以船舶柴油机冷却水余热为热源的TFE_TEGDME吸收式制冰系统

第 34 卷第 7 期 2013 年 7 月 工 程 热 物 理 学 报 J O U R N A L O F E N G IN E E R IN G T H E R M O P H Y S IC S V 6 1.34 J u l. N 0 .7 20 1 3 以船舶柴油机冷却水余热为热源的T F E /T E G D M E 吸收式制冰系统 高洪涛 鞠晓群 毛宝龙 (大连海事大学制冷与低温工程研究所, 辽宁 大连 116 026) 摘 要 T F E /T E G D M E( 三氟乙醇/二甲醚四甘醇) 作为吸收式制冷工质对有如下优势: 安全环保 !无结晶问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 !沸点 差大 , T FE 沸点低 , T EG D M E 热稳定性好 , 在高温下仍具有很强的吸收性能等 "本文以船舶柴油机冷却水余热作为 热源进行吸收式制冰研究. 船舶柴油机冷却水温度在 80o C 左右 , 高于 T FE 的沸点 , 且 T FE 的蒸发温度可以达到零 下 , 因此利用该系统制冰理论上可以实现. 本实验中当发生器加热温度为 70o C , 加热功率为 1.1 kw , 冷却水进口温度 为 go C 时 , 蒸发温度可达到 oo C 左右 , 热力系数为 0. 33 左右 .冷却水进口温度升高时 , 吸收器出口溶液温度升高 , 冷 凝温度升高 , 溶液浓度差减小; 发生器加热温度升高时 , 出口稀溶液温度升高 , 吸收器压力降低; 溶液循环量增加时 , 机组制冷量增加 ,溶液循环量为9 kg加 in 时 ,制冷量最大 ,循环量继续增加时, 制冷量略有下降, 即溶液循环量有一最佳值 " 关键词 T FE /T EG D M E ; 船舶柴油机冷却水 ;吸收式制冰系统 中图分类号: T K 123 文献标识码: A 文章编号: 0253一23lX (20一3)07一1204一05 T F E /T E G D M E A bsorption Iee M ak ing Sy stem U Sing C o o lin g !V h te r o f D ie s e l E n g in e G A O H on g一Ta o JU X iao一Q un M A O B ao一Long (In s七j七u乙e ofR efr jgeratlon & C 砂叨笋njcs En 乡ne州 ng , D al fan M ar了七了zn e Un 至vers sty, D al jan 116026 , 俄主na) A bstrac t T F E /T E G D M E as absorption refr igeration wo rking pairs has m a理 adva ntages: safe t弘 en v ir o n m e nt a lly fr ien d ly, h av in g la rg e d iffe rerze e a t th e b o ilin g p o in t , low b o ilin g P o in t o f T F E , fi n e th e rm a l sta b ility a n d a b so rb en e y o f T E G D M E a t h ig h te n ip era tu re . Re se a reh e s we re e o n d u e te d o n a b so rP tio n iee m a k in g sy stem u sirlg eo o lin g w a ter o f d iese l e xzg in e as h ea t so ur ee . T h e te m p e ra tl一re o f eo o lin g w a ter o f d iese l e n g in e 15 a b o !It S O O C , h ig h er th a n th e b o ilin g p o in t o f T F E , a lld th e eva P o ra tio n tem P e ra tu re o f T F E ea n re a eh b e low z ero , 50 th e a b so rP tio n re fr ig e ra tio n sy stem ea n b e u sed to P ro d u ee ie e th e o retie a lly. U n d er th e eo n d itio n s o f h ea tin g tem P e ra tu re 7 0 0C , h e a tin g P o w e r 1 .1 k w , eo o lin g w a ter tem P era tux e g oC , e va P o ra tio n te m P era tu re o f th e ex P e rim en ta l u n it re a eh ed O oC , th erm a l eo effi e ie n t w a s a b o u t 0 .3 3 . W lien eo o lin g w a ter te m P e ra tu re rises , th e a b so rb er o u tle t so lu tio n ,5 te m P e ra tu re rise s, eo n d e n sin g tem P e rat u re a lso rise s w h ile th e d iffe ren ee o f so lu tio n eo n een tra tio n d eere a ses . W h e n th e h ea tin g tem p e ra tu re rises , th e o u tlet we a k so lu tio n ,s te m P e ra tu re rise s, th e a b so rP tio n P re ssu re d eere a ses. W lle n ey e lin g fl o w ra te o f so lu tio n rise s, th e refr igerating eapaeity rises firstly, and aft er reaehing at 9 kg/m iii of eyeling flow , the refrigerating ea P a eity d ee re as es w ith ey e lin g fl o w ra te in ste ad , 50 it h a s a n o P tim u m va lu e fo r th e e x p erim en ta l u n it. K ey wo rds T F E /T E G D M E ; eooling w ater ofdieselengine; absorption iee一m aking system 0 引 言 我国是世界上渔船数量最多的国家 , 机动渔船 数量达 20 多万艘 , 约占世界渔船总量的四分之一 目前 , 海洋水产捕捞作业和加工运输过程存在敷冰 保鲜和压缩机组制冷两种主要保鲜方式 "压缩制冷 收稿日期: 20一3一03一09;修订 日期: 2013一06一12 墓金项目:大连市科技计划项目(N "#ZO06 A 10 G X O56 ) 作者简介:高洪涛 (1966一), 男 , 辽宁大连人 , 教授 (博士生导师), 术研究 " 机组解决了 10 0 吨位以上渔船的保鲜问题 , 对于占 据我国渔船总量绝大多数的 100 吨位以下的中小渔 船来说 , 仍然依靠带冰作业这种传统的方式出海捕 捞 "目前 , 渔船主要使用柴油机做主机 , 柴油机的 博士 , 主要从事空调制冷 !余热利用 !可再生能源利用及转换技 7 期 高洪涛等:以船舶柴油机冷却水余热为热源的 T FE /T E c D M E 吸收式制冰系统 12 0 5 热效率仅有 30 叹!!42 % , 冷却水和废气所带走的热量 分别占 15叹~ 35% 和 25 % !45叽"利用船舶柴油机余 热来制冷成为研究者们十分关注的研究课题 !-一5}" 王志珍 川 等以 6300 zc 柴油机为例 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 了安装于 渔船上利用柴油机排烟余热的嗅化锉吸收式制冷装 置 , 并通过设计和计算得出该装置可安装的可行性 结论. Fe n la llc le z一seara 等 [.] 论证了可以在拖网渔船 安装氨 一水吸收制冷装置的结论 "W ang 等 [rs] 研制 的单机两床吸附原型制冷机已在实船上使用 , 据资 料显示 , 一7o C 时该机的 C O 尸值为 ".18 , 该机产冰 能力可达 18 !20 kg/11" 三氟乙醇 一二甲醚四甘醇 (T F E一T E G D M E )具 有良好的热物性 , 在吸收式制冷行业越来越受到重 视 , 与 L旧r一H ZO 工质对相比, 采用该工质对的吸 收式制冷系统的工作温度范围较广 , 最低温度能够 达到 一2()o C , 且该工质对常用金属无腐蚀性 , 无结 晶问题 , 热稳定性好 "与N H 3一H ZO 工质对相比, 该 工质具有工作压力低 , 安全性好的特点 , 而且制冷 剂与吸收剂之间的沸点差接近 20o C , 不需要精馏设 备 "T F E 的沸点为 75 /C , 在较低温度下就可以蒸发 , 且船舶冷却水温度大于 75 OC , 满足要求 "该工质对 的优良热物性和较宽的工作范围引起国内外学者的 关注和研究 !/一0}"B oe r 等 囚对以 T F E一T E G D M E 为工质的吸收一压缩循环进行了研究 "st叩11al l[0l 对 T FE一H ZO一T E G D M E 三元工质对做了研究 , 发现加 入工质水后 , 制冷效率更高 " 本文提出了一种以 T FE /T E G D M E 为工质对 ! 以船舶柴油机冷却水余热为热源的吸收式制冰系统 , 并开展相关实验研究 " 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 2 设定工况中各参数值 T a b le 2 P a ra m e te r v a lu e o f th e se t o P e ra tio n eo n d it io n 测量参数 设定工况值 冷却水温度 冷却水流量 发生器加热温度 发生器加热功率 溶液循环泵功率 溶液循环量 9 /C (季节为冬季) 18 kg/niin 7 0 O C 1 .1 k w 4 6 !!, 9 kg/m i,1 气液分离器 , } ¹ 冷凝器 ¹ 发生器 ¹ 洲粗卢:一,气 { @ 1 实验装置和实验条件 本实验台主要由发生器 !冷凝器 !蒸发器 !吸 收器及它们之间相互连通的管路等组成 , 如图 1 所 示 "T FE 作为制冷剂 , T E G D M E 作为吸收剂 , 实验 在真空条件下进行 , T F E 在蒸发器中蒸发吸热 , 达 到制冰目的 " 实验中用到测量设备的型号及精度如表 l所示 " 表 2 所示为设定工况下各参数值 " 表 1 测量设备的型号及精度 T a b le 1 M o d e l a n d P re e isio n o f m e a su r in g e q u iP m e n t 设备名称 型号及精度 温度传感器 分度号为 t, 精度等级为 B 压力传感器 M E A S 的 t一Jsl"""0 系列 , 精确度 ".05% 质量流量计 Y O K O G A认该一R O I,A M A S , 精度为读数的 士0.1% @ ¿ 吸收器 ¹ 蒸发器 ) 溶液 ¹ 温度传感器 .一..,冷却水 º压力传感器 ) 冷剂 卿 质量流量计 图 1 制冷装置整体示意图 F ig . 1 S e h er丫la tie d ia g ra l丁2 o f th e re fr ig e ra to r sy ste rn 2 实验结果及分析 2.1 设定工况下的实验数据分析 此实验中吸收器为竖直降膜型 , 系统稳定运行 后 , 进人吸收器的稀溶液温度为 tai "= 52 OC , 如图 2 中实线所示 "溶液吸收冷剂蒸汽的同时有大量吸收 热产生 , 与竖直管外冷却水进行换热 , 出来的浓溶 液温度为 t胡u"= 41 .5o C , 如图 2 中虚线所示 " 由于冷却水流量较大 , 冷却水经过吸收器和冷 凝器后的温升较小 , 由图 3 可以看出 , 冷却水经过 12 06 工 程 热 物 理 学 报 34 卷 吸收器温升为 vt"= Zo C 左右 , 再经过冷凝器 , 温 升为 vt"= 1.2o C , 冷却水进口温度为 标 = gOC , 吸 收器出口冷却水温度为 tw l = 11OC , 冷凝器出 LI 冷 却水温度上升到 tw : 二12 .2o c " 12 .so C 逐渐降低到 oo c , 根据冷媒水量 3o L , 计算 制冷量为 328 w , 但实际过程中蒸发器有热量辐射 等负荷 , 经估算热辐射等负荷为 36 W , 即总制冷量 为 364 W , 加热功率为 11()(jw , 热力系数 叮= o :33 " 月dq只困 吸收器出 7I溶液温度 n0CUkOU石U-41气j,乙 口"\侧呢 F 19 . 2 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 时间 /m in 图 2 吸收器进出口溶液温度对比 T h e te:n p eratu res of th o 501, ,tio ,1 to /fi ,o ;了i th e a b so r b e r .r...-0nCU目...且 时lh J/m in 图 5 冷凝器和蒸发器压力 F i吕. 5 T h e p re ss llr es 1)f th c eo n (le lls e了! ;川 d 一!牡p ()1苦Lto r 14 l2 口"\州明一~ - , - 一 一 ! ! _ _ _ _ 一 一 一 一 一 _ 加 一 一 一 一 _ _ ~ -口"\侧龚 ) 冷却水进11 温度 -一 吸收器出l:1 冷却水温度 - 一冷凝器出rl 冷却水温度 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 时间 /m in 图 3 冷却水温度变化 va ria t io n o f e o o lizl翼 w a tc r t e川 P e ra t u reF ig .3 T h e 高温 T FE 蒸汽进入冷凝器时温度为 tci ;! = 47o C , 如图 4 中实线所示 , 与冷却水换热后温度降 低 , 并达到饱和状态 , 进而冷凝成液态 , 液态冷剂的 终了温度为 艺(:o u, = 31 OC , 如图 4 中的虚线所示 , 与 此对应的冷凝压力如图 5 中实线所示 "图 5 中虚线 为蒸发压力 , 约 1.9 kP a , 经计算 , 其对应的蒸发温 度约为 ooc " F 19 # 2 .2 时!hJ/m in 图 6 蒸发器中冷媒水温度变化 6 T lze va r ia tio iz ()f tlz1!e o o li了一g w 奋七t er f!飞)n 一tl一e (!v a P o l 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf to r 不同工况下的实验数据分析 2. 2.1 冷却水温度对机组性能的影响 在冷却水 进口温度分别为 9 /C !12o C !l.so C 和 18 OC 的条件下 进行实验 , 其他参数保持不变 , 则吸收器出口溶液 温度 (如图 7)和冷凝温度 (如图 8)发生较明显的变 化 , 这些变化从而引起系统制冷量和热力系数的变 动 , 如表 3 所示 " 厂瓜二)赢 表 3 不同冷却水进口温度对应的制冷量和热力系数 T a b le 3 D lff 七r e n t eo o lin g w a te r in le t te m P e ra - tu re eo r re sP o n d in g th e e o o lin g ea P a eity a n d eo e ffi e ie n t o f th e r m a l 0nq!q4 -一 冷凝器出口冷剂温度 冷却水进口温度/"C 制冷量/W 热力系数 n0,J气-口"\侧蛆 0 2 0 4 0 6 0 时l司/m in 图 4 冷凝器进口 !出口冷剂温度 3 (14 0 .3 :弓 3 4 4 0 .3 1 3 2 3 0 .2 (2 2 9 8 1) 2 7 F ig . 4 T lle ten lp eratu reo o f th e re fr ig era:It to /fro:n t h e eo n d e n , e r 由图 6 可以看出, 蒸发器盘管外冷媒水温度由 从表 3 中数据可以看出 , 随着冷却水进口温度 的升高 , 制冷量下降 "冷却水进口温度每升高 3OC , 制冷量 Q "约下降 5.5% ~ 7.7叹" 7 期 高洪涛等:以船舶柴油机冷却水余热为热源的 T FE /T E G D M E 吸收式制冰系统 12 07 6-c4,!,乙l 门d超\共荟口督一 6气c44 行 - - - 一 查 - ! - 一 去 - - - 一 心 一 4 玉 一 口 - J 口 ~ t日尸 一 一令一gO C 一口一 12 oC 一去 一1 s oC -- -卜一 1S OC 4气!44口"\侧履 4 2 - 一 一 ~ 一 一 一 一 一 一 矽 0 4 1 -ee ee es es 一-占- - - - - - 曰-3 0 6 0 9 0 12 0 11寸J,fll /m in 图 7 冷却水温度对应的吸收器出口溶液温度 图 11) 5 5 6 0 6 5 7 0 发生器加热温度/"C 不同发生器加热温度对应的吸收器内部压力 F i只. 7 D if介r( !n t c (60 111一9 w a te r te n 1P e ra t llle 1o r le s p o l一111119 tl飞e 5 0 1一t io tl te lllP e r a t一re fro m tlle a b so rb e r F 19 . 10 D i雨 r(!一zt g e一ze r艺to r 12 1!a tirzg te了111)e ra t llr e e o r re 5 1)()l一d ixlg tlle 11一tc r lz之LI 王2r es st一re o f a [)5 0 2注)e r 表 4 不同发生器加热温度对应的制冷量和热力系数 T a b le 4 D iffe re n t g e n e ra to r h e a tin g te m P e ra tu re6尸!c 气jjl 含 - - - 一 古 - - - 一 杳 - - - 一 七 一令一g OC 一口一 1 2 oC 一仑 一1 so C - e - .1 8 oC e o r re sP o n d in g t h e e o o lin g e a P a e ity a n d e o e ffi e ie n t o f th e rm a l 一 曰卜 一 一 {弘 一 一 日 发生器加热温度/"C 制冷量/W 热力系数 口卜 02山1042沐3J9 护 一 一 一 一 卜 一 一 一 ~ 一 一 一 , 5 5 C (i() 0 -2 了 ().2 9 ().:弓l 0 .3 3 4,,,ql,!,, ,!,!口"/翘照 6 O5一-30一 不亩一一喃 ) 弓了一一花" 时间/m in 图 8 不同冷却水温度对应的冷凝温度 F 19 . 8 D i而 re r一t e o ()11119 w a te r te zn p e ra t一lre eo rre s丁)o n (112飞g t llc e o了飞d e l!sa t io vz te i>飞P e ra t u re 3 6 4 2.2.3 1容液循环量对机组性能的影响 冷量与溶液循环量的关系可表示为 : 系统的制 (l)2.2.2 发生器加热温度对机组性能的影响 若机组 的其他条件不变 , 当发生器的加热温度变化时 , 发生 器出口溶液的温度 (如图 9)和吸收器内压力 (即蒸 发压力)(如图 10) 都会发生变动 "通过不同加热温度 (55Oc !6ooc !65oC 和 700C )下的实验数据对比, 可 以看出加热温度的变化对机组性能的影响程度 , 如 表 4 所示 " 从表 4 中数据可以看出 , 随着发生器加热温度 的提高 , 制冷量有所增加 "发生器加热温度每提高 so C , 制冷量 Q "约增加 6.7% ~ 7.3% " Q 12= (j")G a(心一心!)/(1一叮r) 式中, q "单位质量冷剂的制冷量;以!稀溶液流量即 溶液循环量 (kg/ll) ;嘟!浓溶液质量分数 (% );场稀溶 液质量分数 (% )" 由式 (1) 当石r!匀!和 叮"一定时 , 机组的制冷量 Q "与溶液的循环量 G "成正比, 那么 , 当发生器加 热温度一定时 , 溶液的循环量减少 , 导致机组的制 冷量降低 "反之 , 溶液循环量增大 , 机组制冷量上 00八曰no曰020八石46,q 李!车全履贫崛0气76 台 - - - # - - 一 台 - - - - - - 一 亡 - - - - - - 一 么 口- 一 一 一 一 一 曰闷一 一 一 一 一 争 一 一 一 一 一 口 一 "一5 5 oC 一巳一6 0 OC 一心 一6 5 oC ~~e卜- 70 OC " ~ 一 一 一令 ~ 一 一 一 卜 ~ 一 #一 ) 0q!口八6 UqI倪a口"q侧稠 45一一一贫一一亩 一一一茹一一一花" i{寸归J/m in 图 9 不同发生器加热温度对应的出口溶液温度 F ig . 葱2 D i氏 r e rlt g e n er a to r 11ea tin g te几IP e ra t一r P e o rr(碑sP (川 d ixlg t l一e 50 1一ltio ll t e rllP e ra tllre 一2f o 一ltle t 0 6 7 8 9 10 1 l 溶液循环量/k g #m in 图 H 溶液循环量对制冷量的影响 F 19 . 1 1 T lz(#izllP 资飞c t t)f 1o ()11219 ( a l)a e ity fr o 一1一t lle 1i re 一21之ttl川1 o f t l一(!s ()11一t io l- 120 8 工 程 热 物 理 学 报 34 卷 升 "但在实际实验过程中, 随着溶液循环量的变化 , 制冷量呈现的趋势与理论有所不同 "经分析 , 浓溶 液在发生器中温度先升高 , 然后产生冷剂蒸汽 , 并 使溶液中 T F E 的质量分数从 石r下降至 石", 而产生 蒸汽之前的预热量越大 , 发生效率越低 "当发生器 热负荷一定时 , 溶液循环量过大 , 则预热量增加 , 导 致发生效率降低 , 冷剂蒸发量减小 , 制冷系数降低 " 所以 , 在一定的加热条件下 , 溶液循环量有一个最 佳值 , 如图 n 所示 " 3 结 论 在冷却水温度 go C , 冷却水流量 18 kg加 ill , 发 生器加热温度 70 OC , 发生器加热功率 1.1 kw , 溶液 循环泵功率 46 W , 溶液循环量 9 kg/m in 的工况下 , 此装置的蒸发温度为 oo C , 制冷量为 364 W , 热力系 数为 0.33 "在保证其他条件不变的情况下 , 逐个改 变冷却水温度 !发生器加热温度和溶液循环量 , 由 实验数据得出结论:冷却水进口温度每升高 3o C , 制 冷量 Q "约下降 5.5% \ 7.7% ; 发生器加热温度每提 高 SOC , 制冷量 Q "约增加 6.7% !7.3% ;溶液循环量 提高 , 制冷量提高 , 但存在一个最佳值 , 本实验中其 它参数不变时 , 溶液循环量最佳值为 9 kg/m irl , 大 于此值 , 制冷量反而降低 " 参 考 文 献 川 王志珍,张潮宏.柴油机引溯余热的回收利用同.广东造船, 2004(3): 48一52 飞V A N G Z h iz h e n , Z H A N G C lza o h o n g . T h e R e e o v er y a n d U tilization of the D iesel E ngine W aste H eat =#J}.G uang- dong Shipbuilding , 2004(3): 48一52 [z] 林陈敏, 陈亚平, 田莹. 氨水吸收式制冷系统在渔船尾气中 余热利用分析 =JI.能源研究与利用, 2008(l) : 37一4" L IN C h e n 一卫in , C H E N 丫 >p i,19 . T IA N Y irlg . A n a ly sis o f F ish irlg Ve sse ls 认飞lste H e a t U s in g o f A 1lu a A n一/ lo n ia A b - !orptio;1R efrigeratiol, Syste:,1{J}.E l,ergy R ":seareh & U ti-112缸10,i, 2008(1):37一40 =3{ 王锡琦. 我国渔船制冷现状与展望 =J}. 制冷学报, 1994 . 15(2): 28一34 W A N G X ih a l飞9 . P re se lit S it u at io n a ;ld Fo r ee韶 t o f F isllillg 诀ssels R efr igerate of o ,ir Count,下!#J2.Journalof R efr ig- eratiol, , 1994 , 15(2): 28一34 =4} Fe rllandez一Seara J, Va les A , Vazquez M .H eart Reeovery S y ste m to P o w el, a rl ("n B o a rd N H 3一H Z O A b so r工2tio zz R e - fr igeratioll plant itl 肠aw ler 1{11111",#Fi!111,lg Ve !!"15 !JI- A p p lied T l一e r llia l E zlg in e e rir一g , 1 9 9 8 , 1 8 : 1 1 8 9一12 0 5 !58 W A N G S G , !V AN C R 2. 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