專利名稱：船舶柴油機(jī)廢氣熱循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種廢氣熱循環(huán)裝置，特別是一種應(yīng)用于船舶主機(jī)排放系統(tǒng)的廢氣熱循環(huán)利用裝置。
背景技術(shù)：
隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各行業(yè)對(duì)石油的需求越來越多。但是石油作為不可再生資源，其稀缺性也隨著社會(huì)的進(jìn)步漸漸展現(xiàn)出來。自從1973年出現(xiàn)了首次石油危機(jī)以來，不斷提高船舶能耗效率就成為了全世界船舶設(shè)計(jì)建造企業(yè)共同追求的目標(biāo)。伴隨著科技的不斷進(jìn)步，船舶柴油機(jī)的能耗效率也不斷提高，現(xiàn)當(dāng)今低速機(jī)的效率已經(jīng)可以接近 50%。但是從環(huán)境保護(hù)和降低能耗的角度出發(fā)，我們還是希望它能夠達(dá)到更高的水平，從而實(shí)現(xiàn)更低的油耗以及更少溫室氣體的排放。我們以Sulzer 12K98ME/MC型主機(jī)為例，主機(jī)軸動(dòng)力輸出僅占全部能量的 49.3%，這也意味著燃油燃燒產(chǎn)生的能量中只有不到一半的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能用于推進(jìn)， 其他的能量都轉(zhuǎn)化成其他形式的能量。SulZerlI98ME/MC型主機(jī)的額定功率是68640kW， 每天的耗油量將近300噸，燃燒后將向大氣排放約934噸CO2,這不但給環(huán)境造成了極大的負(fù)擔(dān)同時(shí)也浪費(fèi)了我們有限的資源。在沒有利用的能量中主機(jī)排放的廢氣包含了大量的能量，達(dá)到了燃料燃燒產(chǎn)生總能量的25. 5%，相當(dāng)于有效利用能量的一半。目前我們對(duì)這部分能量的利用還非常低，造成了很大程度上的能量浪費(fèi)。雖然目前船用柴油機(jī)已開始使用渦輪增壓系統(tǒng)，但是，廢氣經(jīng)過渦輪增壓系統(tǒng)后，仍然具有較高的熱量，這部分廢氣直接排向外界，屬實(shí)可惜。假如這部分能量可以被利用起來，那么無疑將提高能源利用率，從而降低能源消耗減少排放。本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于在不影響主機(jī)可靠性以及安全性的前提下，在船舶系統(tǒng)加裝廢熱回收系統(tǒng)，以更大程度地降低油耗，減少溫室氣體排放，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有船舶柴油機(jī)的排放熱量損失巨大， 難以重復(fù)利用的不足，提供一種船舶柴油機(jī)廢氣熱循環(huán)裝置，以提高船舶主機(jī)的燃油熱效率。本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種船舶柴油機(jī)廢氣熱循環(huán)裝置，包括廢氣收集器和廢氣渦輪增壓?jiǎn)卧?，其特點(diǎn)在于，所述廢氣渦輪增壓?jiǎn)卧笤O(shè)置一鍋爐單元，廢氣渦輪增壓?jiǎn)卧膹U氣出口和鍋爐單元的廢氣入口通過一第一管道連接。較佳地，還包括一蒸汽渦輪單元，該蒸汽渦輪單元與所述鍋爐單元形成一閉合系統(tǒng)，鍋爐單元的工質(zhì)出口與蒸汽渦輪單元的工質(zhì)入口通過一第二管道連接，鍋爐單元的工質(zhì)入口與蒸汽渦輪單元的工質(zhì)出口通過一第三管道連接。較佳地，所述蒸汽渦輪單元的輸出軸與一發(fā)電機(jī)的輸入軸連接。[0011]較佳地，所述蒸汽渦輪單元的輸出軸與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸之間設(shè)置一減速器。較佳地，還包括一廢氣動(dòng)力渦輪單元，所述廢氣收集器與廢氣動(dòng)力渦輪單元通過一第四管道連接。較佳地，所述廢氣動(dòng)力渦輪單元的輸出軸與所述蒸汽渦輪單元的傳動(dòng)軸通過一離合器連接。較佳地，所述蒸汽渦輪單元與所述鍋爐單元形成的閉合系統(tǒng)為單級(jí)壓力蒸汽渦輪系統(tǒng)。較佳地，所述蒸汽渦輪單元與所述鍋爐單元形成的閉合系統(tǒng)為雙級(jí)壓力蒸汽渦輪系統(tǒng)。本實(shí)用新型中，上述優(yōu)選條件在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上可任意組合，即得本實(shí)用新型各較佳實(shí)施例。本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于本實(shí)用新型裝置機(jī)理簡(jiǎn)單，能夠以更大程度地降低油耗，減少溫室氣體排放，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，同時(shí)熱循環(huán)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可以根據(jù)主機(jī)艙的空間進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

圖1為本實(shí)用新型的廢氣熱循環(huán)裝置的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)施例將參照附圖進(jìn)行說明。在說明書附圖中，具有類似結(jié)構(gòu)或功能的元件或裝置將用相同的元件符號(hào)表示。附圖只是為了便于說明本實(shí)用新型的各個(gè)實(shí)施例，并不是要對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行窮盡性的說明，也不是對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限制。如圖1所示為本實(shí)用新型中的一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，船舶主柴油機(jī)(“主機(jī)”)1正常運(yùn)轉(zhuǎn)，主機(jī)1通過輸出軸帶動(dòng)螺旋槳11轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)船舶前進(jìn)。輸出軸上還設(shè)置有軸帶發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)12，用以驅(qū)動(dòng)輸出軸或在主機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生電流，將電能匯入主配電盤10中，供船舶用電。主機(jī)1排出的廢氣進(jìn)入廢氣收集器2，主機(jī)各缸排出的廢氣在廢氣收集器2中匯集后，從出口 21處進(jìn)入廢氣渦輪增壓?jiǎn)卧?。在廢氣渦輪增壓?jiǎn)卧?中，廢氣驅(qū)動(dòng)渦輪31 旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，廢氣中的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，該機(jī)械能通過增壓器32進(jìn)行使用，圖中示出廢氣渦輪增壓?jiǎn)卧獢?shù)量為3個(gè)，技術(shù)人員明白實(shí)際數(shù)量將隨著具體工況而調(diào)整。廢氣經(jīng)過渦輪31后，其壓力和溫度降低，通過管道913來到鍋爐單元9，廢氣在進(jìn)入鍋爐單元入口 91時(shí)，還含有一定的溫度和壓力，此時(shí)廢氣與鍋爐9中的工質(zhì)進(jìn)行熱交換，熱交換結(jié)束后， 廢氣的內(nèi)能進(jìn)一步降低，通過鍋爐單元出口 92排出。鍋爐單元9與蒸汽渦輪單元6形成一閉合系統(tǒng)，鍋爐單元9的工質(zhì)出口 94與蒸汽渦輪單元的工質(zhì)入口 61通過管道946連接，鍋爐單元的工質(zhì)入口 93與蒸汽渦輪單元的工質(zhì)出口 62通過管道936連接。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，該閉合系統(tǒng)中的工質(zhì)為水。水在鍋爐中被加熱，變?yōu)楦邏簹鈶B(tài)水來到蒸汽渦輪單元6，推動(dòng)渦輪葉片做功，同時(shí)氣態(tài)水內(nèi)能降低， 變?yōu)榈蛪簹鈶B(tài)水(包括液態(tài)水)通過管道936回流至鍋爐單元9。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，該閉合系統(tǒng)的單元組件數(shù)量和復(fù)雜程度遠(yuǎn)不止上文所述，例如，該閉合系統(tǒng)可以是單級(jí)壓力蒸汽渦輪系統(tǒng)，則其包括廢氣鍋爐單元、蒸汽渦輪單元、循環(huán)泵、給水泵、蒸汽包、冷凝器等元件。該閉合系統(tǒng)同樣可以是雙級(jí)壓力蒸汽渦輪系統(tǒng)，則在這種情況下，該閉合系統(tǒng)包括廢氣鍋爐單元、蒸汽渦輪單元、高壓循環(huán)泵、低壓循環(huán)泵、給水泵、高壓蒸汽包、低壓蒸汽包、冷凝器等元件。上述的單級(jí)壓力蒸汽渦輪系統(tǒng)和雙級(jí)壓力蒸汽渦輪系統(tǒng)都是業(yè)內(nèi)比較成熟的技術(shù)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)需要，如機(jī)艙的空間大小、船舶的經(jīng)濟(jì)性要求等考慮因素，對(duì)閉合系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，在此不贅述。鍋爐單元9與蒸汽渦輪單元6形成一閉合系統(tǒng)的同時(shí)，循環(huán)水蒸汽也可以流出一部分為本裝置以外需要加熱的設(shè)備進(jìn)行加熱，例如，蒸汽可以通過出口 95通到別處以加熱需要被加熱的設(shè)備，完成加熱后再回到鍋爐單元入口(圖未示出)繼續(xù)與廢氣進(jìn)行熱交換。 這些額外的加熱系統(tǒng)的運(yùn)行可以通過閥門進(jìn)行控制。在鍋爐中被加熱的氣態(tài)水來到蒸汽渦輪單元6，推動(dòng)渦輪葉片做功，蒸汽渦輪單元 6的輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)輸出軸的轉(zhuǎn)速非常高，所以要經(jīng)過減速齒輪箱7進(jìn)行減速，這樣輸出軸轉(zhuǎn)速降低到發(fā)電機(jī)8可以承受的轉(zhuǎn)速范圍，此時(shí)輸出軸驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)8進(jìn)行發(fā)電。這樣，船舶柴油機(jī)的廢氣中的一部分熱能最終轉(zhuǎn)化成了電能，為人們所利用。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，廢氣收集器2另設(shè)有一廢氣出口 22，該出口 22與一廢氣動(dòng)力渦輪單元4的廢氣入口 41通過管道412連接，廢氣動(dòng)力渦輪單元4的廢氣出口 42通過管道423與前述管道913連通。這樣，廢氣收集器2的一部分廢氣可以直接驅(qū)動(dòng)廢氣動(dòng)力渦輪單元4的輸出軸做功。廢氣渦輪動(dòng)力單元4的輸出軸與蒸汽渦輪單元6的傳動(dòng)軸通過一離合器5連接，這樣，廢氣動(dòng)力渦輪單元4與蒸汽渦輪單元6共同驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)8進(jìn)行發(fā)電。廢氣經(jīng)過廢氣動(dòng)力渦輪單元4后與廢氣渦輪增壓?jiǎn)卧?排出的廢氣一道繼續(xù)通過鍋爐單元9與工質(zhì)進(jìn)行熱交換，這樣，系統(tǒng)的熱效率進(jìn)一步提高。在一個(gè)實(shí)施例中，船舶主機(jī)負(fù)荷在55% 100%之間時(shí)，主機(jī)排放的一部分廢氣通過管道412進(jìn)入廢氣動(dòng)力渦輪單元4 驅(qū)動(dòng)其工作，產(chǎn)生能量的總量由廢氣量決定。當(dāng)主機(jī)負(fù)荷小于55%時(shí)，廢氣渦輪增壓?jiǎn)卧? 的壓力不足，為廢氣動(dòng)力渦輪單元4供氣的風(fēng)口會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，此時(shí)廢氣動(dòng)力渦輪單元4暫停工作。發(fā)電機(jī)8發(fā)出的電力匯入主配電盤10中可以供全船各處使用，也可驅(qū)動(dòng)軸帶電動(dòng)機(jī)用以驅(qū)動(dòng)輸出軸。雖然以上描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 這些僅是舉例說明，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種船舶柴油機(jī)廢氣熱循環(huán)裝置，包括廢氣收集器和廢氣渦輪增壓?jiǎn)卧?，其特征在于，所述廢氣渦輪增壓?jiǎn)卧笤O(shè)置一鍋爐單元，廢氣渦輪增壓?jiǎn)卧膹U氣出口和鍋爐單元的廢氣入口通過一第一管道連接。
2.如權(quán)利要求1所述的船舶柴油機(jī)廢氣熱循環(huán)裝置，其特征在于，還包括一蒸汽渦輪單元，該蒸汽渦輪單元與所述鍋爐單元形成一閉合系統(tǒng)，鍋爐單元的工質(zhì)出口與蒸汽渦輪單元的工質(zhì)入口通過一第二管道連接，鍋爐單元的工質(zhì)入口與蒸汽渦輪單元的工質(zhì)出口通過一第三管道連接。
3.如權(quán)利要求2所述的船舶柴油機(jī)廢氣熱循環(huán)裝置，其特征在于，所述蒸汽渦輪單元的輸出軸與一發(fā)電機(jī)的輸入軸連接。
4.如權(quán)利要求3所述的船舶柴油機(jī)廢氣熱循環(huán)裝置，其特征在于，所述蒸汽渦輪單元的輸出軸與所述發(fā)電機(jī)的輸入軸之間設(shè)置一減速器。
5.如權(quán)利要求3或4所述的船舶柴油機(jī)廢氣熱循環(huán)裝置，其特征在于，還包括一廢氣動(dòng)力渦輪單元，所述廢氣收集器與廢氣動(dòng)力渦輪單元通過一第四管道連接。
6.如權(quán)利要求5所述的船舶柴油機(jī)廢氣熱循環(huán)裝置，其特征在于，所述廢氣動(dòng)力渦輪單元的輸出軸與所述蒸汽渦輪單元的傳動(dòng)軸通過一離合器連接。
7.如權(quán)利要求2、3或4所述的船舶柴油機(jī)廢氣熱循環(huán)裝置，其特征在于，所述蒸汽渦輪單元與所述鍋爐單元形成的閉合系統(tǒng)為單級(jí)壓力蒸汽渦輪系統(tǒng)。
8.如權(quán)利要求2、3或4所述的船舶柴油機(jī)廢氣熱循環(huán)裝置，其特征在于，所述蒸汽渦輪單元與所述鍋爐單元形成的閉合系統(tǒng)為雙級(jí)壓力蒸汽渦輪系統(tǒng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種船舶柴油機(jī)廢氣熱循環(huán)裝置，包括廢氣收集器和廢氣渦輪增壓?jiǎn)卧鰪U氣渦輪增壓?jiǎn)卧笤O(shè)置一鍋爐單元，廢氣渦輪增壓?jiǎn)卧膹U氣出口和鍋爐單元的廢氣入口通過一第一管道連接。本實(shí)用新型機(jī)理簡(jiǎn)單，能夠以更大程度地降低油耗，減少溫室氣體排放，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，同時(shí)熱循環(huán)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，可以根據(jù)主機(jī)艙的空間進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，大大提高了燃油熱效率。
文檔編號(hào)F01N5/02GK202170824SQ20112025587
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者何明浩, 朱春民, 王怡, 陳國平 申請(qǐng)人:上海外高橋造船有限公司, 上海外高橋造船海洋工程設(shè)計(jì)有限公司