[發明專利]基于有機朗肯循環的船用柴油發電機組廢氣余熱發電系統

無效

• 申請號: 201210265249.6
• 申請日: 2012-07-27
• 公開（公告）號: CN102777221A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 馬哲樹;楊東
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: F01K25/08
• 分類號: F01K25/08;F02G5/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 夏雪

技術領域

本發明涉及一種船用柴油發電機組余熱回收系統，具體涉及一種基于有機朗肯循環的船用柴油發電機組廢氣余熱發電系統。

背景技術

船舶是各國經濟貿易的主要運輸工具，為了能夠長期可靠地執行運輸任務，船舶離不開電力供應。柴油發電機組由于具有熱效率高、工作可靠、壽命長等一系列優點(楊貴恒，賀明智，袁春等.柴油發電機組技術手冊.北京：化學工業出版社，2009)，成為船舶電站的首選。船舶在正常航行、裝卸貨、進出港、停泊期間的用電需求不同，則柴油發電機組的負荷也不盡相同，但總有柴油發電機組要始終處于開啟狀態，以保證船舶正常的用電需求。用于船舶發電的柴油機通常為中速或高速柴油機，排溫較高，其排氣余熱屬于中溫余熱，具有較高的品位。但是目前，柴油發電機組的排氣大都直接經煙囪排向大氣，幾乎沒有得到有效的利用。

目前船舶排氣余熱回收利用是針對柴油主機而言的，主要有兩種方式：排氣余熱轉換成加熱熱能；排氣余熱轉換成加熱熱能和電能。(1)一般的中、小型船舶，由于主機的排氣余熱能量不大，能回收的動力很有限，所以都只考慮作為加熱用途的排氣余熱利用方式：通過廢氣鍋爐產生一定壓力的飽和水蒸汽滿足乘員生活所需的熱水供應、寒冷季節的艙室取暖以及油類的加熱保溫等。(2)在較大功率和萬噸級以上的大型柴油機商船上，利用廢氣鍋爐代替燃油輔鍋爐產生生活雜用及燃油加熱等的蒸汽，還不能充分地利用主機的排氣余熱，因為隨著發動機功率的增加，排氣余熱也隨著增加。因此廢氣鍋爐如果只產生雜用及加熱蒸汽，就會有大量剩余，致使排煙溫度不能降到合理的溫度。而由排氣余熱回收的蒸汽熱能，其最佳轉換方式是使用汽輪發電機產生電能，因此，在較大功率和萬噸級以上的大型柴油機商船上，憑借在船舶正常航行階段主機負荷功率較高(>75％額定功率)、排氣能量具有相當品位(特別是中速柴油機)、排氣流量充裕而穩定的有利條件，對廢氣鍋爐開始重新構思設計，包括采取降低排出氣溫，提高蒸發量和加裝過熱器、經濟器等措施，所產生蒸汽除供加熱和生活雜用之外，有能力通過汽輪發電機組于航行中取代柴油發電機組發電，滿足全船電力負荷，形成了基于朗肯循環的廢氣余熱發電系統。它由預熱器、蒸發器、過熱器、蒸汽輪機、發電機、冷凝器、鍋爐給水泵等組成(沈維道等.工程熱力學(第三版).北京：高等教育出版社，2001；陸金銘.船舶動力裝置設計.北京：國防工業出版社，2006)。

基于朗肯循環的廢氣余熱發電系統，卻存在如下的不足：(1)易于在蒸汽輪機里形成濕蒸汽，高速小水滴沖擊汽輪機葉片，會產生腐蝕損壞，縮短蒸汽輪機的使用壽命；(2)水蒸汽密度小、比容大，汽輪機(尤其是末級葉片的高度)、排氣管道及冷凝器中的管道的設計尺寸較大；(3)水的沸點高、汽化潛熱值大，船用柴油機廢氣屬于中低溫余熱，以水為工質的朗肯循環余熱發電系統在回收中低溫余熱時效率不高；(4)系統結構復雜、造價高；(5)船用柴油機的排溫越低，裝置的效率和經濟性越差，因此目前船用柴油機的排溫不斷下降的趨勢使得發展基于朗肯循環的余熱發電系統面臨更大挑戰。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種基于有機朗肯循環的船用柴油發電機組廢氣余熱發電系統，克服上述基于朗肯循環的船用柴油機組廢氣余熱發電系統的不足以及更加有效地回收船用柴油發電機組的廢氣余熱。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為一種基于有機朗肯循環的船用柴油發電機組廢氣余熱發電系統，包括廢氣鍋爐、有機工質膨脹機、減速器、交流發電機、回熱器、冷凝器、有機工質增壓泵和安裝在廢氣鍋爐里的蒸發器，所述蒸發器有機工質出口連接有機工質膨脹機入口，有機工質膨脹機的轉軸依次連接減速器和交流發電機，有機工質膨脹機出口依次連接回熱器第一入口和回熱器第一出口，回熱器第一出口連接冷凝器入口，冷凝器出口連接有機工質增壓泵入口，有機工質增壓泵出口依次連接回熱器第二入口和回熱器第二出口，回熱器第二出口連接蒸發器有機工質入口；所述廢氣鍋爐中通入船用柴油發電機組產生的廢氣。

進一步地，所述有機工質膨脹機的進汽壓力不低于0.7MPa，排氣背壓不低于0.1MPa。

進一步地，所述冷凝器的壓力不低于0.1MPa。

進一步地，所述冷凝器采用舷外海水冷卻。

進一步地，所述有機工質增壓泵的增壓壓力不低于0.7MPa。

進一步地，所述有機工質為干流體有機工質或等熵流體有機工質。