CN109252910A - 一种废气余热利用*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及废气余热利用技术领域，公开一种废气余热利用***，该***包括主机废气处理器、辅机废气处理器和承压容器。主机废气处理器包括第一换热器和第二换热器，主机废气处理器连接有第一排气集管；辅机废气处理器包括第三换热器和第四换热器，辅机废气处理器连接有第二排气集管；承压容器上部填充有蒸汽，下部填充有热水，承压容器的下部连接有第一支路，第一支路分别连接第二换热器和第四换热器，第二换热器和第四换热器分别连接于承压容器的中部，承压容器的上部连接有第二支路，第二支路分别连接第一换热器和第三换热器，第一换热器和第三换热器分别连接蒸汽轮机。本发明简便高效，占用空间小，提高了船舶燃油综合热效率。

Description

一种废气余热利用***
技术领域
本发明涉及废气余热利用技术领域，尤其涉及一种废气余热利用***。
背景技术
在船舶领域，一方面，迫切需要通过废气余热综合利用来提高燃料综合利用效率，降低船舶能耗；另一方面，余热利用***还要考虑如何减少占用空间，降低成本问题。
然而，目前大部分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利用废气产生热水或蒸汽。例如公开号为CN103967648A的专利文件，公开了一种船舶低速柴油机余热综合回收***。在余热利用上涉及推进主机废气余热锅炉和汽轮机，没有涉及辅助发电柴油机废气的利用。公开号为CN102777221A的专利文件，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***，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，没有涉及废气锅炉和汽包。
无论是推进主机还是辅助发电柴油机，机器的热效率均小于50％，约有三分之一的燃料能量被废气带走，船舶余热利用***目前存在两个问题：废气余热的能量利用比例较小；很少会考虑辅助发电柴油机废气的余热利用。
发明内容
基于以上问题，本发明的目的在于提供一种废气余热利用***，简便高效，占用空间小，能够同时完成船舶推进主机和辅助发电柴油机的废气余热利用，提高船舶燃油综合热效率。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种废气余热利用***，包括：
主机废气处理器，该主机废气处理器包括第一换热器和第二换热器，主机废气处理器的一端连接有第一排气集管，主机废气由第一排气集管输入，依次与第一换热器和第二换热器热交换后排出；
辅机废气处理器，该辅机废气处理器包括第三换热器和第四换热器，辅机废气处理器的一端连接有第二排气集管，辅机废气由第二排气集管输入，依次与第三换热器和第四换热器热交换后排出；
承压容器，该承压容器内腔的上部填充有蒸汽，下部填充有热水，承压容器的下部连接有第一支路，第一支路背向承压容器的一端分别连接第二换热器和第四换热器的入口端，第二换热器和第四换热器的出口端分别连接于承压容器的中部，承压容器的上部连接有第二支路，第二支路背向承压容器的一端分别连接第一换热器和第三换热器的入口端，第一换热器和第三换热器的出口端分别连接蒸汽轮机。
作为本发明的废气余热利用***的优选方案，第一支路上设置有强制循环泵，强制循环泵的一端连接承压容器，另一端分别连接第二换热器和第四换热器的入口端。
作为本发明的废气余热利用***的优选方案，第一支路背向承压容器的一端与第二换热器的入口端之间设置有第一控制阀，第一控制阀能够控制承压容器提供给第二换热器的热水流量。
作为本发明的废气余热利用***的优选方案，第二支路背向承压容器的一端与第一换热器的入口端之间设置有第二控制阀，第二控制阀能够控制承压容器提供给第一换热器的蒸汽流量。
作为本发明的废气余热利用***的优选方案，蒸汽轮机通过传动机构连接有发电机组。
作为本发明的废气余热利用***的优选方案，还包括常压容器，常压容器内腔的下部填充有热水，常压容器的下部通过给水泵与承压容器的下部连接。
作为本发明的废气余热利用***的优选方案，承压容器的上部通过调节阀与常压容器的上部连接。
作为本发明的废气余热利用***的优选方案，常压容器的下部连接有其他热源支路。
作为本发明的废气余热利用***的优选方案，还包括真空冷凝器，真空冷凝器的一端与蒸汽轮机连接，另一端通过冷凝水循环泵与常压容器的下部连接，真空冷凝器还连接有海水泵，海水泵能够为真空冷凝器提供用于热交换的海水。
作为本发明的废气余热利用***的优选方案，真空冷凝器面向蒸汽轮机的一端连接有紧急支路，紧急支路背向真空冷凝器的一端分别连接第一换热器和第三换热器的出口端。
本发明的有益效果为：
本发明将主机废气由第一排气集管输入，依次与第一换热器和第二换热器热交换后排出，通过主机废气处理器完成船舶推进主机的废气余热利用，将辅机废气由第二排气集管输入，依次与第三换热器和第四换热器热交换后排出，通过辅机废气处理器完成船舶辅助发电柴油机的废气余热利用，可进一步提高船舶燃油综合热效率；通过承压容器内的蒸汽和热水与主机废气和辅机废气分别进行热交换，简便高效，占用空间小，节能环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施方式提供的废气余热利用***的示意图。
图中：
1-主机废气处理器；2-辅机废气处理器；3-承压容器；4-蒸汽轮机；5-传动
机构；6-发电机组；7-常压容器；8-真空冷凝器；
11-第一换热器；12-第二换热器；
21-第三换热器；22-第四换热器；
91-第一排气集管；92-第二排气集管；
100-强制循环泵；200-给水泵；300-冷凝水循环泵；400-海水泵；
1000-第一控制阀；2000-第二控制阀；3000-调节阀。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施方式提供一种废气余热利用***，该废气余热利用***包括主机废气处理器1、辅机废气处理器2和承压容器3。
其中，主机废气处理器1包括第一换热器11和第二换热器12，主机废气处理器1的一端连接有第一排气集管91。主机废气由第一排气集管91输入，依次与第一换热器11和第二换热器12热交换后排出。
辅机废气处理器2包括第三换热器21和第四换热器22，辅机废气处理器2的一端连接有第二排气集管92。辅机废气由第二排气集管92输入，依次与第三换热器21和第四换热器22热交换后排出。
需要说明的是，第一换热器11、第二换热器12、第三换热器21和第四换热器22的换热管均采用翅片结构，便于高效地进行热交换。为了防止长期运行积灰，主机废气处理器1和辅机废气处理器2分别配置有若干个吹灰器，定期去除换热器上的积灰，提高废气经济器的换热效率。
承压容器3内腔的上部填充有蒸汽，下部填充有热水。优选地，承压容器3内腔的上部填充有饱和蒸汽，下部填充有饱和热水，便于充分且高效地进行热交换。承压容器3的设计压力根据主机、辅机的废气流量、温度确定。
承压容器3的下部连接有第一支路，第一支路背向承压容器3的一端分别连接第二换热器12和第四换热器22的入口端，第二换热器12和第四换热器22的出口端分别连接于承压容器3的中部。饱和热水由承压容器3分别输送至第二换热器12和第四换热器22，分别与主机废气和辅机废气完成热交换后形成气、液两相的饱和蒸汽，然后，饱和蒸汽输送至承压容器3中。
承压容器3的上部连接有第二支路，第二支路背向承压容器3的一端分别连接第一换热器11和第三换热器21的入口端，第一换热器11和第三换热器21的出口端分别连接蒸汽轮机4。饱和蒸汽由承压容器3分别输送至第一换热器11和第三换热器21，分别与主机废气和辅机废气完成热交换后形成过热蒸汽，然后，过热蒸汽输送至蒸汽轮机4中形成动力源。
通过主机废气处理器1完成船舶推进主机的废气余热利用，同时，通过辅机废气处理器2完成船舶辅助发电柴油机的废气余热利用，可进一步提高船舶燃油综合热效率。通过承压容器3内的饱和蒸汽和饱和热水与主机废气和辅机废气分别进行热交换，简便高效，占用空间小，节能环保。
具体的，第一支路上设置有强制循环泵100，强制循环泵100的一端连接承压容器3，另一端分别连接第二换热器12和第四换热器22的入口端。强制循环泵100参数根据循环流量、扬程确定，用于将承压容器3的饱和热水顺利输送至第二换热器12和第四换热器22中进行热交换。
为了将废气余热利用的热量进行有效利用，完成发电作业，蒸汽轮机4通过传动机构5连接有发电机组6。利用主机废气处理器1、辅机废气处理器2产生的混合蒸汽，驱动蒸汽轮机4通过传动机构5带动发电机组6发电的装置。
为了保障承压容器3中热水的容量足够用来循环换热，该废气余热利用***还包括常压容器7，常压容器7内腔的下部填充有热水，常压容器7的下部通过给水泵200与承压容器3的下部连接。常压容器7的下部连接有其他热源支路，其他热源产生的热水能够作为常压容器7的热源热水。
为了将经过蒸汽轮机4后的排出蒸汽进行循环利用，该废气余热利用***还包括真空冷凝器8，真空冷凝器8的一端与蒸汽轮机4连接，另一端通过冷凝水循环泵300与常压容器7的下部连接，真空冷凝器8还连接有海水泵400，海水泵400能够为真空冷凝器8提供用于热交换的海水。
更为具体的，第一支路背向承压容器3的一端与第二换热器12的入口端之间设置有第一控制阀1000，第一控制阀1000能够控制承压容器3提供给第二换热器12的热水流量。
第二支路背向承压容器3的一端与第一换热器11的入口端之间设置有第二控制阀2000，第二控制阀2000能够控制承压容器3提供给第一换热器11的蒸汽流量。需要说明的是，承压容器3中的饱和蒸汽和饱和热水能够通过第一控制阀1000和第二控制阀2000根据主机、辅机的废气热负荷占比自动进行调节。
承压容器3的上部通过调节阀3000与常压容器7的上部连接。常压容器7中水的设计温度通过调节阀3000自动调节，由承压容器3旁通的饱和蒸汽流量保证。
真空冷凝器8面向蒸汽轮机4的一端连接有紧急支路，紧急支路背向真空冷凝器8的一端分别连接第一换热器11和第三换热器21的出口端。当蒸汽轮机4出现紧急情况，真空冷凝器8具备将主机废气处理器1和辅机废气处理器2产生的全部蒸汽旁通至真空冷凝器8中的能力。
本发明简便高效，占用空间小，节能环保，能够同时完成船舶推进主机和辅助发电柴油机的废气余热利用，提高船舶燃油综合热效率。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种废气余热利用***，其特征在于，包括：
主机废气处理器(1)，包括第一换热器(11)和第二换热器(12)，所述主机废气处理器(1)的一端连接有第一排气集管(91)，主机废气由所述第一排气集管(91)输入，依次与所述第一换热器(11)和所述第二换热器(12)热交换后排出；
辅机废气处理器(2)，包括第三换热器(21)和第四换热器(22)，所述辅机废气处理器(2)的一端连接有第二排气集管(92)，辅机废气由所述第二排气集管(92)输入，依次与所述第三换热器(21)和所述第四换热器(22)热交换后排出；
承压容器(3)，所述承压容器(3)内腔的上部填充有蒸汽，下部填充有热水，所述承压容器(3)的下部连接有第一支路，所述第一支路背向所述承压容器(3)的一端分别连接所述第二换热器(12)和所述第四换热器(22)的入口端，所述第二换热器(12)和所述第四换热器(22)的出口端分别连接于所述承压容器(3)的中部，所述承压容器(3)的上部连接有第二支路，所述第二支路背向所述承压容器(3)的一端分别连接所述第一换热器(11)和所述第三换热器(21)的入口端，所述第一换热器(11)和所述第三换热器(21)的出口端分别连接蒸汽轮机(4)。
2.根据权利要求1所述的废气余热利用***，其特征在于，所述第一支路上设置有强制循环泵(100)，所述强制循环泵(100)的一端连接所述承压容器(3)，另一端分别连接所述第二换热器(12)和所述第四换热器(22)的入口端。
3.根据权利要求1所述的废气余热利用***，其特征在于，所述第一支路背向所述承压容器(3)的一端与所述第二换热器(12)的入口端之间设置有第一控制阀(1000)，所述第一控制阀(1000)能够控制所述承压容器(3)提供给所述第二换热器(12)的热水流量。
4.根据权利要求1所述的废气余热利用***，其特征在于，所述第二支路背向所述承压容器(3)的一端与所述第一换热器(11)的入口端之间设置有第二控制阀(2000)，所述第二控制阀(2000)能够控制所述承压容器(3)提供给所述第一换热器(11)的蒸汽流量。
5.根据权利要求1所述的废气余热利用***，其特征在于，所述蒸汽轮机(4)通过传动机构(5)连接有发电机组(6)。
6.根据权利要求1所述的废气余热利用***，其特征在于，还包括常压容器(7)，所述常压容器(7)内腔的下部填充有热水，所述常压容器(7)的下部通过给水泵(200)与所述承压容器(3)的下部连接。
7.根据权利要求6所述的废气余热利用***，其特征在于，所述承压容器(3)的上部通过调节阀(3000)与所述常压容器(7)的上部连接。
8.根据权利要求6所述的废气余热利用***，其特征在于，所述常压容器(7)的下部连接有其他热源支路。
9.根据权利要求6所述的废气余热利用***，其特征在于，还包括真空冷凝器(8)，所述真空冷凝器(8)的一端与所述蒸汽轮机(4)连接，另一端通过冷凝水循环泵(300)与所述常压容器(7)的下部连接，所述真空冷凝器(8)还连接有海水泵(400)，所述海水泵(400)能够为所述真空冷凝器(8)提供用于热交换的海水。
10.根据权利要求9所述的废气余热利用***，其特征在于，所述真空冷凝器(8)面向所述蒸汽轮机(4)的一端连接有紧急支路，所述紧急支路背向所述真空冷凝器(8)的一端分别连接所述第一换热器(11)和所述第三换热器(21)的出口端。
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