CN105626173B - 船舶用节能发电装置及船舶 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种船舶用节能发电装置以及具有该船舶用节能发电装置的船舶。船舶用节能发电装置包括废热回收发电机、废气透平、蒸汽透平、废气锅炉、第一减速齿轮箱以及第二减速齿轮箱。所述蒸汽透平的转轴通过第一减速齿轮箱与所述废热回收发电机相连接；所述废气透平的转轴与蒸汽透平的转轴通过第二减速齿轮箱连接。本发明船舶用节能发电装置，利用蒸汽透平和废气透平共同驱动废热回收发电机，当主机的输出功率位于约50％负荷以下时，蒸汽透平还能够对发电机提供动力，避免了废热回收发电机输出功率在主机低负荷时中断；当主机位于较高的负荷时，废热回收发电机可以替代一台辅助发电机组，具有显著的节能效果。

Description

船舶用节能发电装置及船舶

技术领域

本发明涉及一种船舶用节能发电装置，本发明还涉及一种具有该船舶用节能发电装置的船舶。

背景技术

现代的大型船舶，由于其主机功率较大，在主机工作时，产生的高温废气的流量也非常大，废气中具有大量的热能，如何充分利用这些热能，对于船舶的节能环保以及降低成本具有较大的意义。

有的船舶上安装有废气锅炉和废气透平，废气透平可以带动废热回收发电机来发电，而废气锅炉则能够利用废气的余热来生产水蒸气，以满足船舶营运所需的蒸汽消耗。由于船舶的主机在负荷较低时其输出的功率也会降低，在这种情况下，主机产生的废气的流量会下降，废气透平带动废热回收发电机进行发电时，输出功率很小，通常会远小于一台发电机组的输出功率，在这种情况下，废气透平带动的废热回收发电机不能替代船舶上原有的发电机组，节能效果不显著。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种具有较大输出功率的船舶用节能发电装置；

本发明的另一个目的在于提供一种具有该船舶用节能发电装置的船舶。

本发明的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本发明的实践而习得。

根据本发明的一个方面，一种船舶用节能发电装置，包括废热回收发电机、由船舶的主机产生的废气驱动的废气透平以及由主机废气加热的废气锅炉，还包括蒸汽透平、第一减速齿轮箱以及第二减速齿轮箱；所述蒸汽透平由废气锅炉产生的蒸汽驱动，并且该蒸汽透平的转轴通过第一减速齿轮箱与所述废热回收发电机相连接；所述废气透平的转轴与蒸汽透平的转轴通过第二减速齿轮箱连接。

根据本发明的一实施方式，还包括安装于废气透平和蒸汽透平之间能够使蒸汽透平相对于废气透平自由转动的超速离合器。

根据本发明的一实施方式，所述超速离合器与第二减速齿轮箱为一体结构。

根据本发明的一实施方式，所述废气透平具有与主机连接、供主机的废气进入该废气透平的进气管以及排出废气的排气管，所述排气管与废气锅炉连接。

根据本发明的一实施方式，在进气管与排气管之间设有能够将两者导通的开关。

根据本发明的一实施方式，所述废气锅炉上连接有一能够存水的汽包，所述汽包用于向废气锅炉供水并提供饱和蒸汽。

根据本发明的一实施方式，在废气锅炉内设有水气转换管和过热蒸汽转换管；所述汽包的底部连接有水泵，顶部设有蒸汽出口管；所述水气转换管的入口与水泵连接，其出口与汽包连通；过热蒸汽转换管的入口与所述蒸汽出口管连通，出口连接一蒸汽导管，所述蒸汽导管与蒸汽透平连接以使汽包中过热蒸气进入蒸汽透平；在蒸汽透平上连接有使冷凝水向汽包回流的回流管。

根据本发明的另一个方面，一种船舶，包括主机以及至少一个发电机组，还包括上述船舶用节能发电装置。

根据本发明的一实施方式，所述船舶为集装箱船。

由上述技术方案可知，本发明的优点和积极效果在于：

本发明船舶用节能发电装置，利用蒸汽透平和废气透平共同驱动废热回收发电机，能够提高废热回收发电机的输出功率，提高对废气中的热量的利用率。当主机的输出功率位于约50％负荷以下时，虽然废气透平被关闭，但是此时蒸汽透平还能够对废热回收发电机提供动力，可以回收一定的电力，避免了废热回收发电机输出功率在主机低负荷时中断；当主机位于较高的负荷(如常用持续功率点)蒸汽、废气透平和废热回收发电机组产生的电量就非常可观，完全可以替代一台辅助发电机组，具有显著的节能效果。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明实施例的船舶用节能发电装置的原理图。

图中：1、主机；2、废气透平；21、进气管；22、排气管；23、开关； 24、中间管；3、废气锅炉；31、水气转换管；32、过热蒸汽转换管；4、蒸汽透平；41、蒸汽导管；42、回流管；5、废热回收发电机；51、电缆线； 6、第一减速齿轮箱；7、第二减速齿轮箱；8、汽包；81、蒸汽出口管；82、水泵；9、增压透平器；10、发电机组。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

如图1所示，本实施例公开了一种船舶用节能发电装置，包括废热回收发电机5、废气透平2、蒸汽透平4、废气锅炉3、第一减速齿轮箱6和第二减速齿轮箱7。废气透平2和蒸汽透平4能够共同驱动废热回收发电机5进行发电。

废气透平2和蒸汽透平4都是水平布置的，而且两者的轴线可以设置为相互重合。废气透平2和蒸汽透平4的结构相似，都具有一个封闭的壳体，在壳体内设置有定子和转子，当废气或水蒸气在经过透平时，通过定子和转子的相互作用，能够带动转轴转动。在废气透平2上设置有进气管21和排气管22。进气管21与主机1连接，主机1中产生的废气能够从进气管21 进入到废气透平2，推动废气透平2转动，然后这些废气再从排气管22中排出废气透平2。

主机1中的废气在进入废气锅炉3后，能够将废气锅炉3中的水加热成水蒸气。主机1中的废气可以直接引入到废气锅炉3中，也可以如本实施例中，将排气管22与废气锅炉3串接起来，使得废气在经过废气透平2后，再由排气管22进入到废气锅炉3中。并且，在本实施例中，还在进气管21 与排气管22之间设置了一个旁通管24，在该旁通管24上安装有开关23，在打开开关23后，能够直接将进气管21和排气管22直接导通，此时废气不会经过废气透平2就能够直接进入到废气锅炉3中。当主机1的输出功率较小时，主机1产生的废气流量也比较小，此时废气在废气透平2中做功的功率比较小，就可以打开开关23，使废气直接流向废气锅炉3。开关23可以采用包括能够耐高温的截止阀在内的各种阀门。

蒸汽透平4的转轴通过第一减速齿轮箱6与废热回收发电机5相连接；废气透平2的转轴与蒸汽透平4的转轴通过第二减速齿轮箱7连接。进一步地，在蒸汽透平4和废气透平2之间还设置了能够使蒸汽透平4相对于废气透平2自由转动的超速离合器。这样使得蒸汽透平4和废气透平2的转动可以不同步。当废气流量较大时，废气透平2的转速较快，废气透平2能够将动力通过第二减速齿轮箱7而传递到蒸汽透平4的转轴，而当废气流量较小时，将开关23打开，此时废气透平2不转动，而蒸汽透平4则能够自由转动，这样就避免了蒸汽透平4拖动废气透平2进行同步转动而造成的能量损失。

超速离合器可以采用独立的结构，也可以将其与第二减速齿轮箱7整合为一体结构。当采用独立结构时，超速离合器布置在第二减速齿轮箱7与蒸汽透平4之间，或者布置在第二减速齿轮箱7与废气透平2之间。

废气锅炉3上连接有一个能够存水的汽包8，汽包8内部灌水，但是水量并未充满该汽包8。在汽包8的上部空间可以容纳水蒸气。在汽包8的底部连接了一个水泵82，在汽包8顶部连接一个蒸汽出口管81。蒸汽出口管 81可以将汽包8内的水蒸气排放出来。水蒸气被排放出汽包8后，可以用于日常所需，也可以被引入到蒸汽透平4中发电。

在废气锅炉3内安装有用于热交换的管路，该管路包括水气转换管31 和过热蒸汽转换管32，这两个加热管均盘绕在废气锅炉3的炉腔中。水气转换管31的入口与水泵82相连接，它的出口与汽包8连通。当水泵82工作时，它能够源源不断地将汽包8中的水泵入到水气转换管31中，这些水被加热成水蒸气后，从水气转换31的出口回到汽包8。

过热蒸汽转换管32的入口与汽包8的蒸汽出口管81连通，它的出口则连接一蒸汽导管41，该蒸汽导管41与蒸汽透平4连接。汽包8中的水蒸气从蒸汽导管41中出来之后，会沿着外循环加热管32进入到废气锅炉3，由此，水蒸气会再次受到加热作用，转换为过热蒸汽，温度进一步提高。水蒸气从过热蒸汽转换管32流向蒸汽导管41，然后进入到蒸汽透平4，推动蒸汽透平4转动。水蒸气做功后，会在蒸汽透平4中凝结成冷凝水，在蒸汽透平4上连接有能够使这些冷凝水重新回流到汽包8的回流管42。水在汽包8、废气锅炉3以及蒸汽透平4之间不停循环，将废气中的热量变成废气透平4 的机械能，并最终变成废热回收发电机输出的电能。

本船舶用节能发电装置在使用时，发电量会根据主机1的负荷而变化。当主机1负荷低于50％时，可以打开开关23，主机1中的废气直接进入到废气锅炉3，此时仅仅使用蒸汽透平4进行发电，此时能够产生一定的电力，但是不足以替代一台发电机组。当主机1的负荷由50％逐渐增大时，开关 23的开度逐步减小，废气透平2的负荷不断攀升；至主机负荷达到约85％时，开关23关闭，废气透平2高负荷运转，此时，废气透平2与蒸汽透平4 共同带动废热回收发电机5发电，废热回收发电机5的发电量基本与发电机组 10产生的电量持平，此时可以关闭一台发电机组10。当主机1负荷增大到 100％时，废热回收发电机5的发电量可达船舶原有的发电机组10的1.2倍，因此，节能效果更加显著。废热回收发电机5通过电缆线51与发电机组10 组成发电网络，在废热回收发电机5能够满足发电要求的情况下，可以根据需要而关闭一台发电机组10，也可以切断废热回收发电机5与发电机组10 之间的连接以进行维修等作业。

本实施例还公开了一种船舶，该船舶包括主机1，并设置有多个发电机组10，还安装有本实施例的船舶用节能发电装置。这种船舶可为集装箱船等大型船舶，通过安装船舶用节能发电装置，能够节省大量的燃料，显著地降低运营成本。

以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (6)

1.一种船舶用节能发电装置，包括废热回收发电机(5)、由船舶主机(1)产生的废气驱动的废气透平(2)以及由主机(1)废气加热的废气锅炉(3)，其特征在于：还包括蒸汽透平(4)、第一减速齿轮箱(6)以及第二减速齿轮箱(7)；所述蒸汽透平(4)由废气锅炉(3)产生的蒸汽驱动，并且该蒸汽透平(4)的转轴通过第一减速齿轮箱(6)与所述废热回收发电机(5)相连接；所述废气透平(2)的转轴与蒸汽透平(4)的转轴通过第二减速齿轮箱(7)连接；所述废气透平(2)的轴线和所述蒸汽透平(4)的轴线相互重合；

所述废气透平(2)具有与所述主机(1)连接、供所述主机(1)的废气进入该废气透平(2)的进气管(21)以及排出废气的排气管(22)，所述排气管(22)与所述废气锅炉(3)连接；在所述进气管(21)与所述排气管(22)之间设有能够将两者导通的开关(23)；

开关(23)为阀门，当主机(1)负荷低于50％时，打开开关(23)，主机(1)中的废气直接进入到废气锅炉(3)，此时仅仅使用蒸汽透平(4)进行发电；当主机(1)的负荷由50％逐渐增大时，开关(23)的开度逐步减小，废气透平(2)的负荷不断攀升，直至主机(1)的负荷达到85％时开关(23)关闭；

船舶用节能发电装置还包括安装于废气透平(2)和蒸汽透平(4)之间能够使蒸汽透平(4)相对于废气透平(2)自由转动的超速离合器。

2.根据权利要求1所述的船舶用节能发电装置，其特征在于：所述超速离合器与第二减速齿轮箱(7)为一体结构。

3.根据权利要求1所述的船舶用节能发电装置，其特征在于：所述废气锅炉(3)上连接有一能够存水的汽包(8)，所述汽包(8)用于向废气锅炉(3)供水并提供饱和蒸汽。

4.根据权利要求3所述的船舶用节能发电装置，其特征在于：在废气锅炉内设有将饱和水转换为饱和蒸汽的水气转换管和将饱和蒸汽转换为过热蒸汽的过热蒸汽转换管；所述汽包的底部连接有水泵，顶部设有蒸汽出口管；所述水气转换管的入口与水泵连接，其出口与所述汽包连通；过热蒸汽转换管的入口与所述蒸汽出口管连通，废气锅炉过热蒸汽出口连接一蒸汽导管，所述蒸汽导管与蒸汽透平连接以使所述汽包中过热蒸汽进入蒸汽透平；在蒸汽透平上连接有使冷凝水向所述汽包回流的回流管。

5.一种船舶，包括主机(1)以及发电机组(10)，其特征在于，还包括权利要求1至4任一船舶用节能发电装置。

6.根据权利要求5所述的船舶，其特征在于：所述船舶为集装箱船。

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