[發明專利]一種用于船舶主機廢熱發電ORC系統

有效

• 申請號: 201410163203.2
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103982255A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 董軍啟;王建長;王斌;陳能舜
• 申請（專利權）人: 浙江銀輪機械股份有限公司
• 主分類號: F01K25/08
• 分類號: F01K25/08;F01N5/02;F25B27/02
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司 33100
• 代理人: 沈孝敬

技術領域

本發明涉及了一種基于ORC的柴油機廢熱回收發電系統，尤其涉及適合于船舶主機廢熱發電的ORC系統。也即是基于有機郎肯循環發動機廢熱回收發電的系統裝置，利用制冷劑(如R245fa)從發動機尾氣及缸套水中吸收熱量，通過郎肯循環的四個階段，對外做功發電，實現發動機的廢熱回收再利用。

背景技術

隨著能源短缺的日益嚴峻，發動機的節能備受人們關注。利用ORC系統來回收發動機的廢熱，不僅容易實現而且熱回收效率較高。發動機可回收利用的熱源主要包括缸套水的熱量以及向環境排放高溫尾氣的熱量等。發動機缸套水的溫度一般低于100℃，因此可以直接與ORC系統中的冷媒進行換熱，實現熱量的回收利用。對于船舶主機，缸套水的溫度一般低于80℃，這使得對應ORC系統冷媒的蒸發壓力過低，整個系統的回收效率降低。發動機的排煙溫度一般高于500℃，在ORC系統中冷媒的承受溫度低于350℃，這在一定程度上限制了ORC系統在發動機廢熱回收領域的應用。

為更高效的利用發動機的廢熱，基于有機郎肯循環的發動機廢熱回收系統裝置在實現方式上也各有側重。經過現有文獻和專利的檢索，發現目前存在幾種不同結構形式的發動機有機郎肯循環系統并不夠完善。專利號為US6986251專利，提出的發動機的廢氣回收裝置，主要是是利用一個主泵和一個輔助泵，以減少制冷劑工質在高速主泵內產生的穴蝕問題，同時該系統中主要包括廢氣蒸發器、冷凝器和相關的水箱，油冷器、增壓中冷器等，制冷劑工質分別冷卻水箱散熱器，增壓中冷器，發動機油冷器等。該發明的系統中沒有過多的考慮到發動機廢氣再循環裝置，對現有裝置改變比較大。專利號為CN102787889A專利，提出一種柴油機缸套水及尾氣余熱回收系統，分別使用發動機缸套水加熱ORC系統中的預熱器，發動機的尾氣先經過SCR降溫后再加熱ORC系統中的蒸發器。該發明的系統比較復雜，缸套水和尾氣分別加熱預熱器和蒸發器，在性能匹配及系統控制方面均較為困難，且尾氣經過SCR后會有一部分能量損失。

因此，針對上述現狀，如果能發明出一種高效利用發動機缸套水和尾氣廢熱的ORC系統，特別是針對船舶主機的ORC發電系統，將大大推動其在船舶主機廢熱回收領域的應用。

發明內容

本發明的目的是提出一種船舶主機廢熱發電ORC系統，充分利用船舶主機缸套水和尾氣的廢熱，更有效的提高其回收利用效率。

為解決上述問題，本發明采用以下技術方案：一種用于船舶主機廢熱發電ORC系統，包括發動機尾氣回路、發動機缸套水回路、冷媒回路和外部冷卻水回路，其特征在于：

在所述的發動機尾氣回路中，發動機尾氣在直接排放環境前，先經過煙氣換熱器放熱，依次把熱量傳遞給缸套水和冷媒，從而實現尾氣熱量的回收；所述的煙氣換熱器為兩級煙氣換熱器，第一級為發動機煙氣與發動機缸套水的換熱，順流布置；第二級為發動機煙氣與ORC系統冷媒的換熱，也按順流布置；

在所述的發動機缸套水回路中，缸套水在發動機自帶循環水泵的作用下進入發動機缸套吸熱，從發動機出來后接著進入煙氣換熱器中吸收尾氣的熱量，再進入蒸發器的水側通道放熱，實現缸套水熱量和部分尾氣熱量的回收；

在所述的冷媒回路中，儲液罐中低溫低壓的液態冷媒經過工質泵后變成低溫高壓的冷媒；接著經過蒸發器，吸收發動機的廢熱后蒸發，變成高溫高壓的氣態冷媒；然后氣態冷媒經過煙氣換熱器的冷媒側，吸收煙氣剩余可利用的熱量后繼續升溫；從煙氣換熱器出來的氣態冷媒進入膨脹發電機，對外做功發電，從而實現廢熱的回收再利用；從膨脹發電機出來的低壓冷媒蒸汽，再通過冷凝器放熱，成為低溫低壓的液態冷媒回到儲液罐中；

在所述的外部冷卻水回路中，外部冷卻水經過冷凝器，吸收氣態冷媒的熱量，使其成為低溫低壓的冷媒。

本發明的一種用于船舶主機廢熱發電ORC系統，是基于有機郎肯循環的動力系統，吸收發動機缸套水和發動機尾氣的廢熱。系統中采用缸套水吸收發動機尾氣熱量后，再對ORC系統的冷媒進行加熱；同時利用加熱后的冷媒吸收發動機尾氣與缸套水換熱后剩余的部分熱量。利用本系統，可有效解決船舶主機缸套水溫度不高而導致的ORC系統蒸發壓力過低，系統效率不高的問題。同時，本系統利用尾氣和缸套水聯合吸收熱量方案，解決了有機冷媒與高溫廢熱直接熱交換帶來的冷媒高溫裂解的問題。本系統最大程度的回收柴油機廢熱的同時，對原有柴油機系統的改動較小。

作為本發明的進一步改進，在膨脹發電機和冷凝器之間加設回熱器，進行從工質泵出來的液態冷媒和從膨脹發電機出來的氣態冷媒的熱交換，進一步提高整個系統的廢熱回收效率。