基于船舶废气多向循环利用的优化设计.pdf
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1、第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()基于船舶废气多向循环利用的优化设计林咸会,周健,刘蔚风,葛彪,李灵俊,赖凌俊(扬帆集团股份有限公司,浙江舟山 ;浙江舟山亚进船舶技术有限公司,浙江舟山 ;尚海海洋科技(浙江自贸区)有限公司,浙江舟山 ;舟山长宏国际船舶修造有限公司,浙江舟山 ;临海市港航口岸和渔业管理局,浙江临海 )摘要:针对传统船舶排出的高温废气不仅会对环境造成污染,而且也是对热量资源的浪费等问题,以船舶废气多向循环利用为研究对象,从船舶排出
2、高温废气多向循环利用和节能环保的设计角度出发,将船舶排出的高温废气中的热能转化为电能,用于船舶压载水处理装置.介绍了船舶废气多向循环利用装置的工作原理及主要组成.应用结果表明:通过能量的转化,即可达到船舶废气多向循环利用和节能环保的目的.关键词:船舶废气;多向循环利用;节能环保中图分类号:X 文献标识码:B收稿日期:;修订日期:作者简介:林咸会(),男,浙江台州人,工程师,本科,从事船舶制造与海洋工程.引言随着航运产业的迅猛发展,对于船舶压载水处理技术的要求也越来越高.传统的压载水处理方法均需增加船舶电能的消耗,可能导致船上电站容量不够以及新增加压载水处理装置时需认真核算船上电站的余量,不满足
3、时需增加船舶发电机组等问题 .船舶上柴油机或锅炉排出的烟气温度一般远远高于 ,直接排到大气中是一种浪费,如果能将船舶排出的高温废气中的热能转化为电能,用以处理船舶压载水将是一种非常好的选择 .为此,本文提出了基于船舶废气多向循环利用的装置,将船舶排出的高温废气中的热能转化为电能,用于船舶压载水处理装置.船舶废气多向循环利用的设计要求针对船舶排出的高温废气不仅会对环境造成污染,而且也是对热量资源的浪费等问题,将船舶排出的高温废气中的热能转化为电能,用于处理船舶压载水.查阅相关资料 并参考其他 能源循环利 用的转换方式 ,提出了船舶废气多向循环利用方案的设计要求,具体如下:()操作简便,经济划算,
4、实用方便.()循环利用,实用性强.()节能环保,经济性良好.船舶废气多向循环利用装置结构及工作原理图为船舶废气多向循环利用装置整体结构.船舶上的柴油机或锅炉通过排烟管排出的烟气温度一般远远高于 ,直接排到大气中是一种浪费,而其中的柴油机缸套高温淡水进水口与船用汽油机或柴油机缸套高温淡水出水口连接,低温淡水进水口输入的低温淡水可以与温差发电模块中循环管路的工业介质(一般选择沸点较低的材质,本次工业介质选择氨、水混合物)进行热量交换,交换后的低温淡水由低温淡水出水口流出,由于工业介质的沸点较低,在热量作用下会产生蒸汽,从而带动发电机运转;高温蒸汽推动发电机发电,可在航行时利用蓄电池(一般选用石墨烯
5、锂电池或超级电容电池)进行存储,或输出给压载水电解单元进行电解海水和紫外线处理压载水.高温淡水进水口;高温淡水出水口;柴油机或锅炉;低温淡水进水口;温差发电模块;排烟管;低温淡水出水口;蓄电池;压载水电解单元图船舶废气多向循环利用装置整体结构图为温差发电模块结构.柴油机缸套高温淡水进水口与船用汽油机或柴油机缸套高温淡水出水口连接,柴油机缸套高温淡水进水口与船用汽油机或柴油机排烟管共同与蒸发皿 进行换热,热量交换后的管路与船用汽油机或柴油机缸套高温淡水出水口连接.排烟管的入口与船用汽油机或柴油机排烟进口 连接,排烟管的出口与船用汽油机或柴油机排烟出口 连接.与此同时,冷凝器 将接触的高温高压蒸汽
6、冷却成液体与低温淡水进水口输入的淡水进行热量交换,然后通过低温淡水出水口排出.升压泵 提升系统压力,使系统保持持续循环,介质储存箱(氨、水混合物)不仅可以进行热量交换,而且还可以缓冲热量、储存热量.由于整个系统在循环的过程中产生巨大温差变化,而温差对流可以推动发动机 做功,实现将船舶排烟的热能转化为电能,再通过电解的方式处理压载水,提高了能源的利用率.高温淡水进水口;高温淡水出水口;低温淡水进水口;排烟管;低温淡水出水口;柴油机或锅炉烟气进口;柴油机或锅炉烟气出口;蒸发皿;升压泵;介质储存箱;冷凝器;发动机图温差发电模块结构船舶废气多向循环节能利用的研究分析船舶上柴油机或锅炉通过排烟管排出的烟
7、气温度一般远远高于 ,而需要的工作气压为 M P a MP a,据此可得到船舶上柴油机或锅炉通过排烟管排出烟气的温熵图和焓熵图,如图、图所示.图船舶废气的温熵图图船舶废气的焓熵图由图、图可知:船舶上柴油机或锅炉通过排烟管排出的烟气温度在 以上,工作气压在 MP a MP a时所蕴含的热量很多,将废弃的热能转化为电能将会大大提高能量的利用率.每天排放的烟气中的热量有多少转化为电能,可以根据储存的电量进行计算.下面对某船舶上柴油机通过排烟管排出的烟气所收集的热量每隔h统计记录一次,如表和图所示.对每天处理压载水的量以及耗电量每隔h统计一次,如表和图所示.表船舶废气热能转化为电能时间(h)热能转化为
8、电能(J)图船舶废气热能转化为电能表处理压载水量以及耗电量时间(h)压载水量(t)耗电量(J)图处理压载水量以及耗电量从船舶废气中热能转化为电能以及处理压载水耗电量的数据分析可知:每天排放烟气的热量转化为电能不仅可以满足处理船舶压载水所需要的耗电量,同时,多余的发电量还可以储存起来,也可以用于航行时照明、生活区设备用电等,不仅减少了发电机的负荷,解决了船舶因增加新型设备带来电站电量增加或发电机负荷加大的问题,同时也进一步节省了能源,提高了能源的利用率.结论本文从船舶排出高温废气多向循环利用和节能环保的设计角度出发,将船舶排烟的热能转化为电能,再输出给压载水电解单元,通过能量的转化达到节能环保的
9、目的,但在多级循环方面以及能源回收再利用方面仍需要进一步完善.参考文献:窦智,杨春光船舶发动机废气余热利用技术研究J交通节能与环保,():王伟,刘雪雷,王廷勇,等反馈控制技术在船舶废气S C R系统中的应用J机电设备,():邓艳菲,付裕船舶废气污染物在线监测系统开发中嵌入式技术的应用J舰船科学技术,():袁成清,潘鹏程,孙玉伟,等基于集成高效热能发电系统的船舶A t t a i n e dE E D I及燃油消耗量分析J中国造船,():王飞,张文涛,刘城君,等船舶废气脱硫脱碳联合处理工艺技术研究J清洗世界,():刘国臣,李镇宇,赵超,等船舶废气脱硫系统压损影响因素及控制措施分析J山东化工,()
10、:张英华,赵春生,崔荣健舰船中速柴油机的废气再循环技术实现及性能影响研究J舰船科学技术,():机 械 工 程 与 自 动 化 年第期 周松,张帮龙,周金喜,等一种用于处理船舶排放废气的系统:中国,AP 黄博伦,杨国华船舶废气洗涤脱硫脱硝和脱PM细颗粒设备研究进展J化工进展,():Z h a n gL,X i n gY a o h u a,X uH o n g,e t a l C o m p a r a t i v e s t u d yo f s o l i do x i d ef u e lc e l lc o m b i n e dh e a ta n dp o w e rs y s t
11、e mw i t h m u l t i s t a g e e x h a u s t c h e m i c a l e n e r g y r e c y c l i n g:M o d e l i n g,e x p e r i m e n t a n d o p t i m i z a t i o nJE n e r g yC o n v e r s i o n&M a n a g e m e n t,:P o p o v i c h e v a O,K i r e e v a E,P e r s i a n t s e v a N,e t a l M i c r o s c o p
12、 i cc h a r a c t e r i z a t i o no fi n d i v i d u a lp a r t i c l e sf r o mm u l t i c o m p o n e n t s h i pe x h a u s tJ J o u r n a lo fE n v i r o n m e n t a lM o n i t o r i n gJ e m,():S a n u s iYS,M o k h e i m e r,E s m a i lM A N u m e r i c a lm o d e l i n ga n ds i m u l a t i
13、o no fo x y c o m b u s t i o ne x h a u s tg a sr e c y c l i n gf o r f u e l r e f o r m i n gJ E n e r g y&F u e l s,():a c s e n e r g y f u e l s b P o s s n e rA,E k m a nA M L,L o h m a n nU C l o u dr e s p o n s ea n df e e d b a c kp r o c e s s e si ns t r a t i f o r m m i x e d p h a s
14、 ec l o u d sp e r t u r b e d b y s h i p e x h a u s tJG e o p h y s i c a l R e s e a r c hL e t t e r s,():O p t i m a lD e s i g nB a s e do nM u l t i D i r e c t i o n a lR e c y c l i n go fS h i pE x h a u s tG a sL I NX i a n h u i,Z H O UJ i a n,L I U W e i f e n g,G EB i a o,L IL i n g j
15、 u n,L A IL i n g j u n(Y a n g f a nG r o u pC o,L t d,Z h o u s h a n ,C h i n a;Z h e j i a n gZ h o u s h a nY a j i nS h i p b u i l d i n gT e c h n o l o g yC o,L t d,Z h o u s h a n ,C h i n a;G o o d w a yM a r i n eT e c h n o l o g y(Z h e j i a n gF r e eT r a d eZ o n e)C o,L t d,Z h o
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