《船舶柴油機(jī)排氣余熱的利用研究》8600字（論文）

船舶柴油機(jī)排氣余熱的利用研究[摘要]航運(yùn)業(yè)是燃料密集型行業(yè)。在能源危機(jī)和環(huán)保壓力的影響下，航運(yùn)業(yè)的發(fā)展正朝著低能耗、高效、環(huán)保的方向發(fā)展。利用船舶柴油發(fā)動機(jī)的廢熱旨在提高船舶運(yùn)行效率并降低燃料消耗。隨著國際原油價格的不斷上漲，燃料成本與運(yùn)輸成本的比率也在不斷上升。節(jié)能減排是航運(yùn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。本文通過對國內(nèi)外余熱回收系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀做一個闡述，表明未來余熱回收利用技術(shù)和系統(tǒng)是船舶節(jié)能的有效舉措。船舶柴油機(jī)余熱回收系統(tǒng)可以獲得巨大經(jīng)濟(jì)受益也能節(jié)約能源，減少排放，提高船舶的整體能源效率。然后進(jìn)行余熱系統(tǒng)分析，包括定義特點(diǎn)、系統(tǒng)構(gòu)成、經(jīng)濟(jì)等方面，然后舉出余熱的應(yīng)用方面，其具有廣闊的應(yīng)用前景。[關(guān)鍵詞]船舶柴油機(jī)；排氣余熱；空調(diào)系統(tǒng)目錄TOC\o"1-2"\h\u239300引言 176441排氣余熱利用技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3273711.1國外發(fā)展現(xiàn)狀 3209411.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 4213232排氣余熱系統(tǒng)的分析 5208182.1余熱的定義和特點(diǎn) 584232.2余熱系統(tǒng)的構(gòu)成 5250032.3余熱利用的經(jīng)濟(jì)分析 820643排氣余熱的合理利用 9162393.1排氣余熱利用途徑 9175603.2典型排氣余熱回收利用案例 10104414改進(jìn)建議 16283335結(jié)論與前景展望 17175875.1結(jié)論 17170245.2前景展望 179394致謝語 186593參考文獻(xiàn) 190引言當(dāng)前全球能源面臨嚴(yán)重的危機(jī)，各國都在積極采取相關(guān)措施來應(yīng)對能源問題，而船舶在運(yùn)營中會消耗大量的石油能源，因此現(xiàn)代技術(shù)要求船舶向低油耗、高環(huán)保方向發(fā)展。船舶在運(yùn)營中燃油費(fèi)用在總運(yùn)營費(fèi)用中會占有很大的比例約為33～60%。加上油價的提升，這個費(fèi)用比例將會進(jìn)一步提高，而在船舶運(yùn)營中出船舶主機(jī)的耗油量最多，其主機(jī)耗油量約為總耗油量約70～90%[1]，柴油機(jī)燃燒釋放的熱量一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，一部分通過排氣等一系列方式排放入大海，其中熱量沒有被利用的有效功外均為余熱[2]。船舶研究也在向著提升其運(yùn)行效率方面，其方法之一是提高船舶柴油機(jī)排氣溫度，但隨著溫度的提高，將會隨之產(chǎn)生一系列的氮氧化物，可見單一方面提高其溫度的措施存在弊端，必須解決這個問題。當(dāng)前，最先進(jìn)的船用柴油機(jī)熱效率可達(dá)到50%[3]，很大一部分熱量隨著廢氣排放和冷卻水流動排放入海而產(chǎn)生浪費(fèi)，也污染了環(huán)境[4]，通過余熱回收技術(shù)對船舶柴油機(jī)余熱進(jìn)行回收利用已成為船舶節(jié)能減排的必要的手段。圖0-1為MAN12K98MEMC型柴油機(jī)的能量利用圖，由圖可知柴油機(jī)工作后可以被利用的能量占全部能量的49.3%，剩余50.7％是不能被船舶柴油機(jī)利用能量，最后以排氣和冷卻等形式排放到環(huán)境中[5]。如果將這部分能量回收利用，則可減少燃油的消耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。圖0-1MAN12K98MEMC柴油機(jī)的能量利用圖本文將對船舶柴油機(jī)排氣余熱的利用做以下研究，具體內(nèi)容如下：（1）對排氣余熱進(jìn)行定義和特點(diǎn)的解釋，對船舶排柴油余熱有一個基本了解；（2）對余熱利用系統(tǒng)的構(gòu)成，包括對余熱利用的主要方式，余熱產(chǎn)生的主要形式：排氣余熱、冷卻水余熱等進(jìn)行主要分析；（3）對排氣余熱的合理利用展開分析，本文基于余熱蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)為例進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)意見；（4）對排氣余熱利用系統(tǒng)前景做展望，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，排氣余熱利用系統(tǒng)必定會向著環(huán)境友好型、實(shí)用型、便捷性發(fā)展。1排氣余熱利用技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀船舶業(yè)正朝著節(jié)約資源、高效利用的方向發(fā)展，滿足國際環(huán)保組織和國際海事組織船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)的要求，一直是世界船舶領(lǐng)域中研究的重要工作之一。反觀中國國內(nèi)情況，我國擁有眾多的船舶數(shù)量，其航運(yùn)能力大大提升，如果眾多的船舶均配裝有廢熱回收利用裝置，將會節(jié)約很多資源。因此，船舶柴油機(jī)的排氣余熱回收技術(shù)是船舶行業(yè)節(jié)能減排以及降低船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)的有效手段。未來船舶能效設(shè)計(jì)指數(shù)法規(guī)的生效，將推動船舶柴油機(jī)排氣余熱利用技術(shù)的廣泛應(yīng)用，研制好的余熱回收利用裝置，不僅可以節(jié)能減排，而且可以搶占國際市場，帶來巨大經(jīng)濟(jì)利益[6]。1.1國外發(fā)展現(xiàn)狀十分重視節(jié)約資源的日本，其在資源利用、節(jié)約方面的技術(shù)非常先進(jìn)，可以說走在世界前列。例如該國研究發(fā)明的小倉3號機(jī)，其利用的就是燃燒雜物產(chǎn)生的余熱，而這些被利用的余熱溫度約為190℃，空氣含量大約為43%，其中被回收利用的廢氣占總能比為20%～30%，最終排放到大氣的廢氣減少了70%～80%，其廢氣中所含的粉塵量也大約減少60%。在此過程中，其廢氣溫度從150℃降至100℃，因此廢氣量就減少了，燃料消耗也就降低了，其大約降低4.0%，所消耗的電能也減少了大約5%～10%，硫化物和氮化物的排放量也都均減少3%～10%。在這項(xiàng)技術(shù)過程中，燒結(jié)礦強(qiáng)度等質(zhì)量指標(biāo)沒有十分明顯的變化，從而生產(chǎn)率也沒有什么影響[7]。船海界著名的Wartsila公司研發(fā)了總熱能回收設(shè)備(Total

Heat

RecoveryPlan)，這個裝置包括動力渦輪、給水預(yù)熱系統(tǒng)等一系列部件，對此裝置也進(jìn)行了改良升級。在這個系統(tǒng)中，船舶柴油機(jī)產(chǎn)生的廢氣被利用于廢氣鍋爐，廢氣鍋爐產(chǎn)生了大量蒸汽，這些蒸汽用于船上人員日常需要，也可用于海水制淡、空調(diào)、發(fā)電等其他需要。此廢熱利用的系統(tǒng)運(yùn)行效果，主要由船舶柴油機(jī)的工作條件而定，需調(diào)節(jié)進(jìn)氣溫度，以此來獲得更高動能。在這個系統(tǒng)中，船舶柴油機(jī)所需空氣來自于外界環(huán)境，而不是從船舶柴油機(jī)胞室里吸入空氣，采用這種方式，使其增加廢熱鍋爐和動力渦輪中回收的能量，與此同時，采用這樣的系統(tǒng)，船用柴油機(jī)的可靠性不會受到影響。1.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國船舶配套裝置的研發(fā)起步較晚，大多數(shù)船舶裝置的設(shè)計(jì)專利被國外壟斷，使得我國船舶廠商失去了和國外船舶廠商競爭的機(jī)會，同時在船舶柴油機(jī)排氣余熱回收利用技術(shù)方面我國也缺少有效的研發(fā)投入。隨著我國國力的增強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，一些高校和個人也開始著手船舶排氣余熱回收的研究。哈爾濱工程大學(xué)在船舶排氣余熱的利用方面也進(jìn)行了研究，開展了“燃?xì)廨啓C(jī)雙工質(zhì)平行復(fù)合循環(huán)原理性研究”和“閉式燃?xì)廨啓C(jī)雙工質(zhì)平行復(fù)合循環(huán)試驗(yàn)驗(yàn)證”項(xiàng)目，排氣余熱作為工質(zhì)熱源進(jìn)入廢氣鍋爐產(chǎn)生蒸汽，鍋爐不用消耗其他能源產(chǎn)生的蒸汽可以被用于燃?xì)廨啓C(jī)，實(shí)現(xiàn)廢氣循環(huán)利用。在這個項(xiàng)目進(jìn)行時，為了使回注蒸汽產(chǎn)生封閉循環(huán)，在排氣余熱鍋爐出口安裝了BLGDw型玻璃管低溫冷凝式換熱器，它將排氣余熱鍋爐和冷凝式換熱器進(jìn)行了有效結(jié)合。在進(jìn)行裝置排煙測試后，表明環(huán)境污染物的排放明顯降低，凝結(jié)產(chǎn)物比氣態(tài)更容易無害化處理[8]。大連海事大學(xué)經(jīng)過研究，廢氣驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生機(jī)械能，再將這機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能。該裝置所原理是以液體為工作介質(zhì)進(jìn)行能量傳遞和控制的傳動方式，來自船舶柴油機(jī)的排氣余熱使得渦輪轉(zhuǎn)動，然后經(jīng)過齒輪泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為壓力能，通過管路輸送來傳送能量驅(qū)動發(fā)電機(jī)和舵機(jī)。該裝置可以適應(yīng)船舶各種運(yùn)動的不同工況。該方法和裝置可有效利用船舶航行中的柴油機(jī)廢氣余熱，提高柴油機(jī)的工作效率，達(dá)到節(jié)能目的[9]。綜上所述，船舶柴油機(jī)余熱利用技術(shù)已經(jīng)成為船舶節(jié)能減排研究的重點(diǎn)方向。國外在此領(lǐng)域已深耕多年，國內(nèi)發(fā)展相對緩慢。但隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力增強(qiáng)，開發(fā)新的高效的余熱回收系統(tǒng)必成為降低船舶運(yùn)營成本的重要舉措，余熱回收系統(tǒng)定會有長足發(fā)展。2排氣余熱系統(tǒng)的分析2.1余熱的定義和特點(diǎn)余熱是指在工作生產(chǎn)條件下，其他能源利用設(shè)備中沒有被利用的能源，也就是剩下來的、多余的能源。主要有高溫廢氣等，余熱的利用可以通過余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，推動熱能做機(jī)械功或發(fā)電，也可用來供暖或生產(chǎn)熱水[9]。它是提高經(jīng)濟(jì)性、節(jié)約燃料的一條重要途徑。余熱質(zhì)量有高有低。在利用余熱時，一般按照“物有所用”的原則，高質(zhì)量排氣余熱應(yīng)該用于產(chǎn)生動力和發(fā)電。如果將高質(zhì)量的余熱用于供暖等低質(zhì)量的場合，將會導(dǎo)致“產(chǎn)能過剩，利用不足”不合理現(xiàn)象出現(xiàn)，也要遵循“按質(zhì)供能，能質(zhì)匹配”的原則，在利用廢熱時，要做到量、質(zhì)的匹配[10]。2.2余熱系統(tǒng)的構(gòu)成2.2.1余熱系統(tǒng)的組成排氣余熱利用系統(tǒng)是指船舶柴油機(jī)排氣余熱利用的所有設(shè)備，包括使用流體介質(zhì)對余熱的轉(zhuǎn)化為多種用途的全套設(shè)備。它通常由以下幾種設(shè)備組成:(1)利用船舶柴油機(jī)排氣余熱產(chǎn)生蒸汽和熱水的廢氣鍋爐裝置；(2)利用廢氣余熱加熱介質(zhì)作功來執(zhí)行各種操作的加熱器、汽輪發(fā)電機(jī)組、海水淡化裝置和空調(diào)設(shè)備等裝置；(3)利用廢氣余熱流體作功釋放能量后回收的排汽冷凝水，給水等裝置。這三種主要設(shè)備之間用管路連接，工作介質(zhì)在其中進(jìn)行循環(huán)流動，再加上使余熱供應(yīng)與消耗之間自動保持平衡的控制設(shè)備就組成完整的排氣余熱利用系統(tǒng)[11]。2.2.2余熱產(chǎn)生形式（1）排氣余熱船舶運(yùn)行和航行離不開船舶柴油機(jī)，其中會浪費(fèi)很大一部分能源，而這些能源是可以被利用的。若這部分熱量直接釋放到大氣中，不僅浪費(fèi)能源而且不利于可持續(xù)和友好型社會的發(fā)展。1)船舶柴油機(jī)排氣余熱總量為:（1）式中，是船舶柴油機(jī)排氣余熱總量；分別為排氣溫度為、狀態(tài)下的定壓比熱，為環(huán)境溫度，為廢氣蝸輪增壓器出口溫度；M為排氣質(zhì)量。2）可利用的排氣余熱量當(dāng)排出氣體的溫度小于125℃時，排出的廢氣會對柴油機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生低溫酸性腐蝕，其原因是空氣中的氧氣會與廢氣中的硫分形成的的硫氧化物，這種硫氧化物具有腐蝕性。為了減輕低溫腐蝕，廢氣溫度應(yīng)該大于150℃，所以廢氣中實(shí)際可以利用的余熱熱量[12]：（2）式中=1.083KJ/Kg·K；為余熱可回收利用的排氣，分別為排氣溫度為、時的定壓比熱，為環(huán)境溫度，為廢氣蝸輪增壓器出口溫度；M為排氣質(zhì)量。3）實(shí)際計(jì)算根據(jù)船舶實(shí)際測算參數(shù)：=370℃，=30℃，查閱資料，過量空氣系數(shù)取1.26時，完全燃燒1㎏燃油約需18㎏空氣，燃油低熱值取41860KJ/㎏，可知=1.144KJ/㎏·K，=1.083KJ/㎏·K，=1.042KJ/㎏·K[13]。在此條件下，排氣余熱占產(chǎn)生的總發(fā)熱量比為：％=17.8％真正可利用的排氣余熱占比為：％=11.8％（2）冷卻水余熱冷卻在柴油機(jī)的正常運(yùn)行中是極其重要的一環(huán)，但是冷卻也有弊端會降低熱效率，帶走一些可利用熱量，大大增加了冷卻水的熱能。為了提高船舶運(yùn)行效率，被冷卻水帶走的熱量應(yīng)該進(jìn)行再次回收利用。1)冷卻水帶走的熱量為:(3)式中，、分別為活塞、氣缸冷卻水的定壓比熱容;、分別為氣缸、活塞冷卻水的質(zhì)量流量;、分別為氣缸、活塞冷卻水的進(jìn)出口的溫度差。2）實(shí)際計(jì)算根據(jù)船舶實(shí)際測量數(shù)據(jù)，指示功率為6487kw，平均壓力為1407.25kPa，氣缸進(jìn)口溫度為63℃，出口溫度為73℃，轉(zhuǎn)速為78.2r/min，冷卻水壓力為0.21MPa，油耗為1.17t/h，冷卻水流量為196m3/h。氣缸冷卻水和活塞冷卻水供水時使用同一淡水泵。在這些條件下，一個小時冷卻水帶走的熱量為：KJ占總發(fā)熱量比例為：×100％=×100％=16.8％柴油機(jī)的熱效率為：×100％=×100％=49.6％（3）其余散熱在船舶柴油機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生能量的過程中，船舶柴油機(jī)本身、滑油冷卻器、空冷器等不可抗因素產(chǎn)生損失，另外還有一部分由于燃油未燃燒時與空氣接觸發(fā)生反應(yīng)所產(chǎn)生的余熱也會損失一部分的熱量。這部分散熱量占燃油發(fā)熱量比例為100％-49.6％-17.7％-16.8％=15.9％這部分熱量不容易收集，難以發(fā)現(xiàn)，所占總熱量比較少，一般不作考慮。2.3余熱利用的經(jīng)濟(jì)分析“億輝”輪的船舶柴油機(jī)功率為6487kw，船舶運(yùn)行時會產(chǎn)生大量的煙氣，而大量煙氣的直接對外排放又會帶走許多未利用的熱能，這也造成了不能完全利用船舶柴油機(jī)正常工作時能量。如果能重新獲得那部分失去的能量，這將會是一種增加能量利用和減少環(huán)境影響的多贏方式。一方面船舶柴油機(jī)余熱利用能夠有效回收船舶柴油機(jī)的廢氣和冷卻水的熱量，同時可以減少船舶的燃油消耗量，減少運(yùn)營成本，達(dá)到船舶節(jié)能減排的目的。另一方面由于燃油價格上漲影響到船舶的營業(yè)利潤，迫使船舶航運(yùn)業(yè)越來越多的企業(yè)開始意識到船舶柴油機(jī)余熱利用技術(shù)的重要性。而排氣余熱利用的長期的好處是：減少燃油消耗，減少了有害氣體的排放，為建設(shè)綠色友好型環(huán)境做出貢獻(xiàn)，同時減少了需要儲存大量燃油的麻煩，可以使船舶擁有更大的載貨量。長此以往，船舶就會產(chǎn)生額外的經(jīng)濟(jì)效益。3排氣余熱的合理利用3.1排氣余熱利用途徑利用廢熱不僅僅是利用排氣余熱的量，更重要的是能根據(jù)廢熱的質(zhì)量來獲得更多的運(yùn)營利潤。排氣余熱的溫度越高，可利用能量越多，質(zhì)量也就比較好。對余熱的利用通?？煞謨蓚€階段。第一階段：將熱能盡可能高效地轉(zhuǎn)換為機(jī)械能或電能。第二階段：在機(jī)械能轉(zhuǎn)化過程中釋放出的熱能進(jìn)行合理有效地利用[14]。根據(jù)常見余熱利用途徑做成如下結(jié)構(gòu)圖：圖2-1余熱利用系統(tǒng)途徑方式由于建造船舶時對其空間、成本有限制，可以將多種排氣余熱利用裝置進(jìn)行行之有效地結(jié)合。例如，對于中小型船舶，不適宜大型發(fā)電系統(tǒng)，因?yàn)榭晒┗厥绽玫臒煔庥酂岜容^小，用于排氣余熱利用系統(tǒng)的安裝空間比較狹小，該系統(tǒng)可以使用高效的熱管換熱器回收熱量再進(jìn)行發(fā)電。而熱管換熱器回收的熱量不僅可以為發(fā)電系統(tǒng)回收熱量，而且可以供船上的空調(diào)供暖、用于水加熱來滿足船上生活需要等多種設(shè)備需要。對于大型船舶，可利用有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)將熱能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)對廢熱的回收利用，以此供給船舶電力系統(tǒng)用于日常使用。要注意對不同工作用途的進(jìn)行熱源補(bǔ)充，來提高系統(tǒng)的可靠性，延長使用壽命，制定合理的能源利用方式的技術(shù)路線。3.2典型排氣余熱回收利用案例本文以船舶余熱在空調(diào)系統(tǒng)方面的利用進(jìn)行介紹。圖2-2為船舶余熱蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由11個部件組成，包括：壓力調(diào)節(jié)閥1，蒸汽噴射器組2，冷凝器3，集液器4，膨脹閥5，蒸發(fā)器6，鍋爐水供給泵7，止回閥8，余熱鍋爐9，冷媒水泵10，冷風(fēng)機(jī)11。圖2-2船舶排氣余熱蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)圖3.2.1排氣余熱蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)特點(diǎn)（1）相比傳統(tǒng)船舶空調(diào)，裝設(shè)了壓力調(diào)節(jié)閥，能夠調(diào)節(jié)噴射器的工作蒸汽壓力并維持穩(wěn)定。（2）采用了4組完全一樣的蒸汽噴射器，可以提高制冷量，也可以調(diào)節(jié)制冷量的多少，重要的是提升了可靠性。每個蒸汽噴射器按船舶空調(diào)所需功率的1/4來設(shè)計(jì)因此，在系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)一組或多組噴射器組合使用的制冷量工況點(diǎn)上工作。（3）集液器的作用是防止冷凝器積液影響換熱面積和提高鍋爐供給水泵的吸入性能，使系統(tǒng)工作正常。（4）冷卻水供給泵的流量根據(jù)制冷量大小進(jìn)行調(diào)節(jié)。低負(fù)荷小流量高負(fù)荷大流量。按需調(diào)節(jié)使系統(tǒng)得到充分的利用。3.2.2排氣余熱蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)的分析本文通過在“億輝”輪的實(shí)習(xí)經(jīng)歷，結(jié)合文獻(xiàn)資料，分析蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)的性能，建立如圖2-3所示的制冷循環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由發(fā)生器、冷凝器、噴射器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥以及循環(huán)泵等裝置組成。蒸發(fā)器和發(fā)生器分別產(chǎn)生低溫低壓蒸汽與高溫高壓蒸汽。殼管式冷凝器用恒溫水做冷卻水，易于調(diào)節(jié)冷卻水溫度，進(jìn)而冷凝壓力的調(diào)節(jié)。蒸汽噴射器采用可調(diào)喉嘴距型[15]。此系統(tǒng)的工作熱源為排氣余熱，這些熱量進(jìn)入發(fā)生器中產(chǎn)生高溫高壓蒸汽制冷劑，將此蒸汽作為工作流體。當(dāng)其經(jīng)過噴嘴時，速度達(dá)到超音速，此時為超音速流體，同時在噴嘴出口處產(chǎn)生低壓，從而進(jìn)入混合室，這樣蒸發(fā)器的壓力將降低，從而制冷劑蒸發(fā)而實(shí)現(xiàn)制冷。在噴射制冷系統(tǒng)中，噴射器的與傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)中的壓縮機(jī)是類似的，所適用的制冷劑種類也較多，用于傳統(tǒng)系統(tǒng)中的制冷劑也能用于噴射系統(tǒng)中。圖2-3蒸汽噴射式制冷循環(huán)系統(tǒng)圖系統(tǒng)的冷凝壓力隨COP關(guān)系的變化如圖2-4。根據(jù)研究可知該系統(tǒng)臨界冷凝壓力為4.15kPa[16]。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在給定蒸汽噴射器的條件下，工作時的每一個蒸發(fā)溫度和蒸氣溫度都有相應(yīng)的臨界冷凝壓力。而且只有在冷凝壓力小于臨界冷凝壓力時系統(tǒng)才能正常工作。否則，系統(tǒng)失去制冷能力進(jìn)入不穩(wěn)定工作區(qū)域。由此可知，對蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)來說，臨界冷凝壓力對其影響很大。所有情況下，系統(tǒng)的臨界冷凝壓力都要高于相同工況下的冷凝壓力，否則會導(dǎo)致系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，甚至失效[17]。在一定臨界冷凝壓力條件下，要有穩(wěn)定的工作系統(tǒng)來產(chǎn)生制冷，必須對系統(tǒng)的工作條件做一些規(guī)定。在工作蒸汽溫度和蒸發(fā)溫度取若干溫度值后，系統(tǒng)臨界冷凝壓力與系統(tǒng)的COP關(guān)系如圖2-5。如果臨界冷凝壓力是一個固定值，工作蒸汽溫度和蒸發(fā)溫度對應(yīng)的工作點(diǎn)必須在給定的等臨界冷凝壓力線的左側(cè)，這樣系統(tǒng)才能得到系統(tǒng)在運(yùn)行條件下的穩(wěn)定性。同時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)冷凝壓力小于臨界冷凝壓力且工作蒸汽溫度保持不變時，需要提高蒸發(fā)溫度才能獲得較高的系統(tǒng)COP。冷凝壓力（kPa）圖2-4冷凝壓力隨COP的變化關(guān)系圖臨界冷凝壓力（kPa）圖2-5臨界冷凝壓力與系統(tǒng)COP關(guān)系圖在工作蒸汽溫度和蒸發(fā)溫度分別取若干溫度值后，得到了系統(tǒng)制冷量與臨界冷凝壓力之間的關(guān)系如圖2-6。由圖可以得到，當(dāng)工作蒸汽溫度恒定，臨界冷凝壓力超過系統(tǒng)冷凝壓力時，隨著蒸發(fā)溫度的升高，系統(tǒng)的制冷量也增加；但在蒸發(fā)溫度為定值時，工作蒸汽溫度的變化影響系統(tǒng)的冷卻，功率效應(yīng)小。從一般情況看，系統(tǒng)的冷卻能力基本上不隨工作蒸汽溫度的變化而變化。圖2-6臨界冷凝壓力與系統(tǒng)制冷量關(guān)系圖通過實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，提高系統(tǒng)的臨界冷凝壓力的方法是提高工作蒸汽溫度和蒸發(fā)溫度，如圖2-7所示。從結(jié)果中發(fā)現(xiàn)工作蒸汽溫度的變化對系統(tǒng)臨界冷凝壓力影響較大，而對系統(tǒng)的臨界冷凝壓力影響較弱的是蒸發(fā)溫度。圖2-7工作蒸汽溫度與臨界冷凝壓力的關(guān)系圖對以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析表明，蒸汽噴射制冷空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要影響因素是臨界冷凝壓力。如果系統(tǒng)運(yùn)行時冷凝壓力高于臨界冷凝壓力，系統(tǒng)將無法正常工作，冷凝壓力過高時會失去制冷功能；如果冷凝壓力低于臨界冷凝壓力，則系統(tǒng)COP有改進(jìn)空間，冷凝壓力越低，COP提升空間越大；要想提高系統(tǒng)的臨界冷凝壓力可以通過工作蒸氣溫度和蒸發(fā)溫度的提升來改變，但由于臨界冷凝壓力的自身影響，工作蒸氣溫度對臨界冷凝壓力有更大影響力。因此，系統(tǒng)臨界冷凝壓力的參數(shù)應(yīng)由工作蒸汽溫度決定比較合適。3.2.3排氣余熱蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)能源可利用率根據(jù)排氣余熱蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)測算參數(shù)：=180℃，由上文資料可知=1.092KJ/㎏·K，=1.083KJ/㎏·K，=1.042KJ/㎏·K。在此條件下，排氣余熱蒸汽噴射式制冷空調(diào)利用占燃油產(chǎn)生熱量百分比為：％=7.5％排氣余熱蒸汽噴射式制冷空調(diào)實(shí)際可利用排氣余熱百分比為：％=1.6％式中分別為排氣溫度為、時的定壓比熱，為環(huán)境溫度，為余熱蒸汽噴射式制冷空調(diào)蒸汽溫度；M為排氣質(zhì)量。由此可見，排氣余熱蒸汽噴射式制冷空調(diào)余熱利用率為1.6％，其利用率并不高，但有效的節(jié)約了船舶能源，減少了船舶運(yùn)營的代價，但仍有繼續(xù)優(yōu)化的空間。4改進(jìn)建議隨著人類對環(huán)保意識的日益加強(qiáng)，在航運(yùn)業(yè)以節(jié)能減排為技術(shù)發(fā)展要求的當(dāng)今備受囑目。船舶排氣余熱蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是使用低質(zhì)量熱能為工作熱源，以環(huán)境友好型工質(zhì)水為制冷劑，但因其性能相對較低等缺陷而限制了船舶排氣余熱蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。結(jié)合“億輝”輪排氣余熱蒸汽噴射式制冷空調(diào)系統(tǒng)改進(jìn)需要注意以下方面：（1）噴射器結(jié)構(gòu)對于系統(tǒng)性能的影響并非簡單的線性關(guān)系，對于本設(shè)備來說其噴射器應(yīng)接近于等壓混合噴射是最理想的，可以將噴射器內(nèi)部優(yōu)化改良成等壓環(huán)境。（2）可以設(shè)置一個溫度監(jiān)測控制機(jī)構(gòu)，及時監(jiān)測工作蒸汽溫度，避免溫度過高影響冷凝壓力，使其超過臨界冷凝壓力影響設(shè)備有效運(yùn)轉(zhuǎn)。5結(jié)論與前景展望5.1結(jié)論船舶機(jī)艙是一個大型分布式能源系統(tǒng)，作為船舶動力核心的船舶柴油機(jī)，是整個能源系統(tǒng)合理分配和有效利用的關(guān)鍵。船舶柴油機(jī)排氣余熱的能量占大部分，而且這部分余熱的溫度，很高利用起來方便，是余熱利用技術(shù)不可缺少的部分。本文結(jié)合“億輝”輪實(shí)習(xí)對排氣余熱的利用進(jìn)行了有效分析，得出以下結(jié)論：（1）船舶排氣余熱可利用能源占比較高，船舶回收利用能源初見成效，這一措施減少了燃油消耗，減少了廢氣排放。（2）余熱的回收利用主要集中在排氣余熱和冷卻水余熱兩個方面，這兩部分占回收可利用能源大部分。（3）該船舶排氣余熱利用在空調(diào)系統(tǒng)方面，在給定蒸發(fā)溫度值的情況下，工作蒸汽溫度的變化會影響臨界冷凝壓力，而臨界冷凝壓力會影響系統(tǒng)COP，但是工作蒸汽溫度對系統(tǒng)的制冷量影響不大，所以系統(tǒng)臨界冷凝壓力的參數(shù)應(yīng)由工作蒸汽溫度決定比較合適。5.2前景展望隨著人民生活水平的日益提高，船員們對機(jī)艙生活條件也會提升，排氣余熱利用技術(shù)的應(yīng)用涉及船上生活方方面面，未來這些將會在各種船舶中得到普及，本文雖然以船舶排氣余熱空調(diào)系統(tǒng)為例，但排氣余熱利用不局限于船舶空調(diào)系統(tǒng)，其他方面的利用，如船舶排氣余熱發(fā)電，船舶排氣余熱制淡裝置，船舶排氣余熱動力等也會長足發(fā)展[16]。未來研究的深入，技術(shù)的日益成熟，船舶柴油機(jī)的要求肯定向著環(huán)境友好型、實(shí)用型、便捷性、高效率等方面發(fā)展，排氣余熱利用技術(shù)和系統(tǒng)將會不斷更新優(yōu)化，這將助力船舶技術(shù)發(fā)展上一個新的臺階，對于船舶重器船舶柴油機(jī)，排氣余熱利用技術(shù)對提高其效率有著很好的效果，這必然會有廣闊的發(fā)展前景。參考文獻(xiàn)[1]孫長江，張金釗.船舶主機(jī)余熱利用技術(shù)探究[J].機(jī)電設(shè)備，2015，32(05):19-22+48.[2]趙欽新，周屈蘭等.余熱鍋爐研究與設(shè)計(jì)[M].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.[3]劉紀(jì)福.翅片管換熱器的原