本發(fā)明屬于船舶低速主機(jī)高溫缸套水余熱和尾氣余熱的回收系統(tǒng)，具體涉及一種船舶低速主機(jī)高溫缸套水有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱利用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：船舶是各國(guó)貿(mào)易往來的主要運(yùn)輸工具，在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到非常重要的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上90%以上的進(jìn)出口商品是通過船舶運(yùn)輸?shù)?。而常?guī)商用運(yùn)輸船舶的主要推進(jìn)動(dòng)力以低速柴油主機(jī)為主。船用低速柴油主機(jī)是本發(fā)明專利的研究對(duì)象。目前，高性能低速柴油主機(jī)燃燒所產(chǎn)生的熱量中，僅有50%的功率用于軸系推進(jìn)；其余50%的熱量被滑油、缸套水和廢氣等所帶走，其中缸套水占5.2%、廢氣占25.5%。通常情況下，占比5.2%的缸套水熱量被循環(huán)冷卻水、海水冷卻后直接排入外界。如何充分利用船舶低速柴油主機(jī)高溫缸套水和尾氣排放中的余熱，通過有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)將其轉(zhuǎn)化為電能為本發(fā)明專利所闡述的內(nèi)容。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種船舶低速主機(jī)高溫缸套水有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱利用系統(tǒng)，本發(fā)明能夠提高船舶低速主機(jī)高溫缸套水中的能量和尾氣余熱中的能量的利用效率。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種船舶低速主機(jī)高溫缸套水有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括透平膨脹機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、冷凝器、有機(jī)工質(zhì)增壓泵、蒸發(fā)器和再熱器，所述透平膨脹機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、冷凝器、有機(jī)工質(zhì)增壓泵、蒸發(fā)器和再熱器之間依次通過管路連接，主機(jī)尾氣的余熱通過再熱器進(jìn)一步疊加到主機(jī)高溫缸套水中，將來自主機(jī)高溫缸套水的余熱和主機(jī)尾氣的余熱通過蒸發(fā)器一并注入到有機(jī)工質(zhì)郎肯循環(huán)中，形成有機(jī)工質(zhì)郎肯循環(huán)的熱源；由船舶中央冷卻水作為有機(jī)工質(zhì)郎肯循環(huán)的冷源；有機(jī)工質(zhì)吸熱后通過所述透平膨脹機(jī)和交流發(fā)電機(jī)組合形成的發(fā)電裝置產(chǎn)生電力，再通過冷凝器在循環(huán)泵的驅(qū)動(dòng)下形成周而復(fù)始的循環(huán)。所述透平膨脹機(jī)和交流發(fā)電機(jī)集成在一個(gè)公共底座上，在所述透平膨脹機(jī)和交流發(fā)電機(jī)之間連接有減速裝置。所述透平膨脹機(jī)的排氣背壓不低于0.1MPa，所述透平膨脹機(jī)為向心式、螺桿式、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式及渦旋式透平膨脹機(jī)中的一種。所述冷凝器為傳熱系數(shù)高的熱交換器，其冷凝壓力不低于0.1MPa，所述冷凝器采用船舶中央冷卻水作為有機(jī)工質(zhì)的冷卻介質(zhì)。所述有機(jī)工質(zhì)增壓泵為高增壓壓力泵，有機(jī)工質(zhì)增壓泵將從冷凝器流出的有機(jī)工質(zhì)加壓到透平膨脹機(jī)入口處的壓力。所述透平膨脹機(jī)入口處的壓力不低于0.7MPa，所述透平膨脹機(jī)為離心泵。所述蒸發(fā)器為熱交換器。所述再熱器為傳熱系數(shù)高的熱交換器。所述有機(jī)工質(zhì)采用甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、戊烷、異戊烷、新戊烷、乙烯、丙烯中的一種或兩種以上的混合物。所述船舶低速主機(jī)高溫缸套水有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱利用系統(tǒng)包括以下步驟：步驟1、83~88℃的主機(jī)高溫缸套水進(jìn)入再熱器中與來自主機(jī)尾氣的余熱進(jìn)一步疊加，使缸套水溫度上升到90~130℃，通過蒸發(fā)器一并注入到有機(jī)工質(zhì)郎肯循環(huán)中，形成有機(jī)工質(zhì)郎肯循環(huán)的熱源，進(jìn)入蒸發(fā)器中加熱有機(jī)工質(zhì)液體，蒸發(fā)器中的有機(jī)工質(zhì)液體被加熱為不低于0.7MPa的高壓過熱的有機(jī)工質(zhì)蒸氣；步驟2、所述步驟1中高壓過熱的有機(jī)工質(zhì)蒸氣流入透平膨脹機(jī)，高壓過熱的有機(jī)工質(zhì)蒸氣在透平膨脹機(jī)中膨脹，從而推動(dòng)透平膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，輸出機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生與安裝船舶低速主機(jī)高溫缸套水有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱利用系統(tǒng)的船舶所需的電制一樣的電能；步驟3、所述步驟2中高壓過熱的有機(jī)工質(zhì)蒸氣在透平膨脹機(jī)中膨脹做功后，全部進(jìn)入冷凝器經(jīng)船舶中央冷卻水進(jìn)行冷凝，冷卻成飽和液體，有機(jī)工質(zhì)增壓泵將冷凝后的有機(jī)工質(zhì)液體加壓到不低于0.7MPa，壓縮成高壓液體后，泵入蒸發(fā)器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：①本發(fā)明將主機(jī)高溫缸套水和尾氣中的部分熱量一并通過有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)產(chǎn)生出可以利用的電能；②將主機(jī)高溫缸套水和來自船上廢氣鍋爐或經(jīng)濟(jì)器所產(chǎn)生的多余蒸汽作為有機(jī)工質(zhì)的加熱介質(zhì)，與透平膨脹機(jī)的有機(jī)組合，將低品位的熱能轉(zhuǎn)化為高品位的電能；③可以有效地提高船舶低速主機(jī)的能量利用率及船舶的環(huán)境友好性、經(jīng)濟(jì)性，不影響船舶其他已有系統(tǒng)的正常運(yùn)行。附圖說明圖1為本發(fā)明一種船舶低速主機(jī)高溫缸套水有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。如圖1所示，本實(shí)施例船舶低速主機(jī)高溫缸套水有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括透平膨脹機(jī)1、交流發(fā)電機(jī)2、冷凝器3、有機(jī)工質(zhì)增壓泵4、蒸發(fā)器5和再熱器6，所述透平膨脹機(jī)1、交流發(fā)電機(jī)2、冷凝器3、有機(jī)工質(zhì)增壓泵4、蒸發(fā)器5和再熱器6之間依次通過管路連接，主機(jī)尾氣7的余熱通過再熱器6進(jìn)一步疊加到主機(jī)高溫缸套水8中，將來自主機(jī)高溫缸套水8的余熱和主機(jī)尾氣7的余熱通過蒸發(fā)器5一并注入到有機(jī)工質(zhì)郎肯循環(huán)中，形成有機(jī)工質(zhì)郎肯循環(huán)的熱源；由船舶中央冷卻水9作為有機(jī)工質(zhì)郎肯循環(huán)的冷源；有機(jī)工質(zhì)吸熱后通過所述透平膨脹機(jī)1和交流發(fā)電機(jī)2組合形成的發(fā)電裝置產(chǎn)生電力，再通過冷凝器3在循環(huán)泵4的驅(qū)動(dòng)下形成周而復(fù)始的循環(huán)。本實(shí)施例透平膨脹機(jī)1和交流發(fā)電機(jī)2集成在一個(gè)公共底座上，在所述透平膨脹機(jī)1和交流發(fā)電機(jī)2之間連接有減速裝置。能夠?qū)崿F(xiàn)船舶低速主機(jī)高溫缸套水有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱利用系統(tǒng)主要部件的模塊化，以實(shí)現(xiàn)緊湊化。本實(shí)施例中透平膨脹機(jī)1的排氣背壓不低于0.1MPa，根據(jù)具體需求透平膨脹機(jī)1可選擇向心式、螺桿式、滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式及渦旋式透平膨脹機(jī)中的一種。作為優(yōu)選，本實(shí)施例冷凝器3為傳熱系數(shù)高的熱交換器，其冷凝壓力不低于0.1MPa，所述冷凝器3采用船舶中央冷卻水作為有機(jī)工質(zhì)的冷卻介質(zhì)；所述有機(jī)工質(zhì)增壓泵4為高增壓壓力泵，有機(jī)工質(zhì)增壓泵4將從冷凝器3流出的有機(jī)工質(zhì)加壓到透平膨脹機(jī)1入口處的壓力，透平膨脹機(jī)1入口處的壓力不低于0.7MPa，所述透平膨脹機(jī)1選擇為離心泵。作為進(jìn)一步優(yōu)選，本實(shí)施例所述蒸發(fā)器5為熱交換器；再熱器6為傳熱系數(shù)高的熱交換器。作為更進(jìn)一步優(yōu)選，本實(shí)施例所述有機(jī)工質(zhì)采用甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、異丁烷、戊烷、異戊烷、新戊烷、乙烯、丙烯中的一種或兩種以上的混合物。本實(shí)施例船舶低速主機(jī)高溫缸套水有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱利用系統(tǒng)包括以下步驟：步驟1、83~88℃的主機(jī)高溫缸套水8進(jìn)入再熱器6中與來自主機(jī)尾氣7的余熱進(jìn)一步疊加，使缸套水溫度上升到90~130℃，通過蒸發(fā)器5一并注入到有機(jī)工質(zhì)郎肯循環(huán)中，形成有機(jī)工質(zhì)郎肯循環(huán)的熱源，進(jìn)入蒸發(fā)器5中加熱有機(jī)工質(zhì)液體，蒸發(fā)器5中的有機(jī)工質(zhì)液體被加熱為不低于0.7MPa的高壓過熱的有機(jī)工質(zhì)蒸氣；步驟2、所述步驟1中高壓過熱的有機(jī)工質(zhì)蒸氣流入透平膨脹機(jī)1，高壓過熱的有機(jī)工質(zhì)蒸氣在透平膨脹機(jī)1中膨脹，從而推動(dòng)透平膨脹機(jī)1的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，輸出機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)2產(chǎn)生與安裝船舶低速主機(jī)高溫缸套水有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱利用系統(tǒng)的船舶所需的電制一樣的電能；步驟3、所述步驟2中高壓過熱的有機(jī)工質(zhì)蒸氣在透平膨脹機(jī)1中膨脹做功后，全部進(jìn)入冷凝器3經(jīng)船舶中央冷卻水9進(jìn)行冷凝，冷卻成飽和液體，有機(jī)工質(zhì)增壓泵4將冷凝后的有機(jī)工質(zhì)液體加壓到不低于0.7MPa，壓縮成高壓液體后，泵入蒸發(fā)器5。本實(shí)施例中以9400TEU集裝箱船采用的低速主機(jī)10S90ME-C9.2為例，其主機(jī)高溫缸套水8中可以利用的熱量為7850kW，通過再熱器6可以將主機(jī)尾氣7中不小于2000KW的余熱，一并疊加到缸套水中，形成具有不小于9850KW的加熱源。通過蒸發(fā)器5將這些熱量注入到有機(jī)工質(zhì)的朗肯循環(huán)余熱利用系統(tǒng)中；以船上36度的船舶中央冷卻水9為冷卻源；在熱源和冷源間形成的溫度梯度下，可以形成持續(xù)的熱循環(huán)，推動(dòng)膨脹機(jī)，本實(shí)施例中選用正戊烷作為有機(jī)工質(zhì)，通過本系統(tǒng)后在不同的進(jìn)口溫度下發(fā)出的電能見表1：表1發(fā)出的電能表項(xiàng)目名稱參數(shù)透平膨脹機(jī)進(jìn)口溫度，deg.C105有機(jī)工質(zhì)質(zhì)量流量，kg/h3.0x10^5透平膨脹機(jī)進(jìn)口壓力，bar8透平膨脹機(jī)發(fā)出的電能，kW847當(dāng)前第1頁1 2 3