CN105134351B - 船舶发动机废气余热循环利用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明披露一种船舶柴油机废气余热循环利用装置，包括船舶柴油机、乙醇燃料箱、水箱、水泵、搅拌器、乙醇泵、催化反应装置、冷却吸收器、气泵、和单向阀。催化反应装置包括乙醇水蒸气催化器、乙醇水蒸气加热器和尾气余热吸收器。本发明利用船舶排气管排放的废气余热，进行乙醇水蒸汽制氢反应，减少船舶废气余热的能量浪费，提高能量利用效率；将制出的氢气输入船舶发动机与柴油燃料混合燃烧，可有效提高柴油燃料的燃烧率，减少船舶的污染物排放，并节约石油化石燃料；本发明布置合理，安装和拆卸方便易行，结构紧凑，可安装在船舶发动机周围。

Description

船舶发动机废气余热循环利用装置
技术领域
本发明涉及船舶废气利用，尤其涉及一种船舶发动机废气余热循环利用装置。
背景技术
随着排放控制法规越来越严格，以及石油类能源的诸多不利因素，有必要利用可再生能源。如何利用可再生能源的研究越来越多。乙醇是一种可再生的生物质能源，如能合理充分利用乙醇，将可以缓解对于化石类燃料的依赖。
船舶的发展在全球经济发展中具有重大的意义，然而船舶发动机排出的大量废气已造成严重的污染，危害着我们人类的生存环境。此外，如今日益增多的船舶正在快速地消耗着石油资源，世界所有已探明的石油资源将在几十年之后枯竭，未来船舶靠什么动力驱动将是人类面临的一个重大难题。我国的石油储备更不容乐观，我国石油消费大部分要靠国外进口，能源已成为制约我国经济发展的关键所在。在石油能源短缺、环境污染的大背景下，船舶节能减排已经势在必行。
船舶发动机内的柴油燃烧是船舶动力的来源，也是船舶产生污染物的主要场所。一方面，船舶发动机燃烧排出的废气带走了一部分热量，造成了能量的损失，另一方面，船舶发动机燃烧排出的废气造成了环境的污染。因此，回收船舶发动机排放的废热提高船舶燃油经济性是船舶节能减排的一个重要途径。
通过利用色谱仪器测定，乙醇水溶液经过催化反应得到的重整气的主要成分为：H2(51%)，CO(25%)，CH4(10%)，CO2(5%)，C2H4(3%)，C2H6(3%)，以及其余成分。该反应气的组成对于改善发动机的做功是有利的。
发明内容
鉴于以上所述，本发明主要针对内河与近海运输船舶，改善中、高速柴油机的排放问题，提供了一种利用柴油机尾气余热催化乙醇的装置，可以根据不同排气温度及时调整催化反应温度，保证催化反应在合适温度下进行。
本发明的技术方案如下：
一种船舶柴油机废气余热循环利用装置，包括船舶柴油机、乙醇燃料箱、水箱、第一乙醇泵、水泵、搅拌器、第二乙醇泵、催化反应装置、冷却吸收器、气泵、和单向阀；其特征在于，乙醇燃料箱和水箱分别通过第一乙醇泵和水泵连接搅拌器；搅拌器通过第二乙醇泵连接催化反应装置；乙醇燃料箱灌装高浓度乙醇溶液，水箱盛装纯净水；乙醇泵和水泵的流量比例为1:6；催化反应装置一方面连接船舶柴油机的排气管道，另一方面连接冷却吸收器，冷却吸收器连接气泵，气泵通过单向阀连接船舶柴油机的进气管道；催化反应装置中放置催化剂，所述催化剂为CuO/ZnO/Al2O3；来自第二乙醇泵的乙醇溶液在催化反应装置中和催化剂发生化学反应，化学反应产生的氢气依次经过冷却吸收器、气泵和单向阀进入船舶柴油机的进气管道，催化反应所需热量由来自船舶柴油机的尾气余热和催化反应装置的加热器提供。
为了更多的储存乙醇燃料，乙醇燃料箱中的乙醇溶液浓度一般大于90%。
为防止污染催化剂以及减少废弃物排放，水箱中的水来自于经过船舶净水设备净化的水。
第一乙醇泵、水泵、搅拌器、和第二乙醇泵均为电力驱动。
乙醇泵和水泵的流量比例为1:6左右，最高不超过1:8。
搅拌箱中的搅拌器转速控制在700转以下。
催化反应装置包括乙醇水蒸气催化器、乙醇水蒸气加热器和尾气余热吸收器；乙醇水蒸气催化器中放置催化剂，所述催化剂为CuO/ZnO/Al2O3；乙醇水蒸气催化器通过管道与乙醇水蒸气加热器连接，乙醇水蒸气加热器通过管道和尾气余热吸收器连接；乙醇水蒸气加热器分别和乙醇水蒸气催化器以及尾气余热吸收器之间设置乙醇水蒸气流通管道；尾气余热吸收器外壁设置乙醇水溶液入口，乙醇水蒸气催化器外壁设置重整气出口；尾气余热吸收器两端分别设置尾气入口和出口，尾气余热吸收器尾气入口连接柴油机的排气管道。
进一步，乙醇水蒸气加热器和乙醇水蒸气催化器之间的乙醇水蒸气流通管道中设置测温探头。当测温探头测得的温度达到500℃时，乙醇水蒸气加热器停止加热工作。
进一步，乙醇水蒸气加热器中设置垂直于电加热管的第一乙醇水蒸气导流板；尾气余热吸收器中设置垂直于尾气流通管道的第二乙醇水溶液导流板。
进一步，乙醇水蒸气加热器的外壳覆盖第一保温材料并在其中的一侧设置第一密封端盖；乙醇水蒸气催化器的外壳覆盖第二保温材料并在其中的一侧设置第二密封端盖。
进一步，尾气余热吸收器还设置底座并在两端还设置端盖。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明船舶柴油机废气余热循环利用装置的结构示意图。
图2为本发明船舶柴油机废气余热循环利用装置的催化反应装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种船舶柴油机废气余热循环利用装置，包括船舶柴油机9、乙醇燃料箱1、水箱2、第一乙醇泵3、水泵4、搅拌器5、第二乙醇泵10、催化反应装置6、冷却吸收器7、气泵11、和单向阀8；其中，乙醇燃料箱1和水箱2分别通过第一乙醇泵3和水泵4连接搅拌器5；搅拌器5通过第二乙醇泵10连接催化反应装置6；乙醇燃料箱1灌装高浓度乙醇溶液，水箱2盛装纯净水；乙醇泵1和水泵2的流量比例为1:6；催化反应装置6一方面连接船舶柴油机的排气管道，另一方面连接冷却吸收器7，冷却吸收器连接气泵11，气泵11通过单向阀8连接船舶柴油机9的进气管道；催化反应装置6中放置催化剂，所述催化剂为CuO/ZnO/Al2O3；来自第二乙醇泵10的乙醇溶液在催化反应装置6中和催化剂发生化学反应，化学反应产生的氢气依次经过冷却吸收器7、气泵11和单向阀8进入船舶柴油机9的进气管道，其反应温度由来自船舶柴油机9的尾气余热和催化反应装置6的加热器提供。
首先船舶柴油机9利用柴油燃料燃烧做功，柴油机的尾气流经催化反应装置6，催化反应装置6吸收来船舶自柴油机9的尾气余热来加热催化反应原料。催化反应产生的反应气从催化反应装置6经过冷却吸收器7，经反应气喷射泵泵入柴油机进气道。
为了更多的储存乙醇燃料，乙醇燃料箱1中的乙醇溶液浓度一般大于90%。
为防止污染催化剂以及减少废弃物排放，水箱2中的水来自于经过船舶净水设备净化的水。
第一乙醇泵3、水泵4、搅拌器5、和第二乙醇泵10均为电力驱动。
乙醇泵1和水泵2的流量比例为1:6左右，最高不超过1:8。
搅拌器5的转速控制在700转以下。
第一乙醇泵3和第二乙醇泵10具有防止乙醇腐蚀的特点。
搅拌器5设置在密封箱体中。
第二乙醇泵10泵送混合过的乙醇溶液到催化反应装置6中。
冷却吸收器7主要作用为去除催化反应气中的水分和乙醇蒸汽，并使催化反应气体冷却。
气泵11为反应气的供给提供压力，并辅助保证催化装置6内的压力为常压。
单向阀8用来保证反应气只能单方向流入进气道。
柴油发动机9的燃料为常规柴油、轻柴油等。
本发明的船舶柴油机废气余热循环利用装置一般应在船舶柴油机运行以后再开始工作，这样，船舶柴油机的工作状态就由柴油燃烧转变为柴油混合反应气燃烧。
本发明的船舶柴油机废气余热循环利用装置的催化剂可以方便、快速更换，反应温度也可以方便调节，这使得本装置的催化反应原料不限于乙醇溶液。
催化反应原料更换为甲醇溶液时，需要调整催化剂种类以及催化温度。
如图2 所示，催化反应装置6包括乙醇水蒸气催化器35、乙醇水蒸气加热器36和尾气余热吸收器37；乙醇水蒸气催化器35中放置催化剂34，所述催化剂34为CuO/ZnO/Al2O3；乙醇水蒸气催化器35通过第一支撑肋板31与乙醇水蒸气加热器36连接，乙醇水蒸气加热器36通过第二支撑肋板26和尾气余热吸收器37连接；乙醇水蒸气加热器36分别和乙醇水蒸气催化器35以及尾气余热吸收器37之间设置乙醇水蒸气流通管道；尾气余热吸收器37外壁设置乙醇水溶液入口，乙醇水蒸气催化器35外壁设置重整气出口；尾气余热吸收器37两端分别设置尾气入口和出口，尾气余热吸收器37的尾气入口连接柴油机的排气管道。
催化反应装置6由上、中、下三部分组成，下部为尾气余热吸收器37，中部分为乙醇水蒸气加热器36，上部为乙醇水蒸气催化器35。若发动机的尾气余热不够，即温度探头探测到温度低于设定温度，则中部乙醇水蒸气加热器36开始工作，温度探头探测温度达到设定温度，则乙醇水蒸气加热器36不工作。设定工作温度为500℃。催化反应装置6的中部和上部均有保温装置。
乙醇水蒸气加热器36和乙醇水蒸气催化器35之间的乙醇水蒸气流通管道中设置测温探头。当测温探头测得的温度达到500℃时，乙醇水蒸气加热器停止工作。
乙醇水蒸气加热器36中设置垂直于电加热管27的第一乙醇水溶液导流板30；尾气余热吸收器37中设置垂直于尾气流通管道21的第二乙醇水溶液导流板22。
乙醇水蒸气加热器36的外壳覆盖保温材料32并在其中的一侧设置第一密封端盖28；乙醇水蒸气催化器35的外壳覆盖保温材料32并在其中的一侧设置第二密封端盖33。
尾气余热吸收器37还设置底座23并在两端还设置端盖24。
本发明的突出优点在于：1、利用船舶排气管排放的废气余热，进行乙醇水蒸汽制氢反应，减少船舶废气余热的能量浪费，提高能量利用效率。2、将制出的氢气输入船舶发动机与柴油燃料混合燃烧，可有效提高柴油燃料的燃烧率，减少船舶的污染物排放，并节约石油化石燃料。3、本发明布置合理，安装和拆卸方便易行，结构紧凑，可安装在船舶发动机周围。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种船舶柴油机废气余热循环利用装置，包括船舶柴油机、乙醇燃料箱、水箱、第一乙醇泵、水泵、搅拌器、第二乙醇泵、催化反应装置、冷却吸收器、气泵、和单向阀；其特征在于，乙醇燃料箱和水箱分别通过第一乙醇泵和水泵连接搅拌器；搅拌器通过第二乙醇泵连接催化反应装置；乙醇燃料箱灌装高浓度乙醇溶液，水箱盛装纯净水；乙醇泵和水泵的流量比例为1:6；催化反应装置一方面连接船舶柴油机的排气管道，另一方面连接冷却吸收器，冷却吸收器连接气泵，气泵通过单向阀连接船舶柴油机的进气管道；催化反应装置中放置催化剂，所述催化剂为CuO/ZnO/Al2O3；来自第二乙醇泵的乙醇溶液在催化反应装置中和催化剂发生化学反应，化学反应产生的氢气依次经过冷却吸收器、气泵和单向阀进入船舶柴油机的进气管道，其反应温度由来自船舶柴油机的尾气余热和催化反应装置的加热器提供；催化反应装置包括乙醇水蒸气催化器、乙醇水蒸气加热器和尾气余热吸收器；乙醇水蒸气催化器通过第一支撑肋板与乙醇水蒸气加热器连接，乙醇水蒸气加热器通过第二支撑肋板和尾气余热吸收器连接；乙醇水蒸气加热器分别和乙醇水蒸气催化器以及尾气余热吸收器之间设置乙醇水溶液流通管道；尾气余热吸收器外壁设置乙醇水溶液入口，乙醇水蒸气催化器外壁设置重整气出口；尾气余热吸收器两端分别设置尾气入口和出口，尾气余热吸收器尾气入口连接柴油机的排气管道；乙醇水蒸气加热器和乙醇水蒸气催化器之间的乙醇水蒸气流通管道中设置测温探头；当测温探头测得的温度达到500℃时，乙醇水蒸气加热器停止工作。
2.根据权利要求1所述的船舶柴油机废气余热循环利用装置，其特征在于：第一乙醇泵、水泵、搅拌器、和第二乙醇泵均为电力驱动。
3.根据权利要求1所述的船舶柴油机废气余热循环利用装置，其特征在于：乙醇水蒸气加热器中设置垂直于电加热管的第一乙醇水蒸气导流板；尾气余热吸收器中设置垂直于尾气流通管道的第二乙醇水溶液导流板。
4.根据权利要求1或3所述的船舶柴油机废气余热循环利用装置，其特征在于：乙醇水蒸气加热器的外壳覆盖第一保温材料并在其中的一侧设置可拆卸的第一密封端盖；乙醇水蒸气催化器的外壳覆盖第二保温材料并在其中的一侧设置可拆卸的第二密封端盖。
5.根据权利要求1所述的船舶柴油机废气余热循环利用装置，其特征在于：尾气余热吸收器还设置底座并在两端还设置端盖。
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