漁船節(jié)能減排冷能回收利用技術(shù)的研究

周嵩嵩

摘 要：分析漁船的冷能回收利用技術(shù)，根據(jù)LNG動力漁船的特性，分析2級冷媒循環(huán)的整體式冷能利用系統(tǒng)的特征，選擇R410A與68%的乙二醇水溶液作為循環(huán)冷媒，滿足漁船上冷庫負(fù)荷的需求。

關(guān)鍵詞：漁船；節(jié)能減排；冷能回收

中圖分類號：U674.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170933220

液化天然氣（LNG）具有經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保以及續(xù)航能力強(qiáng)等優(yōu)勢，是我國漁船業(yè)的未來發(fā)展趨勢。

以我國某型號的LNG動力漁船為例，此漁船設(shè)置了2個魚艙，在各個魚艙都設(shè)置了1臺冷能釋放裝置，該設(shè)備可對LNG氣化器所釋放出來的冷能進(jìn)行回收利用，當(dāng)處于正常工作狀態(tài)下時，通過魚艙冷能釋放裝置來對魚艙起到1個保溫作用，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的。

1 冷能利用系統(tǒng)

本文主要探討的是2級冷媒循環(huán)的整體式冷能利用系統(tǒng)。

1、4.低溫?fù)Q熱器；2.NG 調(diào)溫器；3.空氣氣化器； 5.冷庫1；6.冷庫2；7.冷媒1蓄冷罐；8.冷媒2蓄冷罐；9～11.低溫泵

圖1 2級冷媒循環(huán)的整體式冷能利用系統(tǒng)

2級冷媒循環(huán)的整體式冷能利用系統(tǒng)指的是根據(jù)1套完善的中間冷媒循環(huán)系統(tǒng)來對冷量進(jìn)行提取，之后將冷量分別送進(jìn)2個冷庫中。2級冷媒循環(huán)的整體式冷能利用系統(tǒng)如下圖1所示，結(jié)合此圖可以發(fā)現(xiàn)，LNG根據(jù)低溫?fù)Q熱器1被冷媒進(jìn)行加熱，之后進(jìn)入到NG調(diào)溫器中，通過漁船所提供的70℃熱水來合理調(diào)節(jié)天然氣的溫度，從而使得動力系統(tǒng)的供氣要求得到滿足；冷媒1對LNG低溫冷量進(jìn)行提取后，進(jìn)入到冷媒1蓄冷罐中，然后通過低溫泵10進(jìn)入到低溫?fù)Q熱器4中，之后和冷媒2進(jìn)行熱量交換，隨后進(jìn)入到低溫?fù)Q熱器1中再次對冷量進(jìn)行提取，從而將中間冷媒的1級循環(huán)完成；冷媒2對冷媒1的冷量進(jìn)行提取后，會進(jìn)入到冷媒2的蓄冷罐中，之后通過低溫泵11分別進(jìn)入到2個冷庫的冷卻盤管中，然后冷媒2會釋放冷量，產(chǎn)生制冷效果，從而將中間冷媒的2級循環(huán)完成。冷媒2與冷媒1的蓄冷罐所發(fā)揮的作用都是為了對冷量供應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)或進(jìn)行蓄冷，從而確保LNG 流量進(jìn)行波動時可以有效地維持冷庫的制冷效果。隨著 LNG動力漁船漸漸續(xù)航，LNG儲罐內(nèi)所承受的壓力將會不斷減小，因此可以在此基礎(chǔ)上增設(shè)1套空氣氣化器的自增壓系統(tǒng)，從而來有效維持LNG儲罐內(nèi)所承受的壓力。

2級冷媒循環(huán)不僅可以避免空氣和LNG直接換熱，還可以使得換熱溫差有效降低，從而使得換熱的?損失大大減少，中間冷媒的蓄冷系統(tǒng)對于冷庫的穩(wěn)定運行還可以起到一定的維持作用。具有一定的高效性、經(jīng)濟(jì)性以及安全性等綜合優(yōu)勢。

2 循環(huán)冷媒的選擇

本文選擇濃度為68%的乙二醇水溶液與R410A作為冷媒2與冷媒2。

3 冷能?分析

把前面提到的2級冷媒循環(huán)過程簡化成1種理想模型，出于對LNG氣化過程中溫升和壓損的考慮，絕熱的膨脹效率取為0.8，低溫泵的絕熱效率取為0.75，壓力0.1為MPa，環(huán)境溫度為35 ℃。LNG 屬于1種低溫液體混合物，其成分主要是CH4，其所占比例一般超過了90%，站在CH4物性的角度來看，當(dāng)處于110～300K之間時，其比熱變化比例不會>5%，因此本文根據(jù)CH4的單一組分展開分析，其中，比熱是常數(shù)。

結(jié)合以上假設(shè)條件對2級冷媒循環(huán)的整體式冷能利用系統(tǒng)實施?分析，其中，LNG 所擁有的冷量?大小是：

（2）

在上式中，Q1是吸熱量；T 是冷源溫度；T1是 LNG 氣化后供氣溫度，通常設(shè)為環(huán)境溫度；ΔS 是系統(tǒng)溫度變化中的熵增；Ex，Q1指的是可用能，其中包括有2個部分，分別是壓力?和冷量?。

結(jié)合實際情況，LNG儲罐壓力較低，而溫度也是相對較低，管路系統(tǒng)會導(dǎo)致較小的壓損，因此可以對冷能回收利用系統(tǒng)里的壓力?進(jìn)行忽略。LNG氣化過程所釋放的冷量包括有相變潛熱?Ex，T2和無相變顯熱?Ex，T1。

由于漁船在行駛過程中其自身速度并不是那么穩(wěn)定，因此發(fā)動機(jī)的供氣量會隨著漁船行駛速度的變化而相應(yīng)的出現(xiàn)波動，結(jié)合漁船冷庫所需要的總負(fù)荷量可得到允許最大供氣的波動，結(jié)合以上理論分析可發(fā)現(xiàn)，低溫LNG所蘊含的可利用冷能是較為充足的。對于某型號 LNG動力漁船而言，在低溫LNG氣化成動力系統(tǒng)所需要的天然氣時，所釋放的可用冷能對于漁船上冷庫冷負(fù)荷的實際需求完全可以予以滿足，允許發(fā)動機(jī)供氣量的最大波動范圍可以順利達(dá)到63%。endprint