CN106555625A - 一种船舶低速柴油机egr冷却器双循环orc余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种船舶低速柴油机EGR冷却器双循环ORC余热利用系统，由导热油回路、高温ORC回路、低温ORC回路和EGR回路组成，导热油循环吸收排气的能量并降低最高温度，避免高温工质的热分解；高温ORC循环通过换热器吸收导热油的能量，使高温工质蒸发，进入膨胀机做功，并通过轴带发电机发电。高温ORC循环膨胀机排出的乏汽通过回热器对高温ORC循环工质进行预热之后，进入低温ORC循环的蒸发器，使低温工质蒸发，进入膨胀机做功，并通过轴带发电机发电。低温ORC循环膨胀机排出的乏汽通过回热器对工质进行预热之后进入冷凝器冷凝。本发明有效地回收了船舶低速柴油机EGR冷却器的高温排气能量，缓解了大型船舶低速柴油机采用EGR技术会导致油耗升高的问题。

Description

一种船舶低速柴油机EGR冷却器双循环ORC余热利用系统

技术领域

本发明涉及的是一种内燃机余热回收系统，具体地说是船舶柴油机余热回收系统。

背景技术

应用EGR技术能够有效的解决船舶低速柴油机NOx的排放问题，使船舶满足TierIII排放法规的要求。然而，该技术由于将船舶低速柴油机排放的废气重新导入气缸内燃烧，导致柴油机燃烧变差，油耗增加。有研究表明，在船舶低速柴油机EGR率为27％的情况下，能够使船舶低速柴油机满足Tier III排放标准，但油耗会增加4g/kWh，使柴油机的经济性变差。将EGR技术和余热利用技术相结合能够同时有效地解决船舶低速柴油机污染物NOx排放和能耗两大问题。通过余热利用技术将EGR冷却器的能量进行回收，将其转化为电能，能够有效的降低船舶低速柴油机的综合油耗，提高船舶低速柴油机的燃油经济性，抵消船舶低速柴油机采用EGR技术处理污染物排放问题时所带来的油耗增加问题。

发明内容

本发明的目的在于提供将有机郎肯循环与船舶低速柴油机EGR系统相结合，利用EGR冷却器废气的能量发电，提高船舶低速柴油机的燃油经济性，降低船舶低速柴油机采用EGR技术处理污染物排放问题时所带来油耗增加问题的一种船舶低速柴油机EGR冷却器双循环ORC余热利用系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种船舶低速柴油机EGR冷却器双循环ORC余热利用系统，其特征是：包括排气集箱、主EGR设备、进气集箱、EGR冷却器、第一蒸发器、第一回热器、第二蒸发器、第二回热器、冷凝器，EGR冷却器包括EGR冷却器烟气侧、EGR冷却器导热油侧，第一蒸发器包括第一蒸发器导热油侧、第一蒸发器工质侧，第一回热器包括第一回热器工质侧、第一回热器乏汽侧，第二蒸发器包括第二蒸发器乏汽侧、第二蒸发器工质侧，第二回热器包括第二回热器乏汽侧、第二回热器工质侧，冷凝器包括冷凝器乏汽侧、冷凝器工质侧；排气集箱出口一方面通过烟气旁通道连接主EGR设备，另一方面通过主烟气管道经EGR冷却器烟气侧连接EGR设备，EGR设备连接进气集箱；EGR冷却器导热油侧出口连通第一蒸发器导热油侧进口，第一蒸发器导热油侧出口连通EGR冷却器进口；第一蒸发器工质侧连通第一膨胀机进口，第一膨胀机出口连通第一回热器乏汽侧进口，第一回热器乏汽侧出口连通第二蒸发器乏汽侧进口，第二蒸发器乏汽侧出口连通第一回热器工质侧进口，第一回热器工质侧出口连通第一蒸发器工质侧进口，第一膨胀机连接发电机；第二蒸发器工质侧出口连通第二膨胀机进口，第二膨胀机出口连通第二回热器乏汽侧进口，第二回热器乏汽侧出口连通冷凝器乏汽侧进口，冷凝器乏汽侧出口连通第二回热器工质侧进口，第二回热器工质侧出口连通第二蒸发器工质侧进口，第二膨胀机连接发电机；排气集箱、EGR冷却器、主EGR设备、进气集箱构成EGR回路，EGR冷却器、第一蒸发器构成导热油回路，第一蒸发器、第一回热器、第二蒸发器、第一膨胀机构成高温ORC回路，第二回热器、第二膨胀机、第二蒸发器、冷凝器构成低温ORC回路。

本发明还可以包括：

1、主烟气管道上设置第一控制阀，烟气旁通道上设置第二控制阀；第一蒸发器导热油侧出口与EGR冷却器导热油侧进口之间设置循环泵；第二蒸发器乏汽侧出口与第一回热器工质侧进口之间设置第一储液罐、第一增压泵；冷凝器乏汽侧出口与第二回热器工质侧进口之间设置第二储液罐、第二增压泵。

2、所述的高温ORC回路和低温ORC回路均为有机朗肯循环回路，高温ORC回路的热源为导热油，低温ORC回路的热源为高温ORC回路的乏汽，导热油循环的热源为EGR冷却器的烟气能量。

本发明的优势在于：本发明将EGR和ORC系统相结合，能够同时有效的解决船舶低速柴油机NOx污染物排放和能耗两大问题，降低船舶低速柴油机NOx的排放，同时提高船舶低速柴油机的综合能效。且具有结构紧凑，占用空间小的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明由导热油回路、高温ORC回路、低温ORC回路和EGR回路组成。其中导热油回路由EGR冷却器1导热油侧、蒸发器3导热油侧和循环泵2依次连接组成。高温ORC回路由蒸发器3工质侧、膨胀机4、回热器5乏汽侧、蒸发器6乏汽侧、储液罐7、增压泵8和回热器5工质侧依次连接组成。其中高温ORC回路还包括和膨胀机4同轴连接的发电机15。低温ORC回路由蒸发器6、膨胀机9、回热器10乏汽侧、冷凝器11乏汽侧、储液罐12、增压泵13和回热器10工质侧依次连接组成。其中低温ORC回路还包括为冷凝器11提供循环冷却水的冷却水泵16和膨胀机9同轴连接的发电机14。EGR回路由排气集箱17、主烟气管道18、EGR冷却器1烟气侧、主EGR设备20和进气集箱21依次连接组成。其中EGR回路还包括用于旁通作用的烟气旁通管19。

由船舶低速柴油机排气集箱17排出的废气首先通过与之相连的主烟气管道18进入EGR冷却器1之后排入主EGR设备20，在该设备中完成脱硫、进一步冷却之后导入进气集箱21，与新鲜空气混合之后进入船舶低速柴油机气缸燃烧，排入排气集箱17。进入EGR冷却器1的烟气与导热油进行换热之后，提高导热油的温度。由EGR冷却器1排出的导热油进入高温ORC回路蒸发器3对高温回路工质进行加热。从高温ORC回路排出的导热油则通过循环泵2增压后重新回到EGR冷却器1完成整个循环。由蒸发器3排出的过热工质则进入膨胀机4做功，膨胀机4的膨胀功则通过与之同轴的发电机15转化为电能。膨胀机4排出的乏汽则进入回热器5对工质进行预热。由回热器5排出的乏汽由于仍然具有较高的能量，因此进入低温ORC循环的蒸发器6中对低温ORC循环的工质进行加热。从蒸发器6排出的高温ORC循环的液态工质则进入储液罐7，之后通过增压泵8增压之后进入回热器5预热。之后进入蒸发器3中蒸发完成整个循环。在该高温ORC循环中，冷凝器由低温ORC的蒸发器6替代。由蒸发器6排出的过热工质则进入膨胀机9做功，膨胀机9的膨胀功则通过与之同轴的发电机14转化为电能。膨胀机9排出的乏汽则进入回热器10对工质进行预热。由回热器10排出的乏汽则进入冷凝器11冷凝。从冷凝器11排出的低温ORC循环的液态工质则进入储液罐12，之后通过增压泵13增压之后进入回热器10预热。之后进入蒸发器6中蒸发完成整个循环。低温ORC循环的乏汽能量通过由冷却水泵17提供的冷却水带走。

高温ORC回路和低温ORC回路均为有机郎肯循环回路，高温ORC回路的热源为导热油，低温ORC回路的热源为高温ORC回路的乏汽。导热油循环的热源为EGR冷却器1的烟气能量。柴油机EGR冷却器1的烟气能量通过导热油循环传递给高温ORC循环。高温ORC回路乏汽的能量通过回热器5部分吸收之后，再通过与之串联的蒸发器6传递给低温ORC回路。低温ORC回路的蒸发器6同时是高温ORC回路的冷凝器，能够将高温ORC回路的工质冷却到液态或过冷态。EGR回路与排气集箱17直接相连。导热油回路能够将排气冷却到排气酸露点之上，或通过采用耐腐蚀材料，排气可以冷却到酸露点以下。低温ORC回路为带有回热器10的有机郎肯循环回路。且乏汽的能量通过与冷凝器11中的冷却水进行热交换带走。采用EGR冷却器双循环ORC余热利用系统的低速柴油机的等效油耗应小于或等于未采用EGR系统的低速柴油机油耗。高温ORC膨胀机4和低温ORC膨胀机9可以同轴连接发电机或同轴连接动力传动装置直接将输出动力回馈到低速柴油机曲轴输出端。

Claims (3)

1.一种船舶低速柴油机EGR冷却器双循环ORC余热利用系统，其特征是：包括排气集箱、主EGR设备、进气集箱、EGR冷却器、第一蒸发器、第一回热器、第二蒸发器、第二回热器、冷凝器，EGR冷却器包括EGR冷却器烟气侧、EGR冷却器导热油侧，第一蒸发器包括第一蒸发器导热油侧、第一蒸发器工质侧，第一回热器包括第一回热器工质侧、第一回热器乏汽侧，第二蒸发器包括第二蒸发器乏汽侧、第二蒸发器工质侧，第二回热器包括第二回热器乏汽侧、第二回热器工质侧，冷凝器包括冷凝器乏汽侧、冷凝器工质侧；排气集箱出口一方面通过烟气旁通道连接主EGR设备，另一方面通过主烟气管道经EGR冷却器烟气侧连接EGR设备，EGR设备连接进气集箱；EGR冷却器导热油侧出口连通第一蒸发器导热油侧进口，第一蒸发器导热油侧出口连通EGR冷却器进口；第一蒸发器工质侧连通第一膨胀机进口，第一膨胀机出口连通第一回热器乏汽侧进口，第一回热器乏汽侧出口连通第二蒸发器乏汽侧进口，第二蒸发器乏汽侧出口连通第一回热器工质侧进口，第一回热器工质侧出口连通第一蒸发器工质侧进口，第一膨胀机连接发电机；第二蒸发器工质侧出口连通第二膨胀机进口，第二膨胀机出口连通第二回热器乏汽侧进口，第二回热器乏汽侧出口连通冷凝器乏汽侧进口，冷凝器乏汽侧出口连通第二回热器工质侧进口，第二回热器工质侧出口连通第二蒸发器工质侧进口，第二膨胀机连接发电机；排气集箱、EGR冷却器、主EGR设备、进气集箱构成EGR回路，EGR冷却器、第一蒸发器构成导热油回路，第一蒸发器、第一回热器、第二蒸发器、第一膨胀机构成高温ORC回路，第二回热器、第二膨胀机、第二蒸发器、冷凝器构成低温ORC回路。

2.根据权利要求1所述的一种船舶低速柴油机EGR冷却器双循环ORC余热利用系统，其特征是：主烟气管道上设置第一控制阀，烟气旁通道上设置第二控制阀；第一蒸发器导热油侧出口与EGR冷却器导热油侧进口之间设置循环泵；第二蒸发器乏汽侧出口与第一回热器工质侧进口之间设置第一储液罐、第一增压泵；冷凝器乏汽侧出口与第二回热器工质侧进口之间设置第二储液罐、第二增压泵。

3.根据权利要求1或2所述的一种船舶低速柴油机EGR冷却器双循环ORC余热利用系统，其特征是：所述的高温ORC回路和低温ORC回路均为有机朗肯循环回路，高温ORC回路的热源为导热油，低温ORC回路的热源为高温ORC回路的乏汽，导热油循环的热源为EGR冷却器的烟气能量。