一種用于船舶主機廢熱發(fā)電orc系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于船舶主機廢熱發(fā)電ORC系統(tǒng)，包括發(fā)動機尾氣回路、發(fā)動機缸套水回路、冷媒回路和外部冷卻水回路。本實用新型是基于有機郎肯循環(huán)的動力系統(tǒng)，吸收發(fā)動機缸套水和發(fā)動機尾氣的廢熱。系統(tǒng)中采用缸套水吸收發(fā)動機尾氣熱量后，再對ORC系統(tǒng)的冷媒進行加熱；同時利用加熱后的冷媒吸收發(fā)動機尾氣與缸套水換熱后剩余的部分熱量。利用本系統(tǒng)，可有效解決船舶主機缸套水溫度不高而導致的ORC系統(tǒng)蒸發(fā)壓力過低，系統(tǒng)效率不高的問題。同時，本系統(tǒng)利用尾氣和缸套水聯(lián)合吸收熱量方案，解決了有機冷媒與高溫廢熱直接熱交換帶來的冷媒高溫裂解的問題。
【專利說明】—種用于船舶主機廢熱發(fā)電ORC系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及了一種基于ORC的柴油機廢熱回收發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及適合于船舶主機廢熱發(fā)電的ORC系統(tǒng)。也即是基于有機郎肯循環(huán)發(fā)動機廢熱回收發(fā)電的系統(tǒng)裝置，利用制冷劑(如R245fa)從發(fā)動機尾氣及缸套水中吸收熱量，通過郎肯循環(huán)的四個階段，對外做功發(fā)電，實現(xiàn)發(fā)動機的廢熱回收再利用。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源短缺的日益嚴峻，發(fā)動機的節(jié)能備受人們關(guān)注。利用ORC系統(tǒng)來回收發(fā)動機的廢熱，不僅容易實現(xiàn)而且熱回收效率較高。發(fā)動機可回收利用的熱源主要包括缸套水的熱量以及向環(huán)境排放高溫尾氣的熱量等。發(fā)動機缸套水的溫度一般低于100°c，因此可以直接與ORC系統(tǒng)中的冷媒進行換熱，實現(xiàn)熱量的回收利用。對于船舶主機，缸套水的溫度一般低于80°C，這使得對應ORC系統(tǒng)冷媒的蒸發(fā)壓力過低，整個系統(tǒng)的回收效率降低。發(fā)動機的排煙溫度一般高于500°C,在ORC系統(tǒng)中冷媒的承受溫度低于350°C,這在一定程度上限制了 ORC系統(tǒng)在發(fā)動機廢熱回收領(lǐng)域的應用。
[0003]為更高效的利用發(fā)動機的廢熱，基于有機郎肯循環(huán)的發(fā)動機廢熱回收系統(tǒng)裝置在實現(xiàn)方式上也各有側(cè)重。經(jīng)過現(xiàn)有文獻和專利的檢索，發(fā)現(xiàn)目前存在幾種不同結(jié)構(gòu)形式的發(fā)動機有機郎肯循環(huán)系統(tǒng)并不夠完善。專利號為US6986251專利，提出的發(fā)動機的廢氣回收裝置，主要是是利用一個主泵和一個輔助泵，以減少制冷劑工質(zhì)在高速主泵內(nèi)產(chǎn)生的穴蝕問題，同時該系統(tǒng)中主要包括廢氣蒸發(fā)器、冷凝器和相關(guān)的水箱，油冷器、增壓中冷器等，制冷劑工質(zhì)分別冷卻水箱散熱器，增壓中冷器，發(fā)動機油冷器等。該實用新型的系統(tǒng)中沒有過多的考慮到發(fā)動機廢氣再循環(huán)裝置，對現(xiàn)有裝置改變比較大。專利號為CN102787889A專利，提出一種柴油機缸套水及尾氣余熱回收系統(tǒng)，分別使用發(fā)動機缸套水加熱ORC系統(tǒng)中的預熱器，發(fā)動機的尾氣先經(jīng)過SCR降溫后再加熱ORC系統(tǒng)中的蒸發(fā)器。該實用新型的系統(tǒng)比較復雜，缸套水和尾氣分別加熱預熱器和蒸發(fā)器，在性能匹配及系統(tǒng)控制方面均較為困難，且尾氣經(jīng)過SCR后會有一部分能量損失。
[0004]因此，針對上述現(xiàn)狀，如果能實用新型出一種高效利用發(fā)動機缸套水和尾氣廢熱的ORC系統(tǒng)，特別是針對船舶主機的ORC發(fā)電系統(tǒng)，將大大推動其在船舶主機廢熱回收領(lǐng)域的應用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實用新型的目的是提出一種船舶主機廢熱發(fā)電ORC系統(tǒng)，充分利用船舶主機缸套水和尾氣的廢熱，更有效的提高其回收利用效率。
[0006]為解決上述問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案:一種用于船舶主機廢熱發(fā)電ORC系統(tǒng)，包括發(fā)動機尾氣回路、發(fā)動機缸套水回路、冷媒回路和外部冷卻水回路，其特征在于:
[0007]在所述的發(fā)動機尾氣回路中，發(fā)動機尾氣在直接排放環(huán)境前，先經(jīng)過煙氣換熱器放熱，依次把熱量傳遞給缸套水和冷媒，從而實現(xiàn)尾氣熱量的回收；所述的煙氣換熱器為兩級煙氣換熱器，第一級為發(fā)動機煙氣與發(fā)動機缸套水的換熱，順流布置；第二級為發(fā)動機煙氣與ORC系統(tǒng)冷媒的換熱，也按順流布置；
[0008]在所述的發(fā)動機缸套水回路中，缸套水在發(fā)動機自帶循環(huán)水泵的作用下進入發(fā)動機缸套吸熱，從發(fā)動機出來后接著進入煙氣換熱器中吸收尾氣的熱量，再進入蒸發(fā)器的水側(cè)通道放熱，實現(xiàn)缸套水熱量和部分尾氣熱量的回收；
[0009]在所述的冷媒回路中，儲液罐中低溫低壓的液態(tài)冷媒經(jīng)過工質(zhì)泵后變成低溫高壓的冷媒；接著經(jīng)過蒸發(fā)器，吸收發(fā)動機的廢熱后蒸發(fā)，變成高溫高壓的氣態(tài)冷媒；然后氣態(tài)冷媒經(jīng)過煙氣換熱器的冷媒側(cè)，吸收煙氣剩余可利用的熱量后繼續(xù)升溫；從煙氣換熱器出來的氣態(tài)冷媒進入膨脹發(fā)電機，對外做功發(fā)電，從而實現(xiàn)廢熱的回收再利用；從膨脹發(fā)電機出來的低壓冷媒蒸汽，再通過冷凝器放熱，成為低溫低壓的液態(tài)冷媒回到儲液罐中；
[0010]在所述的外部冷卻水回路中，外部冷卻水經(jīng)過冷凝器，吸收氣態(tài)冷媒的熱量，使其成為低溫低壓的冷媒。
[0011]本實用新型的一種用于船舶主機廢熱發(fā)電ORC系統(tǒng)，是基于有機郎肯循環(huán)的動力系統(tǒng)，吸收發(fā)動機缸套水和發(fā)動機尾氣的廢熱。系統(tǒng)中采用缸套水吸收發(fā)動機尾氣熱量后，再對ORC系統(tǒng)的冷媒進行加熱；同時利用加熱后的冷媒吸收發(fā)動機尾氣與缸套水換熱后剩余的部分熱量。利用本系統(tǒng)，可有效解決船舶主機缸套水溫度不高而導致的ORC系統(tǒng)蒸發(fā)壓力過低，系統(tǒng)效率不高的問題。同時，本系統(tǒng)利用尾氣和缸套水聯(lián)合吸收熱量方案，解決了有機冷媒與高溫廢熱直接熱交換帶來的冷媒高溫裂解的問題。本系統(tǒng)最大程度的回收柴油機廢熱的同時，對原有柴油機系統(tǒng)的改動較小。
[0012]作為本實用新型的進一步改進，在膨脹發(fā)電機和冷凝器之間加設(shè)回熱器，進行從工質(zhì)泵出來的液態(tài)冷媒和從膨脹發(fā)電機出來的氣態(tài)冷媒的熱交換，進一步提高整個系統(tǒng)的廢熱回收效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步說明。
[0014]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實施方式】
[0015]參照附圖，本實用新型的一種用于船舶主機廢熱發(fā)電ORC系統(tǒng)，包括發(fā)動機尾氣回路、發(fā)動機缸套水回路、冷媒回路和外部冷卻水回路。
[0016]在所述的發(fā)動機尾氣回路中，發(fā)動機尾氣在直接排放環(huán)境前，先經(jīng)過煙氣換熱器8放熱，依次把熱量傳遞給缸套水和冷媒，從而實現(xiàn)尾氣熱量的回收。本系統(tǒng)中的煙氣換熱器為兩級煙氣換熱器，第一級為發(fā)動機煙氣與發(fā)動機缸套水的換熱，順流布置；第二級為發(fā)動機煙氣與ORC系統(tǒng)冷媒的換熱，也按順流布置。在實際運行中，為了符合環(huán)保要求及煙氣換熱器的可靠使用，從煙氣換熱器出來的煙氣溫度不能過低，一般不能低于140°C。
[0017]在所述的發(fā)動機缸套水回路中，缸套水在發(fā)動機自帶循環(huán)水泵的作用下進入發(fā)動機缸套吸熱，從發(fā)動機出來后接著進入煙氣換熱器8的水側(cè)通道，吸收尾氣的部分熱量，再經(jīng)過蒸發(fā)器4的水側(cè)通道，向冷媒放熱，實現(xiàn)缸套水熱量和尾氣部分熱量的回收。在實際的運行中，需要控制缸套水的水溫:水溫太低，發(fā)動機節(jié)溫器不會全開，缸套水的熱量不能完全利用；水溫太高，發(fā)動機高溫報警，甚至自動停機。
[0018]在所述的冷媒回路中，儲液罐I中的低溫低壓液態(tài)冷媒經(jīng)過工質(zhì)泵2升壓，接著經(jīng)過蒸發(fā)器4，吸收發(fā)動機的廢熱后蒸發(fā)，變成高溫高壓的氣態(tài)冷媒；然后氣態(tài)冷媒進入煙氣換熱器8的冷媒側(cè)通道，吸收煙氣剩余可利用的熱量，繼續(xù)升溫；從煙氣換熱器8出來的氣態(tài)冷媒再進入膨脹發(fā)電機5，對外做功發(fā)電，從而實現(xiàn)船舶主機的廢熱再利用；從膨脹發(fā)電機出來的低壓氣態(tài)冷媒，再通過冷凝器6，向外部冷卻水放熱，成為低溫低壓的液態(tài)冷媒回到儲液罐I中。為了進一步提高整個系統(tǒng)的廢熱回收效率，可以在膨脹發(fā)電機5和冷凝器6之間加設(shè)回熱器3，進行從工質(zhì)泵2出來的液態(tài)冷媒和從膨脹發(fā)電機5出來氣態(tài)冷媒的熱交換。使用的冷媒為制冷劑工質(zhì)，如R245fa。為保證蒸發(fā)器的換熱效果，蒸發(fā)器豎直布置，冷媒從蒸發(fā)器的下端進入，從蒸發(fā)器的上端流出。
[0019]在所述的外部冷卻水回路中，外部冷卻水經(jīng)過冷凝器6，用來吸收氣態(tài)冷媒的熱量，使其成為低溫低壓的液態(tài)冷媒。
[0020]應該理解到的是:上述實施例只是對本實用新型的說明，而不是對本實用新型的限制，任何不超出本實用新型實質(zhì)精神范圍內(nèi)的實用新型創(chuàng)造，均落入本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于船舶主機廢熱發(fā)電ORC系統(tǒng),包括發(fā)動機尾氣回路、發(fā)動機缸套水 回路、冷媒回路和外部冷卻水回路，其特征在于: 在所述的發(fā)動機尾氣回路中，發(fā)動機尾氣(12)在直接排放環(huán)境前，先經(jīng)過煙氣換熱器(8)放熱，依次把熱量傳遞給缸套水(11)和冷媒(10)，從而實現(xiàn)尾氣熱量的回收；所述的煙氣換熱器(8)為兩級煙氣換熱器，第一級為發(fā)動機煙氣與發(fā)動機缸套水的換熱，順流布置；第二級為發(fā)動機煙氣與ORC系統(tǒng)冷媒的換熱，也按順流布置； 在所述的發(fā)動機缸套水回路中，缸套水(11)在發(fā)動機自帶循環(huán)水泵的作用下進入發(fā)動機缸套吸熱，從發(fā)動機出來后接著進入煙氣換熱器(8)中吸收尾氣的熱量，再進入蒸發(fā)器(4)的水側(cè)通道放熱，實現(xiàn)缸套水熱量和部分尾氣熱量的回收； 在所述的冷媒回路中，儲液罐(I)中低溫低壓的液態(tài)冷媒(10)經(jīng)過工質(zhì)泵(2)后變成低溫高壓的冷媒；接著經(jīng)過蒸發(fā)器(4)，吸收發(fā)動機的廢熱后蒸發(fā)，變成高溫高壓的氣態(tài)冷媒；然后氣態(tài)冷媒經(jīng)過煙氣換熱器(8)的冷媒側(cè)，吸收煙氣剩余可利用的熱量后繼續(xù)升溫；從煙氣換熱器(8)出來的氣態(tài)冷媒進入膨脹發(fā)電機(5)，對外做功發(fā)電，從而實現(xiàn)廢熱的回收再利用；從膨脹發(fā)電機(5)出來的低壓冷媒蒸汽，再通過冷凝器(6)放熱，成為低溫低壓的液態(tài)冷媒回到儲液罐(I)中； 在所述的外部冷卻水回路中，外部冷卻水經(jīng)過冷凝器，吸收氣態(tài)冷媒的熱量，使其成為低溫低壓的冷媒。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于船舶主機廢熱發(fā)電ORC系統(tǒng)，其特征在于在所述的膨脹發(fā)電機(5)和冷凝器(6)之間加設(shè)回熱器(3)，進行從工質(zhì)泵出來的液態(tài)冷媒和從膨脹發(fā)電機(5)出來的氣態(tài)冷媒的熱交換。
【文檔編號】F25B27/02GK204082238SQ201420197839
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年4月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月22日
【發(fā)明者】董軍啟, 王建長, 王斌, 陳能舜 申請人:浙江銀輪機械股份有限公司