船舶柴油机余热利用技术研究

船用柴油机余热利用发电系统使用计划方案一、实施背景船用柴油机余热利用发电系统是一种能够将柴油机废气中的余热转化为电能的设备，可以大大提高船舶的能源利用效率。

当前，随着航运业的不断发展，船舶的能源消耗量也逐年增加，而船用柴油机废气中的余热一直被浪费，这不仅浪费了能源，也对环境造成了不良影响。

因此，船用柴油机余热利用发电系统的开发和应用已成为航运业的一个重要课题。

二、工作原理船用柴油机余热利用发电系统的工作原理是利用柴油机废气中的余热，通过热交换器将其转化为热能，再通过蒸汽轮机或有机朗肯循环机等设备将热能转化为机械能，最终驱动发电机发电。

该系统的关键是热交换器的设计和选择，需要根据柴油机排放的废气温度和流量等参数进行精确计算，以保证系统的运行效率和稳定性。

三、实施计划步骤1.调研和分析市场需求和技术状况，确定系统设计方案；2.进行热交换器的设计和选择，制定制造和安装方案；3.进行系统测试和调试，保证系统运行稳定；4.进行系统使用培训和推广，提高用户使用效果；5.进行系统的维护和保养，确保系统长期稳定运行。

四、适用范围船用柴油机余热利用发电系统适用于各种类型的船舶，尤其是大型远洋货轮、油轮等高能耗船舶。

该系统可以大大提高船舶的能源利用效率，减少废气排放对环境的污染，同时也可以降低船舶的运营成本。

五、创新要点1.对热交换器的设计和选择进行精确计算，以实现最高的能源转化效率；2.采用先进的蒸汽轮机或有机朗肯循环机等设备，提高发电效率和稳定性；3.结合船舶的实际情况进行系统设计和安装，确保系统的适用性和可靠性。

六、预期效果1.提高船舶的能源利用效率，降低运营成本；2.减少废气排放，对环境造成的污染减少；3.为船舶提供可靠的备用电源，提高船舶的安全性和可靠性。

七、达到收益1.节约能源，降低运营成本；2.减少废气排放，符合环保要求；3.提高船舶的安全性和可靠性，减少故障和停机时间。

八、优缺点优点：1.提高能源利用效率，降低运营成本；2.减少废气排放，符合环保要求；3.提高船舶的安全性和可靠性，减少故障和停机时间。

船用柴油机余热利用发电系统使用计划方案一、实施背景船用柴油机在运行过程中会产生大量的余热，如果这些余热不能得到有效利用，将会造成能源的浪费。

而船舶上的电力需求通常是非常大的，因此利用船用柴油机的余热发电系统可以有效地解决船舶电力供应的问题，并且能够提高燃油利用率，减少船舶的能源消耗。

二、工作原理船用柴油机余热利用发电系统的工作原理是利用柴油机产生的高温废气和冷却水余热，通过热交换器将余热传递给蒸汽或者有机工质，使其发生蒸发过程，产生高温高压的蒸汽或者工质，然后通过蒸汽或者工质驱动发电机发电。

同时，系统还可以利用蒸汽或者工质的余热进行供热或者制冷。

三、实施计划步骤1.确定船舶的电力需求和余热产生情况，评估余热利用发电系统的可行性和经济性。

2.设计余热利用发电系统的整体结构，包括热交换器、蒸汽或者工质发生器、发电机和供热或者制冷系统。

3.选购和安装所需的设备和部件，包括热交换器、蒸汽或者工质发生器、发电机和供热或者制冷设备。

4.进行系统的调试和测试，确保系统的正常运行。

5.进行系统的运行监测和维护，定期检查设备和部件的运行状态，及时处理故障和问题。

四、适用范围船用柴油机余热利用发电系统适用于各种船舶，特别是大型远洋船舶和海上工程船舶。

这些船舶通常有较大的电力需求和余热产生量，因此利用余热发电系统可以满足船舶的电力供应需求，并且能够提高燃油利用率，减少能源消耗。

五、创新要点1.采用先进的热交换器和蒸汽或者工质发生器，提高系统的热效率和发电效率。

2.设计合理的供热或者制冷系统，充分利用蒸汽或者工质的余热进行供热或者制冷。

3.采用智能化的控制系统，实现系统的自动控制和监测，提高系统的稳定性和可靠性。

六、预期效果1.提高船舶的电力供应能力，满足船舶的电力需求。

2.提高燃油利用率，减少船舶的能源消耗和排放。

3.提供供热或者制冷服务，提高船舶的舒适性和人员的工作效率。

七、达到收益1.节约燃油成本，降低船舶的运营成本。

收稿日期:2007212228修回日期:2008201207作者简介:甘念重(1971-),男,学士,实验师。

研究方向:船舶制冷与空调技术。

E 2m ail :ganaaa @　文章编号:167127953(2008)022*******船舶主机热平衡分析及其余热利用甘念重(武汉理工大学能源与动力工程学院,武汉430063)摘　要:通过对一条具体船舶主机的参数分析和热量计算,得出其热量平衡图。

通过对热量平衡图的分析,提出了主机余热利用的主要途径和相应的限制条件,并说明了提高船舶柴油机热经济性的方向。

关键词:主机;热平衡;余热;利用中图分类号:U664.121 文献标志码:BHeat Balance Analysis and Waste Heat Utilization forMain Engines in VesselsG AN Nian 2zhong(School of Energy and Power Engineering ,Wuhan University of Technology ,Wuhan 430063,China )Abstract :The paper analyses the parameters and calculates quantity of heat of the certain ship ,educes the heat balance fig.It brings forward main approaches and restricted conditions for using waste heat of main en 2gine through analyzing the fig ,and points out the way to improve the heat economy of ship ’s diesel engines.K ey w ords :main engine ;heat balance ;waste heat ;utilization 现代商船上柴油机的热效率虽说较高,但一般也仅在50%左右,其余50%左右的热量通过排气、冷却水等方式被带走,因此,对这部分余热的充分利用是船舶节能的关键所在。

现代船舶柴油机动力系统的余热利用探究摘要：近年来，随着油价的不断上涨，燃料费成为了现代船舶运输成本中支出最大的项目之一。

减少燃料消耗也成为了评定船舶动力装置好坏的重要指标之一。

正因如此，在现代船舶动力系统中，对柴油机废弃能量的再利用一直是其非常重要的部分。

本文将介绍一种新的余热利用方式，并对柴油机动力系统的余热进行简要的分析，同时计算该系统的收益情况，对安装该系统是否可以提高动力效率以及减少二氧化碳的排放量进行探究。

关键词：余热利用；船舶柴油机；动力系统；热效率系统现代船舶的主要动力来源就是石油燃料，对于运输型的船舶来讲，降低对燃料的消耗量，提升动力装置的经济性非常重要。

从上个世纪七十年代开始，石油危机就开始出现并愈趋严重。

燃油费在船舶运输成本中的所占比例也越来越高。

因此，提高船舶动力装置的经济性也成为了造船行业所研究的重要方向。

柴油机因为其功率广、经济性好以及机动性强等特点，逐渐被广泛的用作船用发动机。

拒不完全统计几乎所有的船舶都是利用柴油机作为动力装置。

因此，提高船舶柴油机的节能性不但可以节省运输成本同时也具有节能减排的效用。

一、系统的概念以及组成（一）柴油机动力系统中的余热主要包括哪几部分柴油机动力系统中的余热主要是柴油机排气中带的热量，它大概可以占到总废热的50%，同时也占到整个燃油燃烧所释放能量的25%。

除了它之外，柴油机冷却水所带走的热量也是余热的主要构成之一。

对于现代船舶的动力装置而言，通常可以把它分成高温淡水（温度通常在90 到95℃）以及低温淡水（温度通常在50到70℃）这两个系统。

除了上述两种构成余热的部分热量之外，还有因增压空气产生的热量。

（二）热效率系统的概念以及组成现如今，高效型的柴油机得到了广泛的应用，这种柴油机并不会产生很高的废弃温度。

一般来说，它产生的热量仅仅可以供废气锅炉产生蒸汽。

而现如今对其提出了新的应用方案，就是利用废弃旁通装置对，主机中废弃热量的应用途径进行重新分配（使其从大量的低温变成少量高温）。

节能减排是中国经济和社会发展的长期战略方针,也是一个非常紧迫的任务。

通过回收废热来减少能源消耗,对我国实现节能减排的发展战略和环境保护具有重要的现实意义。

同时,余热的回收利用对改善工作环境、节约能源、降低生产成本等方面起着无可比拟的作用,已经成为能源利用不可忽略的一部分。

在船上,余热的使用大致分为两个方面:一方面是用于加热,比如船员的生活热水,冬天机舱、油箱的加热和保温,远洋船舶的海水加热蒸馏制淡水等[1]。

1余热的定义和特点余热是指生产过程中释放出来的可被利用的热能。

主要有高温废气等,余热的利用可以通过余热锅炉产生蒸汽,推动热能做机械功或发电,也可用来供暖或生产热水[2]。

余热有品质高低之分。

根据“按质用能,各用其所”的原则,如果需要产生动力,应该使用较高品味的余热。

如果将高品位余热用于加热,则会导致“大材小用”不合理现象。

反之,若将低品位余热用于做功,则也是一种‘能质’不匹配的现象。

同时在使用热能的过程中,也要遵循“按质供能,能质匹配”的原则,在热能供需过程中,不仅做到数量相等,更重要是在质量上合理搭配[3-4]。

2船舶柴油机余热构成及分析2.1柴油机余热构成2.1.1废气余热船舶柴油机是船舶在海上航行的动力源,它排放的废气余热将近占总热能的40%。

其排出的废气余热温度在350℃-410℃之间,如果直接排放到大气中,会大量浪费没有经过利用的热能[5]。

1)柴油机排气热的总量为:Q=C T P ·M ·T 2-C T P ·M ·T 1式中:Q ———柴油机排气所含的热量;C T P ,C T P ———分别为烟气在温度为T 1、T 2时的定压比热KJ\Kg ·K;M———为排烟的质量Kg;T 2———为废气涡轮增压器涡轮出口温度;T 1———为环境温度。

综上所述,柴油机排气量愈大,排气温度愈高,废气热量就愈多。

因此,若要减少排气热,可以通过减小排气温度,降低过量空气系数。

船舶余热利用探讨方案引言随着船舶运输业的发展，对能源的需求越来越大。

然而，传统船舶在能源利用方面存在着许多问题，其中之一就是船舶余热的浪费。

船舶运行中产生的大量余热如果不进行合理利用，不仅会造成能源的浪费，还会对环境造成负面影响。

为了解决船舶余热的利用问题，本文将探讨一些现有的船舶余热利用方案，并分析其优缺点，以期提供对船舶能源利用的指导和参考。

船舶余热利用方案热交换器系统热交换器系统是一种常见的船舶余热利用方案，它利用余热进行热能转换。

热交换器系统通过在船舶废气管道上安装热交换器，将废气中的余热传递给工作介质。

工作介质可以是水或流体，通过与余热进行热交换，转化为可用的热能。

这种方案具有以下优点：•可以利用废气中的热能，使其得到充分利用，减少能源浪费；•可以将废气中的热能转化为船舶所需要的热能，提供船舶运行所需的热源；•系统结构简单，易于安装和维护。

然而，热交换器系统也存在一些缺点：•系统的热能转换效率可能不够高，需要进一步优化；•需要占用一定的空间安装热交换器，对船舶结构设计提出一定要求；•对于一些特殊的船舶环境和工况，热交换器系统可能无法满足需求。

蒸汽动力系统蒸汽动力系统是另一种船舶余热利用方案，通过利用废气中的余热产生高温高压的蒸汽，用于驱动发电机发电或提供机械动力。

蒸汽动力系统具有以下特点：•可以将废气中的余热转化为电能或机械能，满足船舶运行的不同能源需求；•通过采用适当的蒸汽循环系统和蒸汽涡轮机等设备，可以提高能源利用效率；•对于一些需要大量电能或机械动力的船舶，蒸汽动力系统是一种理想的船舶余热利用方案。

然而，蒸汽动力系统也存在一些挑战：•蒸汽动力系统对船舶结构和布局提出更高的要求，需要更多的空间和设备支持；•蒸汽动力系统的运行和维护成本相对较高，需要更多的投入；•对于一些小型船舶或不需要大量能源的船舶，蒸汽动力系统可能过于复杂和昂贵。

热泵系统热泵系统是一种利用余热进行热能转换的先进技术，它利用低温余热产生热能，用于加热船舶的供暖系统或提供船舶所需的热水。

船舶柴油机尾气余热应用于取暖工况的设计摘要：船舶柴油机尾气再利用是将船舶主机的尾气余热用来取暖与船舶现有取暖系统匹配使用：利用散热取暖系统原理，借用已有取暖系统的部件，在不提高经济费用的基础上，开发新型的取暖系统。

如此一来提高了能源的利用效率，降低了能源浪费，使得船舶各系统能够高效、安全和稳定地运行。

既满足船东对船舶运营经济性的要求，更是顺应了节能减排的潮流与新方向。

关键词：柴油机；余热；取暖；散热器；CPU控制模块0引言新时期对能源利用效率有更高要求，减少污染物的排放，提高能源利用率是新的方向.为提高船舶运营的经济效益，现代船舶对于柴油机尾气利用的地方很多：比如说废气涡轮增压器的使用，不仅提高了大型二冲程柴油机的进气密度，而且节约了能源，进而有效地提升了船舶柴油机的工作效率；再者是废气锅炉的使用，大大减少了高温尾气热量的浪费。

考虑到以上对柴油机尾气利用的实例，联系到到一个问题，同样可以利用船舶主机的尾气余热来取暖。

1取暖系统原理柴油机取暖系统由集气总管（涂有反射涂层或和耐热涂层），旁通管路，散热器，进排气扇，加湿器选配（利用现有管路的加湿器，或者可以集成加湿器），CPU控制单元，温度传感器，湿度传感器，空气过滤器，取暖管路等部件组成，为船员舱室及船舱需要供暖的场所供暖。

供暖系统工作原理如下，由散热器从排气总管取得热量，这部分热量用来加热集气总管里的空气，所用的空气由进气扇提供，空气在集气总管里被加热，待空气被加热至设定温度，随后由排气扇送至需要供暖的场所。

送风的温度由温度传感器探测，并实时发送至CPU控制与监测模块，在该模块中进行判别，数值低于设定的温度值，则不供风；数值高于设定温度，则启动旁通管路的风机，并控制风门的开度，来进行空气的混合，然后将温度适宜的加热空气输送到供暖管路。

送风的湿度由湿度传感器探测，并实时发送至CPU控制与监测模块，在该模块中进行判别，数值低于设定的湿度值，则开大加湿器，提高空气的含湿量；数值高于设定值，则关小加湿器，降低相对湿度，达到适宜的供风湿度。

船舶柴油机节能减排技术分析
1. 燃烧优化技术：通过改善燃油喷射系统和燃烧室结构，使燃油更加充分燃烧，从而提高燃烧效率，降低燃油消耗和排放物排放量。

常用的燃烧优化技术包括高压共轨燃油系统、多级喷油器和燃烧控制系统等。

2. 废热利用技术：船舶柴油机废热的利用可以提高能源利用率，减少燃油消耗和排放物排放。

常用的废热利用技术包括余热锅炉和余热涡轮发电机等。

余热锅炉可以利用废热产生蒸汽供船舶其他设备使用，余热涡轮发电机则可以将废热转化为电能供船舶使用。

3. 废气净化技术：船舶柴油机的废气中含有大量的氮氧化物（NOx）和颗粒物等有害物质，因此需要采取净化技术来控制废气排放。

常用的废气净化技术包括选择性催化还原（SCR）技术和颗粒物捕集器等。

SCR技术可以通过将氮氧化物与氨气催化还原生成无害氮和水，从而降低废气中的氮氧化物排放；颗粒物捕集器则可以捕集废气中的颗粒物，减少颗粒物排放。

4. 燃气替代技术：将传统的柴油燃料替代为更清洁的天然气或液化天然气燃料可以显著减少污染物的排放。

燃气替代技术需要改造船舶柴油机的燃油系统，增加燃气供应设备，同时也需要考虑燃气的储存和运输等问题。

5. 不同功率级别的匹配：根据航行条件和船舶负载情况，合理选择不同功率级别的柴油机可以使柴油机运行在最佳工况，提高燃烧效率，降低能耗和排放。

船舶柴油机节能减排技术是一个综合性的系统工程，需要综合运用多种技术手段，以实现最佳的节能减排效果。

在船舶设计和运营中，合理选择适用的技术措施，可以有效降低船舶的能耗和环境污染。

第38卷,总第219期2020年1月,第1期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.38,Sum.No.219Jan.2020,No.1船舶柴油机余热回收联合机组开发与试验研究陶加银1,赵　武1,李向辉2,杨　巍2(1.航天推进技术研究院系统工程部研发中心,陕西　西安　710100;2.中国长江动力集团有限公司,湖北　武汉　430205)摘　要:船舶柴油机余热回收是现代高效节能船舶发展的趋势。

本文回顾了国内外船舶柴油机余热利用的研究现状。

针对国内某型号船舶柴油机设计一套余热回收的联合发电机组样机,包括汽轮机和动力涡轮以及双轴伸发电机,整体布置在一个撬装式机架上。

针对该试验样机搭建整个试验系统,包括热源、冷源、电气、负载以及其他辅助系统等。

对联合机组进行多种工况试验研究。

大负载试验中先后实现了汽轮机的加载、动力涡轮的啮合、载荷分配、联合加载、联合减载、动力涡轮退出停机、汽轮机减载、汽轮机停机等全部运行过程。

试验充分模拟了余热回收系统配合船舶柴油机运行时的各种可能的工况。

试验表明所设计的联合机组运行正常,各种控制策略和操作规程适当,控制系统完全满足预设的各种工况条件,可以为后续工程样机优化提供借鉴。

关键词:船舶柴油机;节能减排;余热回收系统;联合机组;试验研究中图分类号:TK421 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2020)01-0026-06收稿日期　2019-06-10 修订稿日期　2019-11-06基金项目:工信部高技术船舶重大科技专项“船用低速机工程(一期)”子课题“余热利用(WHR)装置应用研究”(工信部联装函[2017]21号)作者简介:陶加银(1988~),男,硕士,工程师,主要从事透平机械设计、余热回收等领域的研究。

Development and Experiment of Waste Heat Recovery Combined Turbinesfor Marine Diesel EnginesTAO Jia -yin 1,ZHAO Wu 1,LI Xiang -hui 2,YANG Wei 2(1.R&D Center of System Engineering Department,Academy of Aerospace Propulsion Technology,Xi'an 710100,China;2.China Chang Jiang Energy Corporation,Wuhan 430202,China)Abstract :Waste heat recovery for marine diesel engines is a new trend for modern highly efficient ship development.This paper reviews the research status of waste heat recovery on marine engines all over the world.A set of combined steam -power turbines was developed for heat recovery investigation.A test rig was built with heat and cold source,electrical system,load system and other auxiliary system.The full range operation was tested including the separate loading of steam turbine,the engaging of power turbine,the combined loading and loading distribution and the disengaging and stop of the power turbine.The ex⁃perimental process simulated all kinds of possible conditions when used with the real marine diesel en⁃gines.The results showed that the WHR unit met the design requirements and the control strategy workedvery well.The control system was adaptable to various working conditions.This paper could provide goodreference to the future design optimization of the engineering unit.·62·Key words:marine diesel engines;energy saving and emission reducing;waste heat recovery system (WHR);combined steam and power turbines;experimental study 随着现代能源和环保问题的发展,船舶主柴油机的节能环保问题日益受到国内外船舶厂家乃至用户的关注,尤其是当下国际海事组织制定了新的EEDI(船舶能效指数),进一步提高了船舶主机能效要求[1]。

0 引 言随着贸易全球化的快速发展，船舶在运输行业上扮演着越来越重要的角色，但也给环境保护和资源节约等方面带来了诸多问题。

船舶柴油机的节能环保问题受到了国际社会的广泛关注，再加上现阶段IMO 提出了新的EEDI 造船标准，为了响应国际海事组织所提出的“航行更安全、水域更清洁”的要求，国内外都在进一步扩大现代造船理念的外延与内涵，积极探索EEDI 能效指数，为船舶管理模式和造船技术提供可靠性依据[1]，进一步提高了船舶主机能效要求。

现阶段，在所有热机中热效率占比最高的船舶柴油机主机，其热效率也仅能达到一半，但该主机仍有大部分的燃料热量，通过尾气排烟、冷却水等形式排入环境中，这不但带来了能源的浪费，而且会造成严重的大气污染。

随着技术不断进步，柴油机废气涡轮增压机的热效率得到了提高，所以存在船舶尾气中的余热，能够供往废气涡轮增压机，而且也存在大部分剩余。

国内外的废气余热回收利用的研究大多数基于提升船舶余热回收效率的新型技术手段，既是满足国际航运法律条文和规章制度的迫切需要，也符合当今世界节能减排的发展大趋势。

国外诸多公司、机构致力于研究目前在船舶主机余热利用领域的技术路径和相关装置，旨在提高船舶的余热利用。

例如：MAN 公司、瓦锡兰（Wartsila）和日本三菱重工等柴油机及动力设施设备成套公司，都针对船舶柴油机开发相应的余热回收装置[2]。

目前国内相关研究机构针对船舶柴油机余热回收也进行了大量研究。

刘长铖[3]等针对 MANB&W 公司的某型船用低速柴油机，自主设计余热综合回收利用系统，分析了环境温度和主机负荷对余热利用系统基于卡琳娜循环的船舶余热利用黄锦杰　吕俊兵　蒋兆明（杨浦海事局， 上海　200082）摘 要：船舶柴油机的节能环保问题一直受到国内外的广泛关注，当前的焦点是船舶尾气的热量一直未得到有效利用。

本文主要以船舶柴油机的废气余热回收利用为研究对象，比较了朗肯循环与卡琳娜循环回收废气余热的优缺点，提出基于卡琳娜循环的船舶余热用于主机脱硫的方案，并根据相应的实际案例，对方案进行分析验证，最后从结构、设备条件以及经济等方面分析了该方案的可行性。