實(shí)現(xiàn)船舶低速柴油機(jī)超低排放及廢熱回收的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種船用柴油機(jī)余熱回收利用同時(shí)有效降低排放的系統(tǒng)。尤其是一種在柴油機(jī)后處理中加裝有機(jī)ORC循環(huán)余熱回收裝置同時(shí)加裝EGR裝置降低排放的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]船舶是能源消耗量巨大的運(yùn)輸工具，高能耗一方面使船舶運(yùn)行成本增加，另一方面也給船舶運(yùn)行帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題。因此，如何有效的降低船舶能耗和排放是一個(gè)重大而現(xiàn)實(shí)的課題。對于柴油機(jī)排放控制而言，重點(diǎn)是控制NOx和微粒(PM)?？刂芇M排放的核心是改善柴油機(jī)的混合氣形成和燃燒過程，使燃料充分燃燒。但是，柴油機(jī)燃燒過程的改變往往會引起NOx的增加，即NOx和PM的排放總是成反比的。正因?yàn)榇?，如何在保持柴油機(jī)良好性能的同時(shí)降低NOx的排放，尚需解決的技術(shù)難題還很多。
[0003]大功率二沖程柴油廣泛應(yīng)用于商船的主動力推進(jìn)系統(tǒng)，為有效降低使用成本而大量采用高硫的重質(zhì)燃料油HF0，采用EGR系統(tǒng)可有效降低NOx排放，但再循環(huán)廢氣中的硫氧化物SOx及顆粒PMd等其它沉積物等必須有效去處，以避免再循環(huán)廢氣對氣閥、氣缸和掃氣口等的磨損和侵蝕。所以，加裝EGR系統(tǒng)的柴油機(jī)必須同時(shí)加裝洗滌設(shè)備。由于機(jī)艙內(nèi)部空間有限，加裝EGR系統(tǒng)后已經(jīng)沒有足夠的空間加裝余熱回收裝置，同時(shí)EGR系統(tǒng)已經(jīng)將高溫廢氣冷卻，這樣就造成能源極大的浪費(fèi)。
[0004]傳統(tǒng)的柴油機(jī)余熱回收裝置，主要是利用蒸汽輪機(jī)以及廢氣動力渦輪進(jìn)行發(fā)電來回收余熱，裝置相對龐大復(fù)雜。這樣使得余熱回收和降低排放往往只能選擇其一不能兼顧，或是要做對結(jié)構(gòu)進(jìn)行大的改造進(jìn)而影響經(jīng)濟(jì)性。而有機(jī)工質(zhì)余熱回收裝置相對簡單，能夠回收柴油機(jī)相對低品位的能量，在保證了有效降低排放的同時(shí)，也能夠回收一定的余熱，提高能源的利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種既能夠降低柴油機(jī)排放又能夠達(dá)到余熱回收效果的實(shí)現(xiàn)船舶低速柴油機(jī)超低排放及廢熱回收的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]柴油機(jī)主機(jī)I產(chǎn)生的廢氣分成兩部分，一部分先經(jīng)過預(yù)洗滌裝置3后再由冷卻裝置4進(jìn)行冷卻，再進(jìn)入洗滌裝置5中進(jìn)行洗滌，洗滌結(jié)束進(jìn)入第一 WMC裝置6，然后經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)7進(jìn)入進(jìn)氣總管9 ;另一部分進(jìn)入廢氣動力渦輪14中，帶動壓氣機(jī)13轉(zhuǎn)動壓縮新鮮空氣導(dǎo)入中冷器高溫段12、低溫段11中進(jìn)行冷卻，再通過第二 WMC裝置10后進(jìn)入進(jìn)氣總管9中；
[0008]由廢氣動力渦輪14中出來的廢氣進(jìn)入煙氣余熱鍋爐28，煙氣余熱鍋爐熱水器中的熱水通入有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器22，有機(jī)工質(zhì)從儲液箱15中分成兩股流出，一股進(jìn)入中冷器低溫段11回收冷卻水中余熱，再進(jìn)去中冷器高溫段12中蒸發(fā)后通入調(diào)壓氣囊19中；另一股通過高溫缸套25預(yù)熱后經(jīng)由鍋爐熱水換熱蒸發(fā)后通入調(diào)壓氣囊19中；最終有機(jī)工質(zhì)蒸汽由調(diào)壓氣囊19中進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)18帶動發(fā)電機(jī)23進(jìn)行發(fā)電。
[0009]本發(fā)明還可以包括:
[0010]1、有機(jī)工質(zhì)儲液箱15與中冷器低溫段11之間設(shè)置第一旁通閥16，高溫缸套25和調(diào)壓氣囊19的連通管路與調(diào)壓氣囊19和有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)18的連通管路之間設(shè)置第二旁通閥20。
[0011]2、還包括調(diào)節(jié)煙氣余熱鍋爐28內(nèi)部壓力的汽包24，儲水槽27中的水通過循環(huán)水泵在高溫缸套25與汽包24之間循環(huán)。
[0012]本發(fā)明提供了一種既能夠降低柴油機(jī)排放又能夠達(dá)到余熱回收效果的聯(lián)合系統(tǒng)。本發(fā)明是在大功率二沖程柴油機(jī)中加裝EGR系統(tǒng)并采用有效的SOx洗滌技術(shù)措施，同時(shí)再加裝有機(jī)工質(zhì)余熱回收裝置回收發(fā)動機(jī)余熱的聯(lián)合系統(tǒng)。在有效提高發(fā)動機(jī)廢熱能量利用效率的基礎(chǔ)上，亦可實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的超低排放，其中NOx降低80%以上，而SOx和PM的排放降低40%以上。
[0013]本發(fā)明包括主機(jī)、廢氣渦輪增壓器、配有高效洗滌設(shè)備的EGR系統(tǒng)、有機(jī)郎肯ORC系統(tǒng)、煙氣鍋爐等。其特征是，在EGR系統(tǒng)中采用有效的SOx洗滌技術(shù)措施，在有效去除再循環(huán)廢氣中的硫氧化物SOx及顆粒PM等其它沉積物的同時(shí)，有效降低再循環(huán)廢氣的溫度，降低發(fā)動機(jī)充量中氧的濃度，從而降低發(fā)動機(jī)的最高燃燒溫度及其NOx排放；由于廢氣中SOx濃度的降低，廢氣的酸露點(diǎn)溫度由165°C左右降低到135°C左右，從而可提高廢氣回收的能量，也降低了鍋爐著火爆管的風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，加裝有機(jī)郎肯ORC系統(tǒng)分別回收缸套水、煙氣鍋爐熱水以及增壓中冷器冷卻水的能量，形成有機(jī)工質(zhì)蒸汽推動有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，有效的提高了發(fā)動機(jī)廢熱的利用率。
[0014]本發(fā)明的具體工作流程為:柴油機(jī)主機(jī)產(chǎn)生的廢氣分成兩部分，一部分是經(jīng)由EGR閥控制旁通到EGR系統(tǒng)中，先經(jīng)過預(yù)洗滌裝置后再由冷卻裝置進(jìn)行冷卻，再進(jìn)入洗滌裝置中進(jìn)行洗滌，洗滌結(jié)束進(jìn)入WMC裝置中，然后進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)，并由旁通閥控制流量，最終進(jìn)入進(jìn)氣總管；另一部分是進(jìn)去廢氣渦輪中，帶動壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動，壓縮新鮮空氣導(dǎo)入中冷器高溫段、低溫段中進(jìn)行冷卻，再通過WMC裝置后進(jìn)入進(jìn)氣總管中。由廢氣渦輪中出來的廢氣進(jìn)入煙氣余熱鍋爐中，鍋爐內(nèi)部壓力通過汽包來調(diào)節(jié)，同時(shí)將鍋爐熱水器中的熱水通入有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器中進(jìn)行換熱利用。
[0015]有機(jī)工質(zhì)從儲液箱中也分成兩股流出。其中一股是經(jīng)由旁通閥控制，進(jìn)入中冷器低溫冷卻水中余熱，再進(jìn)去高溫冷卻水蒸發(fā)后通入調(diào)壓氣囊中；另一股是通過高溫缸套水預(yù)熱后，關(guān)閉旁通閥，經(jīng)由鍋爐熱水換熱蒸發(fā)后通入調(diào)壓氣囊中；最終有機(jī)工質(zhì)蒸汽由調(diào)壓氣囊中進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。這樣就通過兩個(gè)旁通閥調(diào)節(jié)余熱回收方式，有機(jī)朗肯ORC系統(tǒng)將只利用高溫缸套水和鍋爐熱水的余熱。有機(jī)工質(zhì)蒸汽直接進(jìn)入汽輪機(jī)中帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明通過采用廢氣再循環(huán)EGR與有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)ORC廢熱回收聯(lián)合系統(tǒng)，基于在EGR系統(tǒng)中采用有效的廢氣洗滌脫硫系統(tǒng)，以及進(jìn)一步通過有機(jī)工質(zhì)余熱回收裝置回收發(fā)動機(jī)缸套高溫冷卻水的能量、中冷器高溫冷卻水的能量和EGR發(fā)動機(jī)的廢氣鍋爐熱水余熱，從而在有效提高發(fā)動機(jī)廢熱能量利用效率的基礎(chǔ)上，亦可實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的超低排放，其中NOx降低80%以上，而SOx和PM的排放降低40%以上。
【附圖說明】
[0017]圖1為基于廢氣再循環(huán)EGR與有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)ORC實(shí)現(xiàn)船舶二沖程柴油機(jī)超低排放高效廢熱回收的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1中:1、柴油機(jī)主機(jī)；2、EGR控制閥；3、預(yù)洗滌裝置；4、EGR冷卻裝置；5、洗滌裝置；6、WMC裝置；7、鼓風(fēng)機(jī)；8、旁通閥；9、進(jìn)氣道總管；10、WMC裝置；11、中冷器低溫段；12、中冷器高溫段；13、壓氣機(jī)；14、廢氣動力渦輪；15、有機(jī)工質(zhì)儲液箱；16、旁通閥；17、有機(jī)工質(zhì)冷凝裝置；18、有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)；19、壓力平衡氣囊；20、旁通閥；21、齒輪箱；22、有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器；23、發(fā)電機(jī)；24、鍋爐汽包；25、高溫缸套水；26、循環(huán)水泵；27、儲水槽；28、煙氣鍋爐。
[0019]圖1中的柴油機(jī)主機(jī)I產(chǎn)生的廢氣分成兩部分。一部分是經(jīng)由EGR閥2控制旁通到EGR系統(tǒng)中，先經(jīng)過預(yù)洗滌裝置3后再由冷卻裝置4進(jìn)行冷卻，再進(jìn)入洗滌裝置5中進(jìn)行洗滌，洗滌結(jié)束進(jìn)入WMC裝置6中，然后進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)7，并由旁通閥8控制流量，最終進(jìn)入進(jìn)氣總管9。另一部分是進(jìn)去廢氣渦輪14中，帶動壓氣機(jī)13轉(zhuǎn)動，壓縮新鮮空氣導(dǎo)入中冷器高溫段12、低溫段11中進(jìn)行冷卻，再通過WMC裝置10后進(jìn)入進(jìn)氣總管9中。
[0020]由廢氣渦輪14中出來的廢氣進(jìn)入煙氣余熱鍋爐28中，鍋爐內(nèi)部壓力通過汽包24來調(diào)節(jié)，同時(shí)將鍋爐熱水器中的熱水通入有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器22中進(jìn)行換熱利用。有機(jī)工質(zhì)從儲液箱15中也分成兩股流出。其中一股是經(jīng)由旁通閥16控制，進(jìn)入中冷器低溫冷卻水11中余熱，再進(jìn)去高溫冷卻水12蒸發(fā)后通入調(diào)壓氣囊19中；另一股是通過高溫缸套水25預(yù)熱后，關(guān)閉旁通閥20，經(jīng)由鍋爐熱水換熱蒸發(fā)后通入調(diào)壓氣囊19中。
[0021]最終有機(jī)工質(zhì)蒸汽由調(diào)壓氣囊19中進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)18帶動發(fā)電機(jī)23進(jìn)行發(fā)電。
[0022]通過旁通閥16、20可以調(diào)節(jié)余熱回收方式，當(dāng)旁通閥16關(guān)閉、旁通閥20打開時(shí)，有機(jī)朗肯ORC系統(tǒng)將只利用高溫缸套水和鍋爐熱水的余熱。有機(jī)工質(zhì)蒸汽直接進(jìn)入汽輪機(jī)18中帶動發(fā)電機(jī)23發(fā)電。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種實(shí)現(xiàn)船舶低速柴油機(jī)超低排放及廢熱回收的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征是:柴油機(jī)主機(jī)(I)產(chǎn)生的廢氣分成兩部分，一部分先經(jīng)過預(yù)洗滌裝置(3)后再由冷卻裝置(4)進(jìn)行冷卻，再進(jìn)入洗滌裝置(5)中進(jìn)行洗滌，洗滌結(jié)束進(jìn)入第一 WMC裝置￠)，然后經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)(7)進(jìn)入進(jìn)氣總管(9);另一部分進(jìn)入廢氣動力渦輪(14)中，帶動壓氣機(jī)(13)轉(zhuǎn)動壓縮新鮮空氣導(dǎo)入中冷器高溫段(12)、低溫段(11)中進(jìn)行冷卻，再通過第二 WMC裝置(10)后進(jìn)入進(jìn)氣總管(9)中； 由廢氣動力渦輪(14)中出來的廢氣進(jìn)入煙氣余熱鍋爐(28)，煙氣余熱鍋爐熱水器中的熱水通入有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器(22)，有機(jī)工質(zhì)從儲液箱(15)中分成兩股流出，一股進(jìn)入中冷器低溫段(11)回收冷卻水中余熱，再進(jìn)去中冷器高溫段(12)中蒸發(fā)后通入調(diào)壓氣囊(19)中；另一股通過高溫缸套(25)預(yù)熱后經(jīng)由鍋爐熱水換熱蒸發(fā)后通入調(diào)壓氣囊(19)中；最終有機(jī)工質(zhì)蒸汽由調(diào)壓氣囊(19)中進(jìn)入有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)(18)帶動發(fā)電機(jī)(23)進(jìn)行發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)船舶低速柴油機(jī)超低排放及廢熱回收的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征是:有機(jī)工質(zhì)儲液箱(15)與中冷器低溫段(11)之間設(shè)置第一旁通閥(16)，高溫缸套(25)和調(diào)壓氣囊(19)的連通管路與調(diào)壓氣囊(19)和有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)(18)的連通管路之間設(shè)置第二旁通閥(20)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實(shí)現(xiàn)船舶低速柴油機(jī)超低排放及廢熱回收的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征是:還包括調(diào)節(jié)煙氣余熱鍋爐(28)內(nèi)部壓力的汽包(24)，儲水槽(27)中的水通過循環(huán)水泵在高溫缸套(25)與汽包(24)之間循環(huán)。
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種實(shí)現(xiàn)船舶低速柴油機(jī)超低排放及廢熱回收的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。包括主機(jī)、廢氣渦輪增壓器、配有高效洗滌設(shè)備的EGR系統(tǒng)、有機(jī)郎肯ORC系統(tǒng)、煙氣鍋爐等。在EGR系統(tǒng)中采用有效的SOx洗滌，在有效去除再循環(huán)廢氣中的硫氧化物SOx及顆粒PM等的同時(shí)，有效降低再循環(huán)廢氣的溫度，降低發(fā)動機(jī)充量中氧的濃度，降低發(fā)動機(jī)的最高燃燒溫度及其NOx排放；由于廢氣中SOx濃度的降低，廢氣的酸露點(diǎn)溫度由165℃左右降低到135℃左右，從而可提高廢氣回收的能量。加裝有機(jī)郎肯ORC系統(tǒng)分別回收缸套水、煙氣鍋爐熱水以及增壓中冷器冷卻水的能量，形成有機(jī)工質(zhì)蒸汽推動有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，有效的提高發(fā)動機(jī)廢熱的利用率。
【IPC分類】F01K23-10
【公開號】CN104712382
【申請?zhí)枴緾N201410386926
【發(fā)明人】馮永明, 周松, 張金釗, 閆宇, 張文平
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2014年8月7日