專利名稱：船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱回收系統(tǒng)，具體涉及一種船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
船舶是各國經(jīng)濟貿(mào)易的主要運輸工具，為了能夠長期可靠地執(zhí)行運輸任務(wù)，船舶離不開電力供應。柴油發(fā)電機組由于具有熱效率高、工作可靠、壽命長等一系列優(yōu)點(楊貴恒，賀明智，袁春等.柴油發(fā)電機組技術(shù)手冊.北京化學工業(yè)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(fā)電機組的負荷也不盡相同，但總有柴油發(fā)電機組要始終處于開啟狀態(tài)，以保證船舶正常的用電需求。用于船舶發(fā)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，發(fā)電柴油機的排氣大都直接經(jīng)煙 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主要是針對船舶柴油主機來開展的，主要有兩種方式一是將排氣余熱轉(zhuǎn)換成蒸汽熱能；一是將排氣余熱轉(zhuǎn)換成蒸汽熱能和用于發(fā)電。充分而合理利用排氣余熱，要綜合考慮如下因素排氣余熱的質(zhì)量高低、排氣余熱的數(shù)量大小、排氣余熱供應的穩(wěn)定程度、排氣余熱設(shè)備成本、投資回收期等因素。一般的中、小型船舶，由于主機的排氣余熱能量不大，只考慮作為加熱用途的排氣余熱利用方式，即通過廢氣鍋爐產(chǎn)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(jié)的艙室取暖以及油類的加熱保溫等。在較大功率和萬噸級以上的大型柴油機商船上，隨著發(fā)動機功率的增加,排氣余熱焓值也隨著增加，利用廢氣鍋爐代替燃油輔鍋爐產(chǎn)生生活雜用及燃油加熱等的蒸汽將不能充分地利用主機的排氣余熱，致使排煙溫度不能降到合理的溫度。此時排氣余熱回收的蒸汽熱能，其最佳轉(zhuǎn)換方式是驅(qū)動汽輪發(fā)電機產(chǎn)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(wěn)定的有利條件，對廢氣鍋爐開始重新構(gòu)思設(shè)計，包括采取降低排出氣溫，提高蒸發(fā)量和加裝過熱器、經(jīng)濟器等措施，所產(chǎn)生蒸汽除供加熱和生活雜用之外，有能力通過汽輪發(fā)電機組于航行中取代柴油發(fā)電機組發(fā)電，滿足全船電力負荷，形成了基于朗肯循環(huán)的廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)。它由預熱器、蒸發(fā)器、過熱器、蒸汽輪機、發(fā)電機、冷凝器、鍋爐給水泵等組成(陸金銘.船舶動力裝置設(shè)計.北京國防工業(yè)出版社，2006)。然而，這種針對柴油主機的廢氣余熱回收系統(tǒng)只有當船舶正常航行時才有意義，廢氣鍋爐的產(chǎn)汽量在船舶正常航行時基本能夠滿足船舶用汽需求，燃油輔鍋爐一般不需開啟。但在船舶停泊期間，主機處于停機狀態(tài)，此時只能由燃油輔鍋爐供給全部所需的蒸汽，而即使在船舶停泊期間，依舊有柴油發(fā)電機組處于開啟狀態(tài)，以保證船舶正常的用電需求。在船舶停泊期間，柴油發(fā)電機組的廢氣沒有得到利用，直接排向大氣會對港口及周邊地區(qū)造成熱污染，加劇城市的“熱島效應”。
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)，回收利用船用柴油發(fā)電機組的排氣余熱。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)，包括熱井、鍋爐給水泵、汽包、廢氣鍋爐、蒸發(fā)器和預熱器，所述蒸發(fā)器和預熱器安裝在廢氣鍋爐中，熱井依次連接鍋爐給水泵、預熱器、汽包第一入口、汽包第一出口、蒸發(fā)器、汽包第二入口、汽包第二出口和燃油輔鍋爐；所述廢氣鍋爐中通入船用柴油發(fā)電機組產(chǎn)生的廢氣。進一步地，還包括鍋爐強制循環(huán)水泵，所述汽包第一出口連接鍋爐強制循環(huán)水泵入口，鍋爐強制循環(huán)水泵出口分別連接蒸發(fā)器和預熱器。 進一步地，所述蒸發(fā)器和預熱器均采用帶翅片的鍋爐專用鋼管。 進一步地，所述廢氣鍋爐為水管鍋爐。進一步地，所述廢氣鍋爐安裝在柴油發(fā)電機組的煙囪內(nèi)。進一步地，所述鍋爐強制循環(huán)水泵為離心式熱水泵。進一步地,所述熱井與大氣連通。進一步地，所述鍋爐給水泵出口鍋爐給水的壓力為廢氣鍋爐對應的工作壓力。進一步地，所述汽包內(nèi)飽和水、飽和水蒸汽的壓力均為廢氣鍋爐對應的工作壓力，飽和水、飽和水蒸汽的溫度均為廢氣鍋爐對應工作壓力下的飽和溫度。進一步地，所述汽包產(chǎn)生的飽和水蒸汽通入燃油輔鍋爐，由燃油輔鍋爐統(tǒng)一通入各個用汽設(shè)備。進一步地，所述蒸發(fā)器入口飽和水的壓力及出口飽和水蒸氣的壓力均為廢氣鍋爐對應的工作壓力，入口飽和水的溫度及出口飽和水蒸氣的溫度均為廢氣鍋爐對應工作壓力下的飽和溫度。進一步地，所述預熱器入口不飽和水的壓力及出口水的壓力均為廢氣鍋爐對應的工作壓力。進一步地，所述預熱器一般設(shè)計成鍋爐給水在預熱之后處于蒸發(fā)壓力下的欠焓或飽和液體狀態(tài)。有益效果與未安裝柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)的船舶相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點I)對于新造船舶或者改造船舶安裝此系統(tǒng)后，能夠顯著減少船舶停泊期間燃油輔鍋爐的燃油消耗，由此可節(jié)省燃油成本。2)此系統(tǒng)利用柴油發(fā)電機組的排氣余熱產(chǎn)汽，除去鍋爐給水泵、鍋爐強制循環(huán)水泵消耗少量電能外，產(chǎn)生的飽和水蒸汽不需任何代價。3)燃油價格一定時，系統(tǒng)投資回收期與船舶柴油發(fā)電機組總?cè)萘看笮〕煞幢?，即船舶柴油發(fā)電機組總?cè)萘吭酱?，系統(tǒng)投資回收期越短。例如，燃油價格為550$/t時，一艘2600標箱集裝箱船的柴油發(fā)電機組負荷為1400kW，系統(tǒng)投資回收期為O. 54年；一艘油輪的柴油發(fā)電機組負荷為990kW，系統(tǒng)投資回收期為I. 28年。
4)節(jié)省燃油輔鍋爐的維修、運行管理費用。5)安裝柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)后，發(fā)電柴油機的廢氣溫度明顯降低，未安裝柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)時發(fā)電柴油機的廢氣溫度在350°C以上；安裝柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)后，發(fā)電柴油機的廢氣溫度可低至200°C以下，在船舶停泊期間，降低廢氣溫度就意味著能降低船舶對港口及周邊地區(qū)的熱污染，減小城市的“熱島效應”。
圖I為船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1_熱井；2_鍋爐給水泵；3-汽包；4_鍋爐強制循環(huán)水泵；5_廢氣鍋爐；6-蒸發(fā)器；7_預熱器；8_渦輪增壓器；9_排氣總管；10_船用柴油發(fā)電機組。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。由于船舶廢氣鍋爐及燃油輔鍋爐目前采用的工作壓力通常為O. 7MPa，本實施例取廢氣鍋爐的工作壓力為O. 7MPa來闡述系統(tǒng)的工作特性。如圖I所示，船用柴油發(fā)電機組10產(chǎn)生的廢氣首先進入排氣總管9，然后廢氣由排氣總管9進入渦輪增壓器8當中的廢氣渦輪(未圖示)，廢氣在廢氣渦輪中膨脹做功后進入本發(fā)明船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)中的廢氣鍋爐5，此時廢氣的溫度約為350°C。本發(fā)明提供的機構(gòu)包括熱井I、鍋爐給水泵2、汽包3、鍋爐強制循環(huán)水泵4、廢氣鍋爐5、蒸發(fā)器6和預熱器7。鍋爐給水泵2加壓熱井I中的低溫給水，將熱井I中的低溫給水輸送至預熱器7中進行加熱后進入汽包3，此時流出汽包3的水是高溫鍋爐飽和水，再通過鍋爐強制循環(huán)水泵4后分為兩路，一路高溫鍋爐飽和水與來自鍋爐給水泵2的低溫給水混合，使混合后的不飽和鍋爐給水在進入預熱器7時的水溫不低于硫酸露點，另一路高溫鍋爐飽和水被泵入蒸發(fā)器6，產(chǎn)生飽和水蒸汽，進入汽包3，汽包3分離其中的汽水混合物，產(chǎn)生的飽和水蒸汽通入燃油輔鍋爐，由燃油輔鍋爐統(tǒng)一通入各個用汽設(shè)備。鍋爐給水泵2出口的壓力為廢氣鍋爐5對應的工作壓力。預熱器7入口不飽和水的溫度在130°C和165°C之間。預熱器7出口水溫在155°C至165°C之間。廢氣鍋爐5內(nèi)安裝的蒸發(fā)器6及預熱器7均采用帶翅片的鍋爐鋼管以增大換熱系數(shù)。廢氣鍋爐5為水管鍋爐，柴油發(fā)電機組排出的廢氣由下而上依次流經(jīng)蒸發(fā)器6及預熱器7的外部，鍋爐給水在蒸發(fā)器6及預熱器7的內(nèi)部流動。廢氣鍋爐5安裝在柴油發(fā)電機組的煙囪內(nèi)。鍋爐強制循環(huán)水泵4采用離心式熱水泵。鍋爐強制循環(huán)水泵4出口至蒸發(fā)器6入口之間的主管路上設(shè)置一條旁通管路，在旁通管路上裝有閥門(未圖示)，閥門接執(zhí)行器(未圖示)，鍋爐運行時，執(zhí)行器依據(jù)反饋的預熱器7入口的水溫，控制閥門的開啟角度，也就是控制與來自鍋爐給水泵2的低溫給水混合的高溫鍋爐飽和水的旁通量，從而使混合后的鍋爐給水水溫在進入預熱器7時不低于硫酸露點，防止鍋爐被低溫硫酸腐蝕。熱井I與大氣相通，熱井I內(nèi)熱水壓力為O. IMPa，熱井內(nèi)水溫通常低于80°C。飽和水蒸汽和飽和水是指液態(tài)水與水蒸汽處于動態(tài)平衡的狀態(tài)，處于飽和狀態(tài)的水蒸汽稱為飽和水蒸汽，處于飽和狀態(tài)的液態(tài)水稱為飽和水，此 時，飽和水蒸汽和飽和水的溫度相同，稱為飽和溫度，飽和水蒸汽和飽和水的壓力相同，稱為飽和壓力。低于飽和溫度的水稱為不飽和水。
權(quán)利要求
1.一種船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)，包括熱井、鍋爐給水泵、汽包、廢氣鍋爐、蒸發(fā)器和預熱器，所述蒸發(fā)器和預熱器安裝在廢氣鍋爐中，熱井依次連接鍋爐給水泵、預熱器、汽包第一入口、汽包第一出口、蒸發(fā)器、汽包第二入口、汽包第二出口和燃油輔鍋爐；所述廢氣鍋爐中通入船用柴油發(fā)電機組產(chǎn)生的廢氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)，其特征在于還包括鍋爐強制循環(huán)水泵，所述汽包第一出口連接鍋爐強制循環(huán)水泵入口，鍋爐強制循環(huán)水泵出口分別連接蒸發(fā)器和預熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)，其特征在于所述蒸發(fā)器和預熱器均采用帶翅片的鍋爐專用鋼管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)，其特征在于所述廢氣鍋爐為水管鍋爐。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)，其特征在于所述廢氣鍋爐安裝在柴油發(fā)電機組的煙囪內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)，其特征在于所述鍋爐強制循環(huán)水泵為離心式熱水泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)，其特征在于所述熱井與大氣連通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種船用柴油發(fā)電機組廢氣余熱產(chǎn)汽系統(tǒng)，包括熱井、鍋爐給水泵、汽包、廢氣鍋爐、蒸發(fā)器和預熱器，所述蒸發(fā)器和預熱器安裝在廢氣鍋爐中，熱井依次連接鍋爐給水泵、預熱器、汽包第一入口、汽包第一出口、蒸發(fā)器、汽包第二入口、汽包第二出口和燃油輔鍋爐；所述廢氣鍋爐中通入船用柴油發(fā)電機組產(chǎn)生的廢氣。本發(fā)明能有效回收船用發(fā)電柴油機的廢氣余熱，節(jié)約燃油成本，提升船舶環(huán)境友好性。
文檔編號F22B1/18GK102777876SQ20121026405
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者楊東, 馬哲樹 申請人:江蘇科技大學