氨水吸收式制冷系统在渔船尾气中余热利用分析

　　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30%～40%, 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^[1]。

　　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 HeatExchange Cycle)的新型循环如图2所示, 近年来受到广泛的关注^[2～6], 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循环进行了计算机模拟, 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0.589和0.776,GAX 循环高出31.7%。

　　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^[6]。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。