工程機械尾氣余熱回收制冷探析

袁吉

摘要：工程機械發(fā)動機功率較大，而效率較低，大量的能量以尾氣廢熱排入大氣，不僅造成了能量浪費，也帶來了熱污染。工程機械作業(yè)環(huán)境比較惡劣，本文以徐工RP603攤鋪機為例，考慮利用尾氣廢熱為能源，采用溴化鋰吸收制冷，改善工作環(huán)境，進一步提高發(fā)動機的能源利用率。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機;工程機械;尾氣余熱;溴化鋰吸收制冷;攤鋪機

中圖分類號：TK115? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）22-0063-02

0? 引言

大多數(shù)工程機械依靠柴油發(fā)動機驅(qū)動，而且工程機械用柴油機的功率都很大，柴油機中燃油燃燒會放出大量的熱量，但在能量轉(zhuǎn)換過程中，只有一部分轉(zhuǎn)換為有效功，其余的能量以熱損失和機械損失散失在周圍大氣中。柴油機的熱效率一般為30-40%，產(chǎn)生的大量廢熱主要以300-600℃的高溫尾氣形式排入大氣[1-3]。這將造成大量的能量浪費，對周圍環(huán)境也會造成熱污染。加強廢熱利用勢在必行。

以RP603瀝青混合料路面施工的攤鋪機為例，為了保證攤鋪質(zhì)量，瀝青混合料的攤鋪往往在春末夏初進行，氣溫大約在30℃，攤鋪機作業(yè)過程中，瀝青混合料的溫度大約為170℃，操作室溫度受熱瀝青混合料的影響，可以達到50℃以上[4]。在這種高溫環(huán)境下作業(yè)，作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量容易受到影響，甚至導(dǎo)致作業(yè)人員中暑[5]。瀝青混合料攤鋪機的操作室是開放式的，攤鋪好的瀝青及瀝青蒸汽對操作人員的身體健康有一定影響。因此，通過加裝駕駛室并以柴油機尾氣廢熱為能源，采用溴化鋰制冷機進行制冷來改善操作人員的工作環(huán)境是一個有效的解決方案。

利用溴化鋰制冷機，以尾氣排放廢熱作為熱源，進行制冷，將有效解決能源浪費和熱污染這兩個問題。溴化鋰制冷機是目前世界上常用的吸收式制冷機種。在接近真空條件下，水的沸點變低（4℃），溴化鋰吸收式制冷機以水為制冷劑，溴化鋰水溶液為吸收劑，制取0℃以上的低溫水，多用于中央空調(diào)系統(tǒng)。以75℃以上的熱水作為熱源，因而在廢熱、太陽能利用中發(fā)揮著重要作用。雙效溴化鋰制冷機組發(fā)生器內(nèi)溴化鋰溶液一般為150-200℃，單效溴化鋰制冷機組發(fā)生器內(nèi)溶液溫度一般為90-100℃。柴油機尾氣溫度一般在300-600℃，所以可以作為雙效溴化鋰制冷機組的熱源。可得到65℃的熱水和7℃的冷水，使尾氣廢熱得到高效綜合利用。

1? 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，已有很多學(xué)者和工程技術(shù)人員在這一方面做了一些研究。李可順、陸紫生[6]設(shè)計、研究并測試了一種新型的集成循環(huán)，并給出了在特定條件下的一些最佳工作參數(shù);李永光，王菁，白曾凱等[7]為了將余熱回收與溫差發(fā)電技術(shù)結(jié)合起來，建立了一套熱回收系統(tǒng)，在回收熱的同時還可以發(fā)電，并應(yīng)盡量使溫差發(fā)電片冷熱兩端溫差在大于30℃的工況下運行，此時電量和熱量回收效率均較高;李慧君等[8]的研究成果既實現(xiàn)節(jié)能降耗，又能減少對環(huán)境的熱排放及污染，熱泵+熱網(wǎng)加熱器方案不僅節(jié)能，投資回收年限短，經(jīng)濟性好且環(huán)保，為有供暖負荷的電廠改造提供了參考;周興法等[9]提出一個新型太陽能無泵溴化鋰吸收式制冷空調(diào)系統(tǒng)，具有運行安靜、體積小、節(jié)能、可回收冷卻熱等優(yōu)點，是太陽能吸收式制冷系統(tǒng)小型化的一個重要發(fā)展方向。何嘉鵬，方賢德等[10]通過中間壓力對雙級溴化鋰制冷循環(huán)熱力系數(shù)影響的分析，提出最佳中間壓力的計算方法，可簡化和優(yōu)化雙級溴化鋰制冷循環(huán)的熱力計算，使其獲得最高熱力系數(shù)，并能對運行操作提供一個中間壓力的參考值。目前，尚無利用尾氣廢熱，將溴化鋰制冷用于工程機械工作環(huán)境改善方面的研究成果，因此，本文將以工程機械尾氣廢熱為能源，利用溴化鋰制冷機為工程機械操作室制冷（冬季供熱）來提高能源利用效率，改善操作人員的作業(yè)環(huán)境進行研究，為工程機械的人機工程設(shè)計提供參考。

2? 實施方案

柴油發(fā)動機消耗燃料過程中，只有30-40%的能量轉(zhuǎn)換為機械能，還有40%的能量會隨著尾氣排放到大氣中，且排氣溫度在300-600℃，其余的能量通過散熱器散失到空氣中。那么以一臺RP603攤鋪機為例，發(fā)動機功率為129kW，可見通過排氣管浪費掉的功率也應(yīng)該在120kW左右。如果能將廢熱的全部或部分能量轉(zhuǎn)換為對生產(chǎn)生活有用的能量，其社會經(jīng)濟效益將非?？捎^。譬如用于操作室進行制冷或采暖、發(fā)電等。本文擬采用廢熱作為系統(tǒng)熱源，借助溴化鋰吸收制冷機為攤鋪機的操作室制冷。

溴化鋰制冷機以水作為制冷劑，溴化鋰作為吸收劑的一種冷水制冷機，用水的蒸發(fā)潛熱進行制冷，其工作原理如圖1所示。

水在密封的蒸發(fā)器中，將蒸發(fā)器內(nèi)氣壓降至6mmHg，這種情況下水的沸點降低為4℃，冷水回水管（管內(nèi)流動的是冷媒水）經(jīng)過蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器中溫度升高，加快水的蒸發(fā)，水在蒸發(fā)時從冷水管及管內(nèi)冷水吸收熱量，使管內(nèi)冷水溫度降低，降溫后的冷水沿管道循環(huán)進入操作室，吸收操作室熱量，達到制冷目的。蒸發(fā)器中產(chǎn)生的水蒸氣進入吸收器。

吸收器中通有冷卻水管，水蒸氣遇到冷卻水管，凝結(jié)成小水滴，被吸收器中高濃度的溴化鋰溶液（以下簡稱強溶液[11]）吸收，溴化鋰的強溶液吸收水蒸氣變?yōu)闈舛认鄬^低的稀溶液（以下簡稱弱溶液[11]），弱溶液被泵送到發(fā)生器中。

利用尾氣廢熱對發(fā)生器進行加熱，使弱溶液中的水被快速蒸發(fā)，使弱溶液變成強溶液，重新生成的強溶液經(jīng)過熱交換器與弱溶液（由吸收器流往發(fā)生器）進行換熱后回到吸收器中，發(fā)生器中的水蒸氣進入冷凝器中。

通過計算可知，利用尾氣廢熱和溴化鋰吸收制冷機為攤鋪機操作室進行制冷，其COP較低，其主要原因是廢熱量較大，而制冷量相比較而言又較小導(dǎo)致的。如果將制冷沒有利用的廢熱進行發(fā)電，可進一步提高其COP值。

3? 結(jié)語

以發(fā)動機排氣廢熱為能源，借助溴化鋰制冷機為攤鋪機的操作室進行制冷，是高效利用廢熱，改善工人作業(yè)環(huán)境的有效方案。因為工程機械所用柴油發(fā)動機功率都比較大，所以尾氣廢熱的可利用功率也比較大，所以此方案有以下特點：①可用于所有以柴油機驅(qū)動的工程機械上;②除了制冷外，還可用于采暖、發(fā)電;③為工程機械的人機環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

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[14]https：//wenku.baidu.com/view/a79040a70029bd64783e2c42.html.