毕业论文（设计）船舶柴油机排烟余热回收系统节能性能.docVIP

船舶柴油机排烟余热回收系统节能性能 研究 摘 要：本文以48000DWT油船为例，分析不同工况下排烟余热利用系统的性能参数随主机工况变化的规律。结果表明：余热系统主机0%工况以下时，余热发电关闭系统余热发电部分。船舶柴油机；余热利用；热力平衡；节能性能 船舶是能源消耗量巨大的运输工具，高能耗一方面使船舶运行成本增加，另一方面也带来了严重的环境问题。如何有效降低船舶能耗是一个现实而又重大的课题[1]。目前，最先进的船用二冲程柴油机主机有效热效率已接近50%，仍有50%的能量没有被主机利用，最终以各种形式排入环境[2]。显然，如果能够利用主机废气和冷却水的热量进行发电或作为辅助设备热源提供蒸汽，则可以替代部分辅机和辅助锅炉，同时达到节能和减排的效果。因此充分回收船舶主机和冷却水的余热，意义重大[3]。 Wartsila公司开发出一种总热回收装置，该装置包括一个双压力余热锅炉、一个多级双压力汽轮机、一个动力涡轮、一个给水预热系统和两个驱动电机系统。可回收11%的主柴油机功率，降低了NOx排放，获得了良好的经济效果和排放效果[4]。曹渝白等人以12800吨集装箱船主机8PC4-2L为研究实例，建立了船舶余热利用系统热平衡分析模型，并以此对几种常用典型的余热发电系统进行了研究[5-6]。高洪涛开发出一种采用小型渔业船舶柴油机余热为驱动热源的吸收式制冰机[7]。陈磊等开发出一种将船舶柴油机产生的废气余热推动涡轮旋转产生的机械能转变为液压能的方法和装置，涉及液压传动技术领域，适用于船舶柴油机产生的废气余热的利用[8]。综上所述，船舶余热回收技术已经成为船舶节能减排的关键技术之一。国外船舶已经进入商用阶段，而国内发展较慢。 本文一套由排烟余热锅炉、汽轮机发电机等几大部分组成的船舶柴油机排烟余热回收系统，建立船舶柴油机排烟余热回收系统的数学模型并以48000DWT油船为研究对象，纵向对比同一船型不同工况下利用该排烟余热利用系统时的节能效果，分析系统各关键设备热力性能参数、节能性能参数随主机工况等参数变化的规律。 本课题所采用的船舶主机余热利用系统（如图1所示）由余热锅炉、汽轮发电机组、凝汽器、中冷器预热器、缸套水预热器、热井、各种泵及阀门组成[9]。余热锅炉由高压过热器、蒸发器及低压过热器、蒸发器组成。该系统利用缸套水预热器和中冷器预热器依次对锅炉给水进行预热。烟气从柴油机排气进入余热锅炉，依次在高压过热器、高压蒸发器、低压过热器、低压蒸发器放热降温后排出余热锅炉。热井中的锅炉给水先经缸套水预热器预热，预热后部分给水又由中冷器预热器预热。经混合 图1 船舶柴油机排烟余热利用系统图 分配，一部分直接输入高压锅筒中，另一部分进入低压锅筒中。高、低压锅筒内饱和水由循环水泵输分别送至高、低压蒸发器，吸热后成为高压汽水混合物，汽水混合物回到锅筒进行汽水分离，分离得到的高压饱和蒸汽一部分被输送至船上蒸汽加热设备，供加热使用，另一部分被输送至过热器，在过热器中被加热成过热蒸汽后输送至汽轮发电机组，推动汽轮机发电。情况下用电设备的电功率为1200kW。最后，蒸汽加热设备和凝汽器出口的冷凝水被送回至热井。 余热锅炉高压过热器入口烟温及余热锅炉高压蒸发器出口烟温已知。则余热锅炉高压段： （1） 式中： 、—高压过热器入口烟气高压蒸发器出口烟气的焓，kJ/kg ；—燃料燃烧量，kg/h—余热锅炉高压段保温系数，取值0.99。 余热锅炉高压段过热蒸汽质量流量为： （2） 式中： —余热锅炉高压段饱和蒸汽过热蒸汽质量流量，kg/s；、—余热锅炉高压段过热蒸汽饱和蒸汽给水的焓，kJ/kg。 所以，余热锅炉高压段蒸汽总质量流量为： （3） 高压段过热器、蒸发器吸热量为： （4） （5） （6） 根据焓熵表，得到余热锅炉高压段窄点温差： （7） 式中： 、—余热锅炉高压段过热器出口烟气余热锅炉高压段过热蒸汽温度，℃。 低压蒸发器和过热器的计算方法与高压段的计算方法相似。低压段给水侧吸热量为： （8）式中： 、—低压过热器入口烟气低压蒸发器出口烟气的焓，kJ/kg；—低压段保温系数，取值0.99。 余热锅炉低压段输出过