[发明专利]一种船用动力机组冷却与余热利用系统及其利用方法

说明书

技术领域

本发明涉及余热综合利用，特别涉及一种船用动力机组冷却与余热利用系统及其利用方法。

背景技术

目前我国各类船舶动力机生产技术已经成熟，并且应用广泛。船用动力机组的主要类型基本为燃油动力机。目前船用动力机组的作用模式主要有提供船舶动力、电力和热量，其燃油热量的转化利用率一般少于40％，剩余的热量除生产加热和生活热水使用外，基本对外排放。如图1所示，船舶余热形式主要有两种：船用动力机组尾气热量和缸套冷却循环水热量的排放，船用动力机组尾气温度约为350-400℃，经过导热油炉，导热油炉对尾气余热进行了换热利用，同时尾气温度降至150-200℃，排放至大气中，此时，尾气与环境温度仍有120-180℃的温差，有进一步利用的空间；对于动力机缸套冷却循环水而言，进入动力机组缸套的冷却水温度为55-65℃，排出温度为85℃左右，绝大多数情况是利用缸套水冷器将缸套冷却循环水温度降低，把热量排至周围水体，造成了能量的浪费，另一方面造成了环境的污染。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种船用动力机组冷却与余热利用系统及其利用方法。本发明利用有机介质替代动力机缸套内冷却水，改变冷却水在动力机内的单相换热的模式，利用有机介质合适的沸点温度，实现有机介质在动力机缸套内相变换热方式，并将排出的饱和气态有机介质直接输入到膨胀机中，进一步实现膨胀做功，进而产生的动力可作为设备的附加驱动力，亦或产生电能；同时利用船体周围水体作为冷源，对做功后的有机介质实施冷凝，冷凝后的液态有机介质再通过循环泵输送到动力机缸套中，完成对动力的冷却作用。由于冷却后的有机介质温度较低在进入动力机缸套前，利用动力及排放的烟气实施预热，将有机介质温度提升到合适的温度点后在进入缸套中。本发明可改善动力机缸套内的传热效果，减少冷却水的循环量和结垢带来的隐患；利用船体周边的水域作为冷源，亦可消除环境温度波动对冷凝温度的影响；有机介质膨胀机输出的动力可以减少船体动力消耗，如若采用有机介质循环发电方式，亦可减少船体发电机的能耗量，达到船用动力机冷却系统的改善，并同时提高船用能源的利用效率。

本发明所采用的技术方案是：一种船用动力机组冷却与余热利用系统，包括船用动力机组和导热油炉，所述船用动力机组的烟气出口连接至所述导热油炉，所述船用动力机组的蒸汽出口连接有膨胀机，所述膨胀机连接至所述船用动力机组作为辅助动力源，和/或连接至发电机带动其发电作为船舶自身用电；所述膨胀机的介质出口连接有设置在船体舷外的水下冷凝器，所述水下冷凝器的液体出口通过增压器连接有设置在所述导热油炉的排烟通道上的烟气换热器，所述烟气换热器的烟气出口连接至大气，其介质出口连接至所述船用动力机组的介质入口。

所述船用动力机组的缸套内的冷却介质采用有机介质。

所述有机介质采用四氟乙烷与3～10％润滑油，二氯氟乙烷与3～10％润滑油，或四氟乙烷和二氯氟乙烷与3～10％润滑油的其中一种组成。

所述发电机采用剩磁自励模式的三相异步发电机。

本发明还提供一种基于上述船用动力机组冷却与余热利用系统的冷却与余热的利用方法，包括以下步骤：

(1)制备并安装上述船用动力机组冷却与余热利用系统；

(2)船用动力机组缸套内的有机介质发生沸腾相变换热成为高温高压气态形式，同时，船用动力机组排放的高温烟气进入导热油炉加热导热油；

(3)转变为具有压能的气态有机介质通过管道送入膨胀机，推动膨胀机输出机械功，输出的机械功输出至船用动力机组作为辅助动力，和/或输出至发电机带动其发电作为船舶自身用电；

(4)输出膨胀功后的有机介质进入水下冷凝器被冷凝成低温液态形式；

(5)冷凝后的低温液态有机介质经过增压器提升压力后进入烟气换热器；同时，导热油炉排放的烟气进入烟气换热器；

(6)低温高压有机介质与烟气在烟气换热器内完成换热，温度降低后的烟气直接排放到大气中；温度提升后的有机介质进入船用动力机组的缸套中，完成一个冷却与余热利用的循环；

(7)重复步骤(2)至步骤(6)，达成船用动力机组冷却与余热的循环利用。

本发明的有益效果是：