工程機械尾氣余熱回收制冷探析

袁吉

摘要：工程機械發動機功率較大，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。工程機械作業環境比較惡劣，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，改善工作環境，進一步提高發動機的能源利用率。

關鍵詞：發動機;工程機械;尾氣余熱;溴化鋰吸收制冷;攤鋪機

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

0? 引言

大多數工程機械依靠柴油發動機驅動，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，但在能量轉換過程中，只有一部分轉換為有效功，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]。在這種高溫環境下作業，作業效率和作業質量容易受到影響，甚至導致作業人員中暑[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，多用于中央空調系統。以75℃以上的熱水作為熱源，因而在廢熱、太陽能利用中發揮著重要作用。雙效溴化鋰制冷機組發生器內溴化鋰溶液一般為150-200℃，單效溴化鋰制冷機組發生器內溶液溫度一般為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? 國內外研究現狀

目前，已有很多學者和工程技術人員在這一方面做了一些研究。李可順、陸紫生[6]設計、研究并測試了一種新型的集成循環，并給出了在特定條件下的一些最佳工作參數;李永光，王菁，白曾凱等[7]為了將余熱回收與溫差發電技術結合起來，建立了一套熱回收系統，在回收熱的同時還可以發電，并應盡量使溫差發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]的研究成果既實現節能降耗，又能減少對環境的熱排放及污染，熱泵+熱網加熱器方案不僅節能，投資回收年限短，經濟性好且環保，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系統，具有運行安靜、體積小、節能、可回收冷卻熱等優點，是太陽能吸收式制冷系統小型化的一個重要發展方向。何嘉鵬，方賢德等[10]通過中間壓力對雙級溴化鋰制冷循環熱力系數影響的分析，提出最佳中間壓力的計算方法，可簡化和優化雙級溴化鋰制冷循環的熱力計算，使其獲得最高熱力系數，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環境進行研究，為工程機械的人機工程設計提供參考。

2? 實施方案

柴油發動機消耗燃料過程中，只有30-40%的能量轉換為機械能，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，發動機功率為129kW，可見通過排氣管浪費掉的功率也應該在120kW左右。如果能將廢熱的全部或部分能量轉換為對生產生活有用的能量，其社會經濟效益將非常可觀。譬如用于操作室進行制冷或采暖、發電等。本文擬采用廢熱作為系統熱源，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，用水的蒸發潛熱進行制冷，其工作原理如圖1所示。

水在密封的蒸發器中，將蒸發器內氣壓降至6mmHg，這種情況下水的沸點降低為4℃，冷水回水管（管內流動的是冷媒水）經過蒸發器，使蒸發器中溫度升高，加快水的蒸發，水在蒸發時從冷水管及管內冷水吸收熱量，使管內冷水溫度降低，降溫后的冷水沿管道循環進入操作室，吸收操作室熱量，達到制冷目的。蒸發器中產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為濃度相對較低的稀溶液（以下簡稱弱溶液[11]），弱溶液被泵送到發生器中。

利用尾氣廢熱對發生器進行加熱，使弱溶液中的水被快速蒸發，使弱溶液變成強溶液，重新生成的強溶液經過熱交換器與弱溶液（由吸收器流往發生器）進行換熱后回到吸收器中，發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致的。如果將制冷沒有利用的廢熱進行發電，可進一步提高其COP值。

3? 結語

以發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，改善工人作業環境的有效方案。因為工程機械所用柴油發動機功率都比較大，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動的工程機械上;②除了制冷外，還可用于采暖、發電;③為工程機械的人機環境系統設計提供參考。

參考文獻：

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[4]http：//news.21-sun.com/detail/2016/08/2016080209015757.shtml.

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htm？pc.

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[7]李永光，王菁，白曾凱.可同時發電的余熱回收系統與試驗研究[J].熱能動力工程，2019，34（04）：135-139.

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[13]http：//www.ap1700.com/Show16346Vatemp！623.15！1.htm.

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