CN108928454A - 基于油水分级式船舶尾气余热供暖方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于油水分级式船舶尾气余热供暖方法和系统，该系统包括船舶尾气集热系统、温度控制系统、油水换热系统、船舶供暖系统。船舶尾气集热系统包括船舶尾气余热集热器，传热介质为导热油；温度控制系统包括电辅助加热器和温度调节器；油水换热系统在导热油和供暖水之间；所述船舶供暖系统传热介质为供暖水。此方法采用集热与供暖分离的双回路系统，导热油在船舶尾气余热集热器中循环吸收船舶尾气余热，在油水换热系统中与供暖水交换热能，完成船舶供暖系统中的供暖任务，具有热损失低、稳定性高的优点。

Description

基于油水分级式船舶尾气余热供暖方法和系统

技术领域

本发明涉及船舶尾气余热利用供暖技术，特别是指一种基于油水分级式船舶尾气余热供暖方法和系统。

背景技术

船舶是各国贸易往来的主要运输工具,在全球经济发展中起到非常重要的作用。据统计,世界上90％以上的进出口商品是通过船舶运输的。而常规商用运输船舶的主要推进动力以低速柴油主机为主。日前,高性能低速柴油主机燃烧所产生的热量中，仅有50％的功率用于轴系推进；其余50％的热量被滑油、缸套水和废气等所带走,其中缸套水占5.2％、废气占比高达25.5％。如何充分利用船舶尾气排放中的余热，将余热利用起来为船舶供暖系统供暖，现有技术中还没有相关成熟的技术，因此造成了巨大能源浪费，在能源日益紧张的今天，尤为突出，因此急需一种基于油水分级式船舶尾气余热供暖方法和系统，将船舶尾气排放中的余热利用起来为船舶供暖及供应热水。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集热效率高、能够实现稳定供暖温度的基于油水分级式船舶尾气余热供暖方法和系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于油水分级式船舶尾气余热供暖方法，包括船舶尾气余热集热系统、温度控制系统、油水换热系统和船舶供暖系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、所述船舶尾气余热集热系统吸收船舶尾气余热并加热导热油，所得高温导热油被输送到油水换热系统中与供暖系统的供暖介质进行热能交换：

步骤二、供暖系统的供暖介质获得热量后对用热终端进行供暖，之后返回油水换热系统中进行循环；

步骤三、高温导热油在油水换热系统中换热变成低温导热油后，返回船舶尾气余热集热系统进行循环换热；

步骤四、将所述船舶尾气余热集热系统输出的高温导热油温度与经由油水换热系统换热升温得到的供暖介质温度进行对比，通过温度调节器控制辅助加热器或导热油旁通阀，保证输送到供暖系统中的供暖介质温度达到设定要求。

一种基于油水分级式船舶尾气余热供暖系统，其特征在于：包括船舶尾气余热集热系统、油水换热系统和船舶供暖系统，所述船舶尾气余热集热系统用于收集船舶尾气余热并通过高温导热油将热量送出，所述高温导热油在油水换热系统内与供暖介质换热将热量传递给供暖介质，船舶供暖系统将携带热量的供暖介质送往用热终端换热为用热终端供暖，降温后的供暖介质返回油水换热系统循环使用；从油水换热系统出来的低温导热油返回船舶尾气余热集热系统作为热量载体循环使用。

作为改进，所述船舶尾气余热集热系统包括船舶尾气余热集热器和导热油循环泵，所述船舶尾气余热集热器的出入口分别设有高温导热油出口管道和低温导热油入口管道，所述高温导热油出口管道通过进油管与油水换热系统热油入口相连，所述低温导热油入口管道与导热油循环泵出口相连，导热油循环泵的入口通过热油回流管与油水换热系统低温油出口相连，高温导热油出口管道与热油回流管之间设有将油水换热系统旁通的旁通管线，所述旁通管线上设有旁通阀。

作为改进，所述尾气余热供暖系统还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括温度调节器、辅助加热器、集热温度传感器以及供暖温度传感器，所述辅助加热器和集热温度传感器设于进油管上，供暖温度传感器设于供暖介质高温端出口，所述旁通阀为控制阀门，其与温度调节器电连接，集热温度传感器和供暖温度传感器测量的温度信号均接入温度调节器，温度调节器根据温度差信号控制调整辅助加热器的加热功率。

作为改进，所述油水换热系统为竖直设置的管壳式换热器，导热油自上而下走管程，供暖介质自下而上走壳程。

作为改进，所述管壳式换热器的壳程内设有多个折流板。

作为改进，所述船舶供暖系统包括供暖介质循环泵和用热终端，所述管壳式换热器的壳程出口通过供暖管道与用热终端相连，所述管壳式换热器的壳程入口与供暖介质循环泵的出口相连，供暖介质循环泵的入口通过回流管道与用热终端相连，所述供暖温度传感器设于供暖管道上。

作为改进，所述高温导热油出口管道上设有止回阀和集热输出阀，所述供暖管道上设有供暖阀门，回流管道上设有供暖回流阀。

作为改进，所述低温导热油入口管道上设有稳压装置，所述稳压装置包括膨胀箱、稳压泵和油箱，所述膨胀箱内设有将其分成上下两部分空间且能自由滑动的活塞，活塞下部分空间通过管道与低温导热油入口管道连通，活塞上部空间通过管道与稳压泵出口连通，稳压泵入口与油箱连通，通过稳压泵为活塞提供恒定压力，在整个导热油循环管路高点处设有排气阀门。

作为改进，所述回流管道上设有膨胀水箱，所述膨胀水箱设置高度大于供暖介质循管路最高点，膨胀水箱上设有补水阀和排气阀。

本发明的有益效果如下：

1)基于油水分级式船舶尾气余热集热系统采用两种传热介质，即可按温度、导热率、放热率的不同进行传热介质的运用，在船舶尾气余热集热系统中采用高导热率的导热油，在供暖系统中依旧采用供暖介质，取得最佳集热效果的同时避免对船舶供暖装置的改造。

2)在船舶柴油机运行时，通过导热油循环高效集热：在靠港停机接岸电时，通过温度控制系统对导热油以及供暖介质温度的采集，利用温度调节器控制电辅助加热器来保证船舶的供暖需求，保证全天候供暖。

3)采用集热与供暖分离的双回路系统，在集热场中采用导热油循环吸收船舶尾气余热，在油水换热系统中通过导热油与供暖介质进行换热以进行热能交换。在此过程中，导热油和供暖介质分离运行、各取所长，故集热和供暖可分别选用导热油和供暖介质，具有集热与供暖过程高效、稳定的优点。

附图说明

图1为本发明基于油水分级式船舶尾气余热集热系统结构示意图。

图2为本发明提供的温度调节器的运行流程图。

图3为本发明基于油水分级导热的高效船舶尾气余热供暖系统构成图。

图中：1-船舶尾气余热集热器，2-止回阀，3-集热输出阀，4-旁通阀，5-集热温度传感器，6-电辅助加热器，7-温度调节器，8-供暖阀门，9-供暖温度传感器，10-用热终端，11-供暖回流阀，12-供暖水循环泵，13-膨胀水箱，14-管壳式换热器，15-导热油回流阀，16-导热油循环泵，17-膨胀箱，18-稳压泵，19-油箱。

具体实施方式

以下以供暖水作为供暖介质为例，结合附图及对本发明的进行进一步详细说明：

本发明提供的一种基于油水分级式船舶尾气余热供暖方法，包括船舶尾气余热集热系统、温度控制系统、油水换热系统和船舶供暖系统，船舶尾气余热集热系统采用的供热介质为导热油，所述船舶供暖系统采用的传热介质为供暖水，需要指出的是这是仅仅是比较好的传热介质，该传热介质还可以更换为其他流体导热介质；该方法包括如下步骤：

步骤一、所述船舶尾气余热集热系统吸收船舶尾气余热并加热导热油，所得高温导热油被输送到油水换热系统中与供暖系统的供暖水进行热能交换：

步骤二、供暖系统的供暖水获得热量后对用热终端10进行供暖，之后返回油水换热系统中进行循环；

步骤三、高温导热油在油水换热系统中换热变成低温导热油后，返回船舶尾气余热集热系统进行循环换热；

步骤四、将所述船舶尾气余热集热系统输出的高温导热油温度与经由油水换热系统换热升温得到的供暖水温度进行对比，通过温度调节器7控制辅助加热器或导热油旁通阀4，保证输送到供暖系统中的供暖水温度达到设定要求。

船舶尾气余热集热系统吸收船舶尾气余热并加热导热油，所得高温导热油输送到油水换热系统中与供暖水进行热能交换；船舶尾气余热集热系统输出的高温导热油温度与经由油水换热系统换热升温得到的供暖水温度进行对比，通过温度调节器7控制电辅助加热器6及旁通阀4，保证输送到船舶供暖系统中供暖水的温度达到要求。采用不同传热率和散热率的液体导热介质，可以最大化的提高集热效率，取得最佳的集热效果，同时保证用船舶供暖系统以水为导热介质的基本供热设施不进行大规模改造。

如图1所示，一种基于油水分级式船舶尾气余热供暖系统，包括船舶尾气余热集热系统、温度控制系统、油水换热系统和船舶供暖系统，所述船舶尾气余热集热系统用于收集船舶尾气余热并通过高温导热油将热量送出，所述高温导热油在油水换热系统内与供暖水换热将热量传递给供暖水，船舶供暖系统将携带热量的供暖水送往用热终端10换热为用热终端10供暖，降温后的供暖水返回油水换热系统循环使用；从油水换热系统出来的低温导热油返回船舶尾气余热集热系统作为热量载体循环使用。

所述船舶尾气余热集热系统包括船舶尾气余热集热器1和导热油循环泵16，所述船舶尾气余热集热器1的出入口分别设有高温导热油出口管道和低温导热油入口管道，所述高温导热油出口管道通过进油管与油水换热系统热油入口相连，为了便于控制启停，在高温导热油出口管道上设有止回阀2和集热输出阀3，所述低温导热油入口管道设有导热油回流阀15，船舶尾气余热集热器1中分布着立式油管管束，管束内各集热油管并联安装，油管管束为无缝钢管，利用船舶高温尾气加热工质水，工质水在立式油管管束外循环加热走油管内的导热油，从而将船舶尾气余热传递给导热油，被加热后的高温导热油送往油水换热系统中与供暖水进行热能交换，船舶余热集热系统的传热介质为硅油型导热油，所述高温导热油出口管道通过进油管与油水换热系统热油入口相连，所述低温导热油入口管道与导热油循环泵16出口相连，导热油循环泵16的入口通过热油回流管与油水换热系统低温油出口相连，高温导热油出口管道与热油回流管之间设有将油水换热系统旁通的旁通管线，所述旁通管线上设有旁通阀4。

所述温度控制系统包括温度调节器7、辅助加热器、集热温度传感器5以及供暖温度传感器9，所述辅助加热器和集热温度传感器5设于进油管上，本实施例中辅助加热器采用加热效果好控制的电辅助加热器6，为了提高加热效果，所述电辅助加热器6串级安装在进油管上；供暖温度传感器9设于供暖水高温端出口，所述旁通阀4为控制阀门，具体可为流量调节阀或者截止阀，其与温度调节器7电连接，集热温度传感器5和供暖温度传感器9测量的温度信号均接入温度调节器7，温度调节器7根据集热温度传感器5和供暖温度传感器9测量的温度指示值与设定值进行比对，当供暖温度传感器9测量温度低于设定值时通过温度调节器7控制关小旁通阀4，反之开大旁通阀4，当旁通阀4全关供暖温度传感器9测量温度任然低于设定值时，温度调节器7控制启动电辅助加热器6，此时供暖温度传感器9测量的温度(即供暖水高温端出口温度)通过电辅助加热器6的加热功率控制，当电辅助加热器6关闭，而供暖温度传感器9测量温度任然高于设定值时，此时又切换到通过旁通阀4控制供暖温度传感器9测量的温度(即供暖水高温端出口温度)，温度调节器7通过分程控制模式控制旁通阀4大小和电辅助加热器6的加热功率，达到控制供暖水高温端出口温度的目的，具体流程如图2所示，所述温度调节器7主控芯片为STC89C51单片机。

所述油水换热系统为竖直设置的管壳式换热器14，导热油自上而下走管程，供暖水自下而上走壳程，为了增加管壳式换热器14内的换热时间，进一步提高换热效果，所述管壳式换热器14的壳程内设有多个折流板，更优的所述折流板可以分为两组，交错分布在管壳式换热器14内左右两侧。

所述船舶供暖系统包括供暖水循环泵12和用热终端10，所述管壳式换热器14的壳程出口通过供暖管道与用热终端10相连，所述管壳式换热器14的壳程入口与供暖水循环泵12的出口相连，供暖水循环泵12的入口通过回流管道与用热终端10相连，所述供暖温度传感器9设于供暖管道上，为了便于系统启停控制，在供暖管道上设有供暖阀门8，回流管道上设有供暖回流阀11。

为了提高船舶尾气余热集热系统集热效果和运行稳定性，所述低温导热油入口管道上设有稳压装置，所述稳压装置包括膨胀箱17、稳压泵18和油箱19，所述膨胀箱17内设有将其分成上下两部分空间且能自由滑动的活塞，活塞下部分空间通过管道与低温导热油入口管道连通，活塞上部空间通过管道与稳压泵18出口连通，稳压泵18入口与油箱19连通，通过稳压泵18为活塞提供恒定压力，在整个导热油循环管路高点处设有排气阀门。

为了提船舶供暖系统供热效果和运行稳定性，所述回流管道上设有膨胀水箱13，所述膨胀水箱13设置高度大于供暖水循管路最高点，膨胀水箱13上设有补水阀和排气阀。

本发明采用不同传热率和散热率的液体导热介质，可以最大化的提高集热效率，取得最佳的集热效果，同时保证用船舶供暖系统以水为导热介质的基本供热设施不进行大规模改造。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于油水分级式船舶尾气余热供暖方法，包括船舶尾气余热集热系统、温度控制系统、油水换热系统和船舶供暖系统，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、所述船舶尾气余热集热系统吸收船舶尾气余热并加热导热油，所得高温导热油被输送到油水换热系统中与供暖系统的供暖介质进行热能交换：

步骤二、供暖系统的供暖介质获得热量后对用热终端进行供暖，之后返回油水换热系统中进行循环；

步骤三、高温导热油在油水换热系统中换热变成低温导热油后，返回船舶尾气余热集热系统进行循环换热；

步骤四、将所述船舶尾气余热集热系统输出的高温导热油温度与经由油水换热系统换热升温得到的供暖介质温度进行对比，通过温度调节器控制辅助加热器或导热油旁通阀，保证输送到供暖系统中的供暖介质温度达到设定要求。

2.一种基于油水分级式船舶尾气余热供暖系统，其特征在于：包括船舶尾气余热集热系统、油水换热系统和船舶供暖系统，所述船舶尾气余热集热系统用于收集船舶尾气余热并通过高温导热油将热量送出，所述高温导热油在油水换热系统内与供暖介质换热将热量传递给供暖介质，船舶供暖系统将携带热量的供暖介质送往用热终端换热为用热终端供暖，降温后的供暖介质返回油水换热系统循环使用；从油水换热系统出来的低温导热油返回船舶尾气余热集热系统作为热量载体循环使用。

3.如权利要求2所述的基于油水分级式船舶尾气余热供暖系统，其特征在于：所述船舶尾气余热集热系统包括船舶尾气余热集热器和导热油循环泵，所述船舶尾气余热集热器的出入口分别设有高温导热油出口管道和低温导热油入口管道，所述高温导热油出口管道通过进油管与油水换热系统热油入口相连，所述低温导热油入口管道与导热油循环泵出口相连，导热油循环泵的入口通过热油回流管与油水换热系统低温油出口相连，高温导热油出口管道与热油回流管之间设有将油水换热系统旁通的旁通管线，所述旁通管线上设有旁通阀。

4.如权利要求3所述的基于油水分级式船舶尾气余热供暖系统，其特征在于：还包括温度控制系统，所述温度控制系统包括温度调节器、辅助加热器、集热温度传感器以及供暖温度传感器，所述辅助加热器和集热温度传感器设于进油管上，供暖温度传感器设于供暖介质高温端出口，所述旁通阀为控制阀门，其与温度调节器电连接，集热温度传感器和供暖温度传感器测量的温度信号均接入温度调节器，温度调节器根据温度差信号控制调整辅助加热器的加热功率。

5.如权利要求4所述的基于油水分级式船舶尾气余热供暖系统，其特征在于：所述油水换热系统为竖直设置的管壳式换热器，导热油自上而下走管程，供暖介质自下而上走壳程。

6.如权利要求5所述的基于油水分级式船舶尾气余热供暖系统，其特征在于：所述管壳式换热器的壳程内设有多个折流板。

7.如权利要求5所述的基于油水分级式船舶尾气余热供暖系统，其特征在于：所述船舶供暖系统包括供暖介质循环泵和用热终端，所述管壳式换热器的壳程出口通过供暖管道与用热终端相连，所述管壳式换热器的壳程入口与供暖介质循环泵的出口相连，供暖介质循环泵的入口通过回流管道与用热终端相连，所述供暖温度传感器设于供暖管道上。

8.如权利要求7所述的基于油水分级式船舶尾气余热供暖系统，其特征在于：所述高温导热油出口管道上设有止回阀和集热输出阀，所述供暖管道上设有供暖阀门，回流管道上设有供暖回流阀。

9.如权利要求3所述的基于油水分级式船舶尾气余热供暖系统，其特征在于：所述低温导热油入口管道上设有稳压装置，所述稳压装置包括膨胀箱、稳压泵和油箱，所述膨胀箱内设有将其分成上下两部分空间且能自由滑动的活塞，活塞下部分空间通过管道与低温导热油入口管道连通，活塞上部空间通过管道与稳压泵出口连通，稳压泵入口与油箱连通，通过稳压泵为活塞提供恒定压力，在整个导热油循环管路高点处设有排气阀门。

10.如权利要求7所述的基于油水分级式船舶尾气余热供暖系统，其特征在于：所述回流管道上设有膨胀水箱，所述膨胀水箱设置高度大于供暖介质循管路最高点，膨胀水箱上设有补水阀和排气阀。