常高的利用价值,而海水是优良的载冷剂,吸收式制冷机一般的加热温度是100℃～150℃,这远远低于船舶排气的温度,已满足吸收式制冷系统运行的能量条件。通过制冰试验，本文从3个方面探究了利用船舶主机余热制冰对现实渔船作业的重要意义：

a.柴油机尾气通过制冰机后，对柴油机油耗影响极小，几乎可以忽略。

b.柴油机在制冰过程中功率不宜过大，在90kW～100kW时，柴油机功率的波动对制冷机工作影响较小，制冰机工作较为稳定，实现了最佳的匹配。

c.环境温度对制冰量有较大影响，随着环境温度的降低，制冰量会显著增加。

因此，对柴油机尾气的再利用，可以很大程度上减少渔民对渔产品成本的投入，同时又可以提高主机的综合热效率，从而提高能源的利用效率，达到节能减排的效果，适应当代社会的发展趋势，具有很好的发展前景。但是，本文在制冰量方面还需进一步思考和探究，如溶液进口温度、蒸气温度等对制冰量的影响，同时通过数值模拟，对比理论数值与实际数值，确定制冰量的其他影响因素是下一步需要进行的工作。

[1] 王锡衍.我国渔船制冷现状与展望[J].制冷学报,1994(2):28-34.

[2] 张晋彪.利用柴油机余热吸收式制冰系统的研究[D].大连:大连海事大学,2008:1-7.

[3] 丁运费,冀兆良.氨制冷剂在空调冷源中的应用前景分析[J].制冷学报,2000,47(1):43-46.

[4] 徐士鸣.吸收式制冷循环及制冷工质研究进展(I)[J].流体机械,1999(2):57-61.

[5] 郭庆堂,吴进发.实用制冷工程手册[M].北京:中国建筑出版社,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

赵晓男(1990—)，男，山东聊城人，浙江海洋学院硕士研究生，主要研究方向为海洋渔船主机余热制取流化冰装置的开发。

TH181

B

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