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1、船舶余热吸附式制船舶余热吸附式制冷空调分析冷空调分析导导导导 师师师师: :边克勤边克勤边克勤边克勤答辩人答辩人答辩人答辩人: :刘国秀刘国秀刘国秀刘国秀专专专专 业业业业: :轮机管理轮机管理轮机管理轮机管理 1.论文框架论文框架研究的目的和意义研究的目的和意义论文要点论文要点结论与展望结论与展望123342.1 研究的目的和意义研究的目的和意义u随随着着不不可可再再生生性性能能源源的的短短缺缺和和环环境境污污染染的的日日趋趋严严重重，人人们们对对环环境境保保护护和和能能源源有有效效利利用用的的认认识识有有了了进进一一步步的的提提高高，各各国国对对可可持持续续性性发发展展的的既既节节能能又又
2、利利于于环环保保的的各各种种技技术术日日益益关关注注。而而在在制制冷冷技技术术方方面面，氟氟利利昂昂等等有有害害制制冷冷剂剂必必须须被被摒摒弃弃。人人们们着着重重开开发发新新型型制制冷冷剂剂，通通过过不不断断研研究究发发现现，吸收式、吸附式等绿色制冷技术吸收式、吸附式等绿色制冷技术。u19871987年年9 9月月，2424个个工工业业国国签签署署了了蒙蒙特特利利尔尔议议定定书书，决决定定限限制制使使用用对对臭臭氧氧层层有有破破坏坏作作用用的的物物质质。如如今今船船舶舶空空调调系系统统大大多多数数应应用用蒸蒸汽汽压压缩缩式式制制冷冷系系统统，不不仅仅消消耗耗燃燃油油而而且且采采用用氟氟利利昂昂
3、类类化化合合物物作作为为制制冷冷剂剂。然然而而，氯氯氟氟烃烃对对臭臭氧氧层层有有着着破破坏坏的的影影响响，虽虽然然对对臭臭氧氧层层破破坏坏性性较较小小的的R22R22、R134R134等等物物质质逐逐步步替替代代R12R12被被采采用用，但但是是R22R22、R134R134是是温温室室气体，不能长久使用以避免造成破坏。气体，不能长久使用以避免造成破坏。3.1 研究的目的和意义研究的目的和意义u大大型型船船舶舶主主机机及及发发电电柴柴油油机机的的排排烟烟温温度度根根据据机机型型的的不不同同，在在 经经 过过 涡涡 轮轮 透透 平平 增增 压压 器器 及及 废废 气气 锅锅 炉炉 后后 仍仍 然
4、然 高高 达达150200; ;其其中中蕴蕴含含着着大大量量废废热热，约约含含燃燃油油发发热热量量的的10%20%。固固体体吸吸附附式式制制冷冷在在船船上上应应用用有有着着其其他他制制冷冷空空调调方方式式所所不不能能比比拟拟的的。吸吸附附式式制制冷冷技技术术无无压压缩缩机机、无无耗耗电电、无无氟氟利利昂昂，以以热热源源为为驱驱动动力力，结结构构简简单单，成成本本低低，是制冷方面的新的实用技术。是制冷方面的新的实用技术。u本本文文根根据据船船舶舶主主机机的的运运行行参参数数计计算算出出该该船船尾尾气气中中可可利利用用的的余余热热，而而这这些些余余热热不不能能全全被被吸吸附附式式制制冷冷系系统统利
5、利用用。因因此此，计计算算吸吸附附式式制制冷冷空空调调可可行行性性时时，根根据据该该船船夏夏季季的的总总热热负负荷荷计计算算出出吸吸附附式式制制冷冷系系统统应应从从尾尾气气余余热热中中吸吸收收的的能能量量，然然后后与与尾尾气气余余热热未未被被利利用用的的能能量量对对比比，由由此此得得出出吸吸附式制冷空调应用可行。附式制冷空调应用可行。4.2 论文要点论文要点2.1吸附式制冷吸附式制冷2.2吸附式制冷应用现状举例吸附式制冷应用现状举例2.3船舶余热吸附式制冷空调船舶余热吸附式制冷空调2.4可行性分析可行性分析2.5改进改进5.2.1 吸附式制冷吸附式制冷u2.1.1吸附式制冷原理吸附式制冷原理
6、加热 冷却 吸附床冷凝器蒸发器蒸发器冷凝器吸附床6.2.1吸附式制冷吸附式制冷u2.1.2连续吸附式制冷连续吸附式制冷 制热 制冷 加热 冷却冷凝器吸附床1蒸发器吸附床27.2.1 吸附式制冷吸附式制冷u2.1.3吸附式制冷特点吸附式制冷特点吸吸附附式式制制冷冷系系统统无无任任何何运运动动部部件件，系系统统简简单单不不需需维维修修，没没有有噪噪声声、无无污污染染、安安全全可可靠靠、寿寿命命长长，而而且且对对环环境境要要求求不不高高，可可以以在在-20-20左左右右工工作作。可可以以利利用用废废热热、废废气气、废废水水和和太太阳阳能能等等低低品品位位热热能能，从从而而节节省省初初级级能能源源的的
7、消消耗耗。与与传传统统压压缩缩式式制制冷冷相相比比，吸吸附附式式制制冷冷系系统统更更节节能能，节节约约大大量量用用电电；结结构构简简单单，运运动动部部件件少少，安安全全可可靠靠运运行行时时没没有有震震动动和和噪噪声声，安安装装时时无无特特殊殊要要求求，维维护护管管理理方方便便；吸吸附附式式制制冷冷系系统统对对环环境境和和大大气气臭臭氧氧层层无无害害；在在相相同同制制冷冷量量下下，吸吸附附式式制制冷冷中中冷冷凝凝器器的的热热负负荷荷低低于于压压缩缩式式，COPCOP低低于于压缩式制冷循环，制冷剂流量也较低。压缩式制冷循环，制冷剂流量也较低。8.2.2 吸附式制冷应用现状举例吸附式制冷应用现状举例
8、u2.2.1引言引言目目前前，吸吸附附式式制制冷冷技技术术在在低低品品位位热热源源利利用用中中的的研研究究大大多多在在发发动动机机余余热热和和太太阳阳能能等等方方面面。用用未未能能完完全全使使用用废废热热制制冷冷，应应用用吸吸附附制制冷冷技技术术实实现现了了“太太阳阳能能冷冷库库”、“非非电电冷冷库库（工工业业余余热热冷冷库库）”、“轮轮船船尾尾气气制制冷冷”、“汽汽车尾气冷藏车车尾气冷藏车”、“尾气空调尾气空调”等产品，并已实际应用。等产品，并已实际应用。u2.2.2太阳能吸附式制冷太阳能吸附式制冷 我我国国可可再再生生能能源源丰丰富富，尤尤其其是是太太阳阳能能，在在2/32/3的的地地表表
9、上上年年辐辐射射量量都都超超过过0.6MJ/0.6MJ/，每每年年地地表表吸吸收收的的太太阳阳能能大大约约相相当当于于1.71.7万万亿亿吨吨标标准准煤煤的的能能量量。利利用用太太阳阳能能吸吸附附式式制制冷冷系统可节约能源，减少环境污染，降低运营成本。系统可节约能源，减少环境污染，降低运营成本。9.2.2 吸附式制冷应用现状举例吸附式制冷应用现状举例 经经过过几几十十年年的的研研究究探探索索，太太阳阳能能吸吸附附式式制制冷冷已已开开始始从从实实验验室室迈迈向向工工业业化化生生产产。如如图图是是德德国国Freiburg Freiburg 示示范范应应用的太阳能吸附空调。用的太阳能吸附空调。10.
10、2.2 吸附式制冷应用现状举例吸附式制冷应用现状举例u2.2.3渔船尾气吸附式制冰渔船尾气吸附式制冰 渔渔船船上上柴柴油油发发动动机机工工作作过过程程中中只只有有三三分分之之一一左左右右的的功功率率在在做做有有用用功功，而而有有约约三三分分之之一一的的功功率率以以温温度度达达350350500500的的尾尾气气形形式式排排放放到到大大气气中中。下下图图为为渔渔船船尾尾气气吸吸附附式制冰机原理图。式制冰机原理图。 尾气 储 液 器 发生器冷凝器制冰机11.2.3 船舶余热吸附式制冷空调船舶余热吸附式制冷空调u2.3.1引言引言 目目前前，船船舶舶柴柴油油机机的的热热效效率率一一般般只只有有30%
11、40%。下下图图给给出出了了废废气气余余热热组组成成。由由此此可可见见，船船上上有有着着大大量量的的余余热热能能量量，如如果果充充分分利利用用这这些些余余热热能能量量将将达达到到一一个个可可观观的的经经济济性性。利利用用这这些些余余热热能能量量驱驱动动吸吸附附式式制制冷冷设设备备安安装装在在船船舶舶上上，将将进进一一步步利利用用余余热热减减少少营营运运成成本本。虽虽然然，余余热吸附式技术不成熟，但其有着巨大的潜在价值。热吸附式技术不成熟，但其有着巨大的潜在价值。12.2.3 船舶余热吸附式制冷空调船舶余热吸附式制冷空调 2.3.22.3.2船舶余热吸附式制冷空调船舶余热吸附式制冷空调 6a 3
12、a 4a 海水海水 5a 3b 4b 5b 8 6b 1柴油机柴油机;2吸附床吸附床;3一电磁阀一电磁阀;4一电磁阀一电磁阀;5-单向阀单向阀;6-真空电磁阀真空电磁阀;7冷凝器；冷凝器；8节流阀节流阀;9-蒸发蒸发器；器；10-空调器空调器 12a2b791013.2.4 可行性分析可行性分析 以以某某一一船船舶舶主主机机运运行行参参数数进进行行计计算算。主主机机运运行行参参数数记记录录，此此工工况况下下主主机机负负荷荷80.95%80.95%，主主机机功功率率Pe=26 Pe=26 809 809 ps,ps,航航速速21.30kn,21.30kn,主主机机转转速速93.44mm,93.4
13、4mm,主主机机燃燃油油消消耗耗91.24t/d,91.24t/d,扫扫气气总总管管温温度度51,51,机机舱舱温温度度36,36,海海水水温温度度28,28,汽汽缸缸冷冷却却水水进进机机温温度度64 64 ,汽汽缸缸冷冷却却水水出出机机温温度度85 85 ,主主机机滑滑油油进进机机温温度度40,40,滑滑油油出出机机平平均均温温度度44,44,燃燃油油进进机机温温度度136,136,增增压压空空气气温温度度170,170,增增压压器器废废气气进进气气平平均均温温度度484,484,增压器废气排气平均温度增压器废气排气平均温度347347。柴油机的热平衡方程可表示为柴油机的热平衡方程可表示为:
14、 : - -燃烧总热量燃烧总热量 - -转化有效功的热量转化有效功的热量 - -排气带走的热量排气带走的热量 - -冷却水带走的热量冷却水带走的热量 - -润滑油带走的热量润滑油带走的热量 - -其它热量损失其它热量损失通过计算得出通过计算得出 ， ，可知排气带走的热量约占到，可知排气带走的热量约占到42%42%。14.2.4 可行性分析可行性分析该该远远洋洋船船舶舶的的排排气气余余热热利利用用是是:缸缸内内的的高高温温排排气气先先经经过过废气涡轮增压器，然后通过废气锅炉再从烟囱排出。废气涡轮增压器，然后通过废气锅炉再从烟囱排出。 排气热量的平衡：排气热量的平衡： -增压器利用的能量增压器利用
15、的能量 -废气锅炉利用的能量废气锅炉利用的能量 -排气未被利用的能量排气未被利用的能量 经计算得：经计算得： 未未被被利利用用而而随随排排烟烟带带走走的的热热量量还还有有很很多多，且且废废气气温温度度还还在在175以以上上，固固体体吸吸附附式式制制冷冷COP在在0.30.6之之间间，而该船夏季空调总热负荷而该船夏季空调总热负荷96.4kw。 根据公式：根据公式： -蒸发器热负荷蒸发器热负荷 -吸附式制冷系统热负荷吸附式制冷系统热负荷可可得得，当当满满足足该该船船制制冷冷需需求求是是，吸吸附附式式制制冷冷空空调调系系统统应获得的热负荷应在应获得的热负荷应在160kw321kw之间。之间。15.2
16、.4 可行性分析可行性分析而而: : 式式中中 kg/h, kg/h, 1.05kJ/(kg*),kJ/(kg*),考考虑虑进进气损失的影响取气损失的影响取 170 170，则：，则：而而 在在160kw321kw之间，带入上式得到之间，带入上式得到 =162166。可可见见只只要要利利用用废废气气162162170的的能量就可满足该船制冷需求。能量就可满足该船制冷需求。16.2.5 优化优化 吸吸附附式式制制冷冷设设备备安安装装于于船船舶舶上上工工作作还还需需要要一一系系列列的的工工作作。吸吸附附床床的的传传热热效效率率和和传传质质特特性性对对制制冷冷系系统统有有影影响响，传传热热越越快快，
17、循循环环周周期期越越短短，单单位位时时间间制制冷冷量量就就越越大大。所所以以应应加加强强吸吸附附床床的的传传热热，缩缩短短循循环环时时间间。这这可可从从改改善善吸吸附附介介质质的的传传热热性性能能和和改改善善吸吸附附床床的的结结构构设设计计以以及及合合适适的的循环方式。循环方式。 改改善善吸吸附附介介质质 吸吸附附剂剂是是一一种种多多孔孔介介质质。常常见见的的吸吸附附剂剂一一般般是是粉粉末末或或颗颗粒粒状状，这这种种吸吸附附床床接接触触热热阻阻大大，导导热热性性能能差差。可可将将不不同同颗颗粒粒大大小小的的吸吸附附剂剂混混合合起起来来以以减减少少吸吸附附床床的的松松散散性性；或或在在吸吸附附床
18、床中中添添加加导导热热性性好好的的石石墨墨或或金金属属等等来来提提高高吸吸附附床床的的导导热热性性能能。也也可可改改变变吸吸附附剂剂的的加加工工形形状状，将将其其加加工工成成圆圆片片或或圆圆柱柱。这这种种形形状状有有利利于于减减少少与换热壁的接粗热阻，改善传热性能，增加填充量。与换热壁的接粗热阻，改善传热性能，增加填充量。 改改善善吸吸附附床床结结构构 减减少少吸吸附附床床厚厚度度，增增大大和和外外界界的的换换热热面面积积。将将金金属属肋肋片片或或金金属属管管插插入入吸吸附附床床中中，这这样样可可实现大面积的换热。实现大面积的换热。17.2.5 优化优化 （3 3）相匹配的制冷循环方式将提高系
19、统的效率和能）相匹配的制冷循环方式将提高系统的效率和能来利用率。制冷循环方式有多种，主要有连续回热式、来利用率。制冷循环方式有多种，主要有连续回热式、热波式、对流热波式、回质循环等。吸附式制冷循环间热波式、对流热波式、回质循环等。吸附式制冷循环间歇工作，将其应用与船上时，我们需将其设置为连续制歇工作，将其应用与船上时，我们需将其设置为连续制冷循环。这样就需要两个吸附床，通过阀门的切换使一冷循环。这样就需要两个吸附床，通过阀门的切换使一个吸附床保持为吸附状态，另一个吸附床为脱附状态，个吸附床保持为吸附状态，另一个吸附床为脱附状态，从而达到连续制冷。然而这种设置效率低，为了提高效从而达到连续制冷。
20、然而这种设置效率低，为了提高效率，进一步的研究发现通过吸附床之间的能量交换，来率，进一步的研究发现通过吸附床之间的能量交换，来实现显热和吸附热的回收以提高系统实现显热和吸附热的回收以提高系统COPCOP值得连续回热循值得连续回热循环。环。18.3结论与展望结论与展望u固固体体吸吸附附式式制制冷冷技技术术是是一一种种节节约约能能源源、保保护护环环境境的的制制冷冷方式方式u可可通通过过改改善善吸吸附附介介质质、改改善善吸吸附附床床结结构构以以及及合合适适的的循循环环方式来提高效率方式来提高效率u通通过过计计算算知知余余热热吸吸附附式式制制冷冷空空调调应应用用于于船船舶舶理理论论上上是是可可行的行的
21、u吸吸附附式式制制冷冷技技术术在在船船上上的的应应用用具具有有可可观观的的经经济济性性和和广广阔阔的前景的前景19.致谢致谢u感谢我的论文指导老师边老师，他对我进行了无私的指感谢我的论文指导老师边老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。u感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。启发，我将很难完成本篇论文的写作。u感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版等过程中提供热情多你问素材，还在论文的撰写和排版等过程中提供热情的帮助。的帮助。u由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！请各位老师和学友批评和指正！20.21.
