CN103967648B - 一种船舶低速柴油机余热综合回收*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种船舶低速柴油机余热综合回收***。包括组合余热锅炉***、动力涡轮发电***、汽轮机发电***、高温冷却水利用换热设备和有机工质汽轮机发电***。本发明通过组合余热锅炉有效地回收船用低速柴油机排气余热能量；通过缸套水换热器和三段式空冷换热器有效地回收船用低速柴油机缸套冷却水和增压空气空冷换热器冷却水的余热、通过动力涡轮回收柴油机排气压能和低温工质汽轮机回收锅炉和空冷换热器的热水能量，并将其转变成电能，达到综合回收船舶主机余热，显著提高柴油机的热效率，降低船舶EEDI能耗指标。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种余热利用***，尤其是一种船舶低速柴油机的余热回收***。
背景技术
能源问题己经成为经济发展中一个头等重要问题。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，另一方面也给船舶运行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。国际海事组织IMO己将EEDI(Energy EfficiencyDesign Index，新船能效设计指数)作为考核船舶设计能耗高低的一个指标，船舶能量利用效率低，除了将面对高额的燃料费用外，还将面对额外的罚金，以补偿对环境的破坏。柴油机作为船舶的主要动力，其热效率己接近50％，但仍有50％的能量被排气、冷却介质带走。如果能够利用主机排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。如何进一步利用和挖掘这部分余热便是本发明所要解决的问题。
各主要船舶主机制造公司开发的船舶主机余热利用***中都采用常规余热锅炉，其特点是利用主机排气的余热产生蒸汽，进行再利用。但限于烟气露点温度，为防止低温腐蚀，主机余热利用***余热锅炉排烟温度都在170℃以上，也即主机余热利用***只利用了排气温度范围170～300℃(左右)的能量，排气中其余能量都排入了环境。
公开号CN102777876A(公开日2012年11月14日)的中国文件中，公开了一种船用柴油发电机组废气余热产气***。该***包括热井、锅炉给水泵、汽包、废热锅炉、蒸发器和预热器。能有效回收船用发电柴油机的废气余热。该技术是针对船用柴油发电机组的排汽余热利用，没有涉及船舶主柴油机的余热利用。
公开号CN103111172A(公开日2013年5月22日)的专利文件中，公开了一种船舶主机余热回收尾气处理***及方法，包括废热锅炉、汽轮机、发电机、二氧化碳吸收塔、水泵、水柜、卧式氨合成塔、烷烃裂解装置和空气分离机。即可以高效利用船舶主机余热，又可以吸收尾气中二氧化碳，降低碳排放。该技术方案是利用空气分离机将空气分离成高浓度的氧气和氮气，高浓度的氧气在废热锅炉与柴油机废气进行富氧燃烧加热锅炉蒸发器产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电，实现对船用主机排气余热利用；而高浓度的氮气及裂解烷烃装置产生的氢气在卧式氨合成塔内合成氨，制成氨水在二氧化碳吸收塔内与柴油机废气中二氧化碳生成碳酸氢铵，实现二氧化碳捕捉。在余热利用上涉及到余热锅炉和汽轮机，没有涉及船舶主柴油机的排气余压和空冷换热器和缸套水能量的余热利用。
公开号CN102777221A(公开日2012年11月14日)的专利文件中，公开了一种基于有机朗肯循环的船用柴油发电机组废气余热发电***，包括废热锅炉、有机工质膨胀机、减速器、交流发电机、回热器、冷凝器、有机工质增压泵和安装在废热锅炉中的蒸发器。能有效回收船用发电柴油机的废气余热。该技术是针对船用柴油发电机组的排气余热利用，采用有机工质膨胀机发电，没有涉及船舶主柴油机的余热利用。
《船舶工程》2009Vol.31中刊登的“大型船舶主机废气热能回收装置的热平衡分析”一文中，介绍了国外船舶主机Sulzer12RT2flex96C废气热能回收***的工作原理图统，并对余热利用系开展热平衡分析。Sulzer12RT2flex96C废气热能回收***原理图中涉及船舶主机排气余热锅炉、双压汽轮机和动力涡轮，但没有涉及回收排气温度在170℃以下能量的组合余热锅炉有机工质蒸发器和有机工质汽轮机发电机组。
《柴油机》(2012Vol.34)中刊登的“船舶柴油机余热利用技术研究”一文中介绍了一种船舶主机MAN6S50ME-C余热利用***，并对余热利用系开展热平衡分析。该余热利用***由超低温排气余热锅炉、双压汽轮机和动力涡轮和有机工质汽轮机发电机组。超低温余热锅炉由高压过热器、高压蒸发器、低压蒸发器和回收排气温度在170℃以下能量的热水器组成。锅炉烟气出口温度为95℃。锅炉给水来至集水槽，分别流经主机缸套水换热器和两级空冷器的高温段加热至160℃，一部分直接进入高压锅筒，另一部分与缸套水换热器出来的给水混合后进入低压锅筒。
文中的MAN6S50ME-C余热利用***中超低温排烟余热锅炉是利用热水器来回收排气在170℃以下能量供有机工质蒸发器使用，没有将有机工质蒸发器直接替换热水器。锅炉给水总量约为4t/h，没有充分回收利用缸套水和空冷器高温空气的能量。文中发电设备为双压汽轮机和动力涡轮，和有机工质汽轮机发电机组，但没有涉及到双压汽轮机发电机组、动力涡轮发电机组和有机工质汽轮机发电机组模块化设计，也没有涉及到辅助***、余热利用***的控制。
文中的MAN6S50ME-C余热利用***中有机工质汽轮机发电***由蒸发器、有机工质汽轮机、凝汽器和发电机组成。由锅炉热水器加热到140℃热水流经蒸发器，产生高温高压的有机工质蒸汽，进入有机工质汽轮机做功，驱动发电机发电。有机工质为异丁烷。且超低温排烟余热锅炉热水器与有机工质汽轮机发电机组布置成一个独立回路，也限制了缸套水和空冷器余热的回收利用。没有涉及缸套水和空冷器有机工质换热器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能有效提高船舶低速柴油机动力***能量利用效率的船舶低速柴油机余热综合回收***。
本发明的目的是这样实现的：
包括组合余热锅炉***、动力涡轮发电***、汽轮机发电***、高温冷却水利用换热设备和有机工质汽轮机发电***；
所述组合余热锅炉***是由常规余热锅炉段与有机工质蒸发器段组成的带有旁通烟道的立式烟道的水平放置强化换热受热面的水管式强制循环锅炉；
柴油机排气在柴油机集气箱中分两路分别流经涡轮增压器和动力涡轮发电***，两部分排气混合后依次流经组合余热锅炉***的常规余热锅炉段与有机工质蒸发器段，并经组合余热锅炉出口烟道排入大气；
柴油机的缸套冷却水由缸套水换热器冷却，集水槽作为循环水水源，循环水经给水泵升压后通过缸套水换热器，缸套水换热器输出的热水分成两路，一路进入分段式空冷换热器的高温换热器，另一路直接与分段式空冷换热器出水中的一部分混合后输入常规余热锅炉段，分段式空冷换热器出水中的另一部分直接对外输出；
常规余热锅炉段产生的蒸汽供给汽轮机发电***的汽轮机，做功后的乏汽进入冷凝器，被凝结后由凝结水泵升压至集水槽；
有机工质蒸发器段与有机工质汽轮机发电***组成循环。
本发明还可以包括：
1、所述分段式空冷换热器为三段式空冷换热器，即包括高温换热器、中温换热器和低温换热器，还包括与缸套水换热器并联的缸套水有机工质预热器，出有机工质汽轮机发电***的有机工质经缸套水有机工质预热器后进入中温换热器在进入有机工质蒸发器段。
2、常规余热锅炉段为两压锅炉，即饱和蒸汽和过热蒸汽，过热蒸发器出口连接用于温度控制的高压汽包，过热器的饱和蒸汽入口管路上的分支管与过热器过热蒸汽出口管路上的减温器相连。
3、所述汽轮发电机组是双压补汽凝汽式汽轮发电机组，其双压补汽凝汽式汽轮机本体、减速装置和辅助设备与第三发电机集成在公共底座上，冷凝器下置。
4、所述动力涡轮发电机组的动力涡轮、第二齿轮箱和第二发电机集成在公共底座上，润滑和冷却***下置，动力涡轮、第二齿轮箱和第二发电机由同一油站集中供油，动力涡轮的进口与柴油机排气集箱通过管路相连，动力涡轮排气出口与组合余热锅炉烟气入口通过管路相连，动力涡轮进气控制阀组由三个阀和两个节流降压器组成，三个阀是紧急旁通阀、速关阀和流量调节旁通阀，紧急旁通阀与第一节流降压器相连，流量调节旁通阀与第二节流减压器。
5、所述有机工质汽轮发电机组的有机汽轮机本体、第四齿轮箱和第四发电机与冷凝器、集液罐、有机工质给水加压泵及辅助***集成在一个公共底座上。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)采用了组合余热锅炉，可更多的回收排气温度在170℃以下排气能量，扩大了余热利用范围和可利用余热量。
(2)组合余热锅炉中的有机工质蒸发器与有机工质汽轮机发电机组的组合将低品位的热能转变成高品位的电能。
(3)采用了组合余热锅炉，烟气中携带的污染物如NOx、SOx和CO2等，在组合余热锅炉的尾部烟道中与凝结水结合生成对应的酸，并随着凝结水从排放管排出，有利于排放控制。
(4)最大限度地实现了柴油机、动力涡轮和组合余热锅炉的参数匹配。
(5)动力涡轮、汽轮机、有机工质汽轮机发电***与组合余热锅炉的有机联合，能够实现船舶低速柴油机余热的综合利用。
附图说明
图1是本发明的船舶低速柴油机余热综合回收***的第一种实施方式的原理图。
图2是本发明的船舶低速柴油机余热综合回收***的第二种实施方式的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明船舶低速柴油机余热综合回收***做进一步的描述：
本发明的目的是提高船舶低速柴油机动力***能量利用效率。为达这一目的，充分考虑船舶低速柴油机排气170℃以下能量的利用，综合提高船舶主柴油机余热利用潜力，提出了本发明总体方案的指导思想。
本发明的船舶低速柴油机余热利用***主要由以下几部分组成：回收船舶低速柴油机排气余热的组合余热锅炉***、利用分流排气能量做功的动力涡轮发电***、利用蒸汽来做功的汽轮机发电***、船舶低速柴油机高温冷却水利用换热设备、利用低品质能量做功的有机工质汽轮机发电***。这几部分***利用管路连接起来，工质在其间循环流动，构成了整个船舶低速柴油机动力***余热能量的传递和回收过程。
所述的船舶低速柴油机余热利用***，考虑到成本收益情况，可应用于9,000kW以上功率的船舶低速柴油机动力***上。本余热利用***以发电的形式利用船舶低速柴油机排气、空冷器和缸套水的能量。
所述的船舶低速柴油机排气温度是在基本不降低柴油机性能前提下，通过修改柴油机定时和重新匹配柴油机增压器，把目前大功率低速柴油机排气温度适当提高，使柴油机功率大于50％时，可为动力涡轮发电***提供排气能量，而柴油机增压器仍能在全工况范围内稳定工作，同时提高锅炉的余热利用率。
所述的组合余热锅炉10是由常规余热锅炉段12与有机工质蒸发器段11组成的带有旁通烟道的立式烟道的水平放置强化换热受热面的水管式强制循环锅炉。采用分体布置常规余热锅炉段12与有机工质蒸发器段11或整体式布置组合余热锅炉的形式。有机工质蒸发器管束采用耐腐蚀钢。
所述的组合余热锅炉给水预热是采用缸套冷却水和增压空气分段加热技术。常规余热锅炉段12给水预热器由柴油机的缸套水换热器64和三段式空冷器的高温换热器23组成。将柴油机原增压空气空冷换热器重新设计为高温、中温和低温三段式空冷器，空冷器高温换热器用于常规余热锅炉段12的给水预热。
所述的双压补汽凝汽式汽轮发电机组30，其双压补汽凝汽式汽轮机本体31、减速装置32和辅助设备与发电机33集成在公共底座上，冷凝器34下置，形成一个发电模块。
所述的动力涡轮发电机组40，其动力涡轮41、齿轮箱42和发电机43，包括进气控制阀组等所有部件集成在公共底座上，润滑和冷却***下置，形成一个发电模块。动力涡轮、齿轮箱和发电机由同一油站集中供油。单级动力涡轮或两级串联动力涡轮与齿轮箱集成在一起。动力涡轮的进口与低速柴油机排气集箱通过管路相连，动力涡轮排气出口与超低温余热锅炉烟气入口通过管路相连。动力涡轮进气控制阀组由三个阀和两个节流降压器组成。三个阀是紧急旁通阀44、速关阀45和流量调节旁通阀46。紧急旁通阀44与节流降压器47相连，流量调节旁通阀46与节流减压器48相连。速关阀和流量调节旁通阀通过控制动力涡轮发电功率，保证排气压力与低速柴油机增压器后排气压力相同，同时动力涡轮排气温度满足主机排气混温的要求。
所述的有机工质汽轮发电机组50，其有机汽轮机本体51、齿轮箱52和发电机53与冷凝器54、集液罐55、有机工质给水加压泵56及辅助***集成在一个公共底座上，形成一个发电模块。采用有机工质R245fa时，有机工质汽轮机的工作压力～1.1MPa，排汽压力0.2～0.3MPa；有机工质为R236和R601a时，工作压力和排气压力相应变化。有机工质蒸发器11与常规余热锅炉段相连，形成组合余热锅炉，直接回收低速柴油机排气170℃以下的能量；有机工质预热器由三段式空冷器的中温换热器和缸套水有机工质预热器组成，吸收空冷器和缸套水的能量。
所述的附属***，包括一个缸套水有机工质预热器62，一个缸套水换热器64和一个缸套水冷却器65，一组流量、温度和压力控制和调节用的调节阀组，一个汽轮机凝结水集水槽60及泵组61等。其特征在于：缸套水冷却器65是低速柴油机原有的缸套水冷却器；所述缸套水有机工质预热器62与缸套水换热器64通过管路和阀门63、67并联，两者串联在主机原有的缸套水冷却器65***回路上，采用节流或分流的方式实现换热和缸套水水温控制；所述控制调节阀组68、69和72将缸套水换热器64、三段式空冷器的高温换热器23与低压汽包16的给水连接起来，实现低压汽包16给水混温和流量控制；阀门69、70、75为低压汽包、高压汽包及有机工质蒸发器流量调节阀；通过关闭阀门63、66和67，在低工况时可实现缸套水不经过三个换热器而进行小循环，确保主机缸套水维持工作温度；从30％工况起，通过关闭阀门73，实现缸套水先流经缸套水有机工质预热器62、余热利用***缸套水换热器64，为余热利用***提供要求流量的80℃有机工质欠饱和液体及热水；若缸套水出口温度仍高于主机冷却规定要求的入口温度时，通过阀门66和74进行控制和调节，缸套水流经主机原有的缸套水冷却器65后进入主机。
下面结合图1进一步描述本发明的第一种实施方式。
组合余热锅炉由常规余热锅炉段12与有机工质蒸发器段11组成，为三压锅炉；常规余热锅炉段12利用排气温度范围170～300℃的能量，而有机工质蒸发器段11利用排气温度范围100～170℃的能量，使组合余热锅炉10的排气出口温度控制在～100℃，跨酸露点运行。常规余热锅炉段为两压锅炉，即饱和蒸汽和过热蒸汽，供汽轮机发电，其给水预热器由柴油机的缸套水换热器64和三段式空冷换热器的高温换热器23组成。过热蒸汽出口温度控制采用高压汽包17饱和蒸汽减温控制，通过过热器15饱和蒸汽入口管路上的分支管18与过热器过热蒸汽出口管路上的减温器19相连实现。有机工质蒸发器段11与常规余热锅炉段12连成一体，产生90-95℃有机工质蒸汽作为有机工质汽轮发电机组的汽源，有机工质预热器由三段式空冷换热器的中温换热器22、缸套水有机工质预热器62组成。尽可能多地回收低品位热能，提高了有机工质汽轮机发电机组的发电量。
经调整后的柴油机排气在柴油机集气箱中分两路分别流经增压器和动力涡轮，进入动力涡轮的排气量约占柴油机排气量的10％。动力涡轮排气出口温度高于增压器出口排气温度20至30℃，由动力涡轮排气参混增压器后排气温度，提高锅炉烟气入口温度。两部分排气混合后，依次流经组合余热锅炉高压过热器15、高压蒸发器14、低压蒸发器13和有机工质蒸发器11，并经组合余热锅炉出口烟道排入大气，其排温在～100℃。
利用集水槽60作为循环水水源，经给水泵61升压后通过缸套水换热器64将温度升至80℃左右后，分成两路。一路进入三段式空冷换热器20的高温换热器23将温度升至160℃左右后，热水分成三部分。第一部分经阀71向***外供高温热水，用做日常加热，换热后直接进入集水槽60；第二部分经流量调节阀70进入高压汽包17，经高压热水循环泵升压后，进入高压蒸发器14和高压过热器15被加热成过热蒸汽，经饱和蒸汽减温后进入汽轮机31做功；第三部分通过阀门72流量控制与缸套水换热器64的另一路热水，经阀门68调控流量，混合放热后形成138℃高温热水进入低压汽包16，并由低压热水循环泵升压后流至低压蒸发器13被加热成饱和汽水混合物，然后流至低压汽包内，经低压汽包汽水分离出来的饱和蒸汽，供汽轮机31补汽做功。补汽凝汽式汽轮机做功后的乏汽进入冷凝器34，被凝结后由凝结水泵35升压至集水槽60。
为确保船舶低速柴油机***正常工作，缸套水冷却回路的设计考虑为缸套水有机工质预热器62与缸套水换热器64并联后再串联在低速柴油机原有缸套水冷却器65的***回路上，通过管路和阀门的开关控制三者流量的方式来实现换热和缸套水水温控制；在低工况时通过关闭阀门63、66和67，开启阀门73和74，可实现缸套水不经过三个换热器而进行小循环，确保主机缸套水维持工作温度；从30％工况起，通过关闭阀门73，开启阀门63、66和67，实现缸套水经流缸套水有机工质预热器62，为有机工质蒸发器提供要求流量的80℃液体；缸套水经流缸套水换热器64，为余热利用***提供要求流量的80℃热水；若缸套水出口温度仍高于主机冷却规定要求的入口温度时，通过阀门66和74进行控制和调节，保证缸套水流经主机原有的缸套水冷却器65后进入主机的水温控制在规定的范围。
本发明可最大限度地回收船舶低速柴油机排气、空冷器及缸套水中的热能，并转化为高品位的电能，能够达到很好的减排效果。
图2给出了本发明的第二种实施方式。与图1所示的第一种实施方式相比，区别之处在于组合余热锅炉的有机工质蒸发器11与有机工质汽轮发电机组构成一个独立回路。有机工质加压泵56作为***循环泵，直接将过冷态有机工质泵入组合锅炉有机工质蒸发器，省去柴油机空冷器中温换热器22和缸套水有机工质预热器62。
另外空冷器为双段式空冷器，即空冷器高温换热器23和低温换热器21；缸套水保留缸套水换热器64和缸套水冷却器65。虽然空冷器和缸套水的余热能量回收率较图1***低，但余热利用***相对简单。
Claims (1)
1.一种船舶低速柴油机余热综合回收***，包括组合余热锅炉***、动力涡轮发电***、汽轮机发电***、高温冷却水利用换热设备和有机工质汽轮机发电***；其特征是：
所述组合余热锅炉***由常规余热锅炉段(12)与有机工质蒸发器段(11)组成，为三压锅炉；常规余热锅炉段(12)利用排气温度范围170～300℃的能量，有机工质蒸发器段(11)利用排气温度范围100～170℃的能量，使组合余热锅炉(10)的排气出口温度控制在跨酸露点运行；常规余热锅炉段为两压锅炉，即饱和蒸汽和过热蒸汽，供汽轮机发电，常规余热锅炉段给水预热器由柴油机的缸套水换热器(64)和三段式空冷换热器的高温换热器(23)组成，过热蒸汽出口温度控制采用高压汽包(17)饱和蒸汽减温控制，通过过热器(15)饱和蒸汽入口管路上的分支管(18)与过热器过热蒸汽出口管路上的减温器(19)相连实现，有机工质蒸发器段(11)与常规余热锅炉段(12)连成一体，产生90-95℃有机工质蒸汽作为有机工质汽轮发电机组的汽源，有机工质预热器由三段式空冷换热器的中温换热器(22)、缸套水有机工质预热器(62)组成；
柴油机排气在柴油机集气箱中分两路分别流经增压器和动力涡轮，进入动力涡轮的排气量占柴油机排气量的10％，动力涡轮排气出口温度高于增压器出口排气温度20至30℃，两部分排气混合后，依次流经组合余热锅炉高压过热器(15)、高压蒸发器(14)、低压蒸发器(13)和有机工质蒸发器(11)，并经组合余热锅炉出口烟道排入大气；
集水槽(60)作为循环水水源，经给水泵(61)升压后通过缸套水换热器(64)将温度升至80℃后分成两路，一路进入三段式空冷换热器(20)的高温换热器(23)将温度升至160℃后热水分成三部分，第一部分经第一阀门(71)向***外供高温热水，换热后直接进入集水槽(60)；第二部分经流量调节阀(70)进入高压汽包(17)，经高压热水循环泵升压后，进入高压蒸发器(14)和高压过热器(15)被加热成过热蒸汽，经饱和蒸汽减温后进入汽轮机(31)做功；第三部分通过第二阀门(72)流量控制与缸套水换热器(64)的另一路热水，经第三阀门(68)调控流量，混合放热后形成138℃高温热水进入低压汽包(16)，并由低压热水循环泵升压后流至低压蒸发器(13)被加热成饱和汽水混合物，然后流至低压汽包内，经低压汽包汽水分离出来的饱和蒸汽，供汽轮机(31)补汽做功，补汽凝汽式汽轮机做功后的乏汽进入冷凝器(34)，被凝结后由凝结水泵(35)升压至集水槽(60)；
缸套水有机工质预热器(62)与缸套水换热器(64)并联后再串联在低速柴油机原有缸套水冷却器(65)的***回路上，通过管路和阀门的开关控制三者流量的方式实现换热和缸套水水温控制；在低工况时通过关闭第四阀门(63)、第五阀门(66)和第六阀门(67)，开启第七阀门(73)和第八阀门(74)，实现缸套水不经过三个换热器而进行小循环；从30％工况起，通过关闭第七阀门(73)，开启第四阀门(63)、第五阀门(66)和第六阀门(67)，实现缸套水经流缸套水有机工质预热器(62)，为有机工质蒸发器提供要求流量的80℃液体；缸套水经流缸套水换热器(64)，为余热利用***提供要求流量的80℃热水；若缸套水出口温度仍高于主机冷却规定要求的入口温度时，通过第五阀门(66)和第八阀门(74)进行控制和调节，保证缸套水流经主机原有的缸套水冷却器(65)后进入主机的水温控制在规定的范围。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107989677A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-05-04 | 哈尔滨工程大学 | 船用柴油机再循环废气余热联合回收***及控制策略 |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104295366B (zh) * | 2014-09-26 | 2016-07-06 | 广东康菱动力科技有限公司 | 大功率柴油发电机组和锅炉的综合利用*** |
| CN104390200A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-03-04 | 张家港格林沙洲锅炉有限公司 | 船用废气余热锅炉 |
| CN104670455B (zh) * | 2014-12-26 | 2017-04-05 | 大连中远船务工程有限公司 | 不改变船型克服能耗指数的方法 |
| CN108026790A (zh) * | 2015-09-24 | 2018-05-11 | 三菱重工业株式会社 | 废热回收装置、内燃机***及船舶、以及废热回收方法 |
| CN105485649B (zh) * | 2016-01-14 | 2018-11-06 | 张东 | 一种高效余热回收综合利用*** |
| CN106150580A (zh) * | 2016-07-13 | 2016-11-23 | 西安热工研究院有限公司 | 超临界二氧化碳循环与燃机结合的布局和启动运行方式 |
| CN106499453B (zh) * | 2016-10-28 | 2018-08-31 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于转速的船舶低速柴油机余热综合回收***控制方法 |
| CN106481375B (zh) * | 2016-10-28 | 2018-08-31 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于功率的船舶低速柴油机余热综合回收***控制方法 |
| CN106523132B (zh) * | 2016-12-30 | 2022-07-15 | 中船动力研究院有限公司 | 一种柴油机增压空气冷却*** |
| CN108005764B (zh) * | 2017-11-29 | 2020-10-27 | 哈尔滨工程大学 | 一种船用柴油机再循环废气余热新型联合回收*** |
| CN108590807A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-09-28 | 哈尔滨工程大学 | 一种应用于船舶柴油机的防曲轴箱***及余热利用的综合*** |
| CN109252910A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-01-22 | 中船动力研究院有限公司 | 一种废气余热利用*** |
| CN109837553B (zh) * | 2019-03-20 | 2023-10-27 | 宁波大学 | 一种船舶柴油机耦合固体氧化物电解池的发电与制氢一体化装置 |
| CN111852599A (zh) * | 2019-04-30 | 2020-10-30 | 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 | 船舶余热回收发电*** |
| EP3879083A1 (en) * | 2020-03-10 | 2021-09-15 | Alfa Laval Corporate AB | Boiler and method of operating a boiler |
| CN112377882A (zh) * | 2020-10-13 | 2021-02-19 | 中广核工程有限公司 | 核电站启动锅炉和应急发电机联合工作*** |
| CN112392626B (zh) * | 2020-11-03 | 2023-05-16 | 陕西柴油机重工有限公司 | 用于柴油机的余热综合能量回收装置 |
| CN114000926A (zh) * | 2021-11-01 | 2022-02-01 | 哈尔滨工程大学 | 一种低速柴油机排气分流两级余热利用*** |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102628412A (zh) * | 2012-04-20 | 2012-08-08 | 江苏科技大学 | 基于有机朗肯循环的船用柴油机余热发电*** |
| CN102777221A (zh) * | 2012-07-27 | 2012-11-14 | 江苏科技大学 | 基于有机朗肯循环的船用柴油发电机组废气余热发电*** |
| CN102777876A (zh) * | 2012-07-27 | 2012-11-14 | 江苏科技大学 | 船用柴油发电机组废气余热产汽*** |
| CN103111172A (zh) * | 2013-01-15 | 2013-05-22 | 大连海事大学 | 一种船舶主机余热回收和尾气处理***及方法 |
| CN103663587A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-03-26 | 辽宁中成永续水工科技有限公司 | 海岛柴油发电站余热电水联产装置及方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5612035A (en) * | 1979-07-09 | 1981-02-05 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Waste heat recovery mechanism |
| JPS60261908A (ja) * | 1984-06-11 | 1985-12-25 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 内燃機関の廃熱回収装置 |
-
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- 2014-05-21 CN CN201410216103.1A patent/CN103967648B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102628412A (zh) * | 2012-04-20 | 2012-08-08 | 江苏科技大学 | 基于有机朗肯循环的船用柴油机余热发电*** |
| CN102777221A (zh) * | 2012-07-27 | 2012-11-14 | 江苏科技大学 | 基于有机朗肯循环的船用柴油发电机组废气余热发电*** |
| CN102777876A (zh) * | 2012-07-27 | 2012-11-14 | 江苏科技大学 | 船用柴油发电机组废气余热产汽*** |
| CN103111172A (zh) * | 2013-01-15 | 2013-05-22 | 大连海事大学 | 一种船舶主机余热回收和尾气处理***及方法 |
| CN103663587A (zh) * | 2013-11-28 | 2014-03-26 | 辽宁中成永续水工科技有限公司 | 海岛柴油发电站余热电水联产装置及方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 刘庆鹤.船用柴油机余热回收透平发电***研究.《哈尔滨工程大学硕士学位论文》.2014,第41-42页. * |
| 张勇等.饱和蒸汽减温在燃机余热锅炉的应用.《热能动力工程》.2004,第17卷(第6期),第629-631页. * |
| 船舶柴油机余热利用技术研究;吴安民等;《柴油机》;20121201;第34卷(第5期);第46-49页 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107989677A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-05-04 | 哈尔滨工程大学 | 船用柴油机再循环废气余热联合回收***及控制策略 |
| CN107989677B (zh) * | 2017-11-29 | 2019-11-01 | 哈尔滨工程大学 | 船用柴油机再循环废气余热联合回收***及控制策略 |
Also Published As
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