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(yīng)。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(xué)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(fù)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(yīng)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(yīng)、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(fù)荷功率較高(>75%額定功率)、排氣能量具有相當(dāng)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(fù)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(yù)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(dāng)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(yīng)”。

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(yù)熱器，所述蒸發(fā)器和預(yù)熱器安裝在廢氣鍋爐中，熱井依次連接鍋爐給水泵、預(yù)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(yù)熱器。 進一步地，所述蒸發(fā)器和預(yù)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(yīng)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(yīng)的工作壓力，飽和水、飽和水蒸汽的溫度均為廢氣鍋爐對應(yīng)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(yīng)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(yīng)工作壓力下的飽和溫度。進一步地，所述預(yù)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(yīng)的工作壓力。進一步地，所述預(yù)熱器一般設(shè)計成鍋爐給水在預(yù)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(biāo)箱集裝箱船的柴油發(fā)電機組負(fù)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(fù)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(yīng)”。


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(yù)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(yīng)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(dāng)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(yù)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(yù)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(yù)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(yīng)的工作壓力。預(yù)熱器7入口不飽和水的溫度在130°C和165°C之間。預(yù)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(yù)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(yù)熱器7的外部，鍋爐給水在蒸發(fā)器6及預(yù)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(yù)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(yù)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(yù)熱器，所述蒸發(fā)器和預(yù)熱器安裝在廢氣鍋爐中，熱井依次連接鍋爐給水泵、預(yù)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(yù)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(yù)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(yù)熱器，所述蒸發(fā)器和預(yù)熱器安裝在廢氣鍋爐中，熱井依次連接鍋爐給水泵、預(yù)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(xué)