CN109538340A - 一种紧凑式柴油机排气换热消声器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种紧凑式柴油机排气换热消声器，包括紧凑式排气换热器、紧凑式消声器，紧凑式排气换热器与紧凑式消声器为一体化结构，柴油机的排气通过紧凑式排气换热器进口进入紧凑式排气换热器后再进入紧凑式消声器，经紧凑式消声器的出口排出；紧凑式排气换热器为翅片管换热器，翅片管通过支撑隔板固定，其两边有保温层，紧凑式排气换热器的进口为渐扩段，与渐扩段的进口相连的为流通面积不变的换热段，紧凑式消声器的消声部分与紧凑式排气换热器换热段直接相连。本发明省去了排气换热器出口收缩段和排气消声器入口膨胀封头段，同时实现了低速柴油机排气能量回收和排气消声功能。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种柴油机尾气处理装置，具体地说是尾气换热消声装置。
背景技术
船舶是能源消耗量巨大的运输工具，高能耗一方面使船舶运行成本增加，另一方面也给船舶运行带来了严重的环境问题。如何有效降低船舶能耗是一个现实而又重大的课题。国际海事组织IMO已将EEDI(Energy Efficiency DesignIndex，新船能效设计指数)作为考核船舶设计能耗高低的一个指标，船舶能量利用效率低，除了将面对高额的燃料费用外，还将面对额外的罚金，以补偿对环境的破坏。船用低速柴油机排气流量大、温度低的特点，排气温度在70％负荷工况接近220℃，最高为35％负荷工况260℃，其余50-100％负荷工况在240℃以下。采用传统的余热锅炉尺寸较大。如何回收这部分余热降低换热器的尺寸是本发明所要解决的问题。
国际海事组织第91届海安会通过了关于SOALS修正案的决议，自2014年7月1日起生效，要求船舶构造应符合最近审议通过的《船上噪声等级规则》，以保护人员免受噪声伤害。随着该规定即将全面实施，对中国船舶行业将产生深远的影响。对于舰桥附近的工作舱室噪声，影响最大的噪声源就是低速机排气噪声。排气噪声作为噪声源，其通过管口辐射的噪声级在105dB(A)左右。为满足舰桥附近的工作舱室噪声要求，SOLAS公约强制性标准须达到85dB(A)以下。通常要通过排气消声器来控制柴油机排气噪声的声压级。常规柴油机排气消声器尺寸重量较大，占用机舱的空间也较大。如何在满足船舶噪声要求的前提下降低消声器的长度尺寸是本发明要解决的另一个问题。
船舶柴油机排气管路上都会安装余热锅炉和排气消声器以回收排气余热和降低排气噪声，从船用柴油机排气系统设计角度，需考虑余热回收、噪声控制、尾气后处理等不同因素，由于缺少一体化、集成化解决方案，这些系统和装置体积大、重量高造成了空间占用不合理、系统配置不紧凑、系统排气阻力过大难等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供减少船舶柴油机排气管路布置空间尺寸和排气阻力，同时解决排气能量回收利用和排气消声的一种紧凑式柴油机排气换热消声器。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种紧凑式柴油机排气换热消声器，其特征是：包括紧凑式排气换热器、紧凑式消声器，紧凑式排气换热器与紧凑式消声器为一体化结构，柴油机的排气通过紧凑式排气换热器进口进入紧凑式排气换热器后再进入紧凑式消声器，经紧凑式消声器的出口排出；紧凑式排气换热器为翅片管换热器，翅片管通过支撑隔板固定，其两边有保温层，紧凑式排气换热器的进口为渐扩段，与渐扩段的进口相连的为流通面积不变的换热段，紧凑式消声器的消声部分与紧凑式排气换热器换热段直接相连，其消声部分与换热段的流通面积相同。
本发明还可以包括：
1、还包括补液罐、补液泵、膨胀稳压器、余热利用设备，翅片管的进口连通导热工质进口管，翅片管的出口连通导热工质出口管，补液罐、补液泵、膨胀稳压器依次相连，膨胀稳压器出口通过导热工质泵连通导热工质进口管，导热工质出口管通过余热利用设备后连接导热工质泵。
2、所述紧凑式消声器采用阻抗复合式消声结构，包括用于抑制柴油机排气低频噪声的抗性结构和保证消声器在高频段消声性能的阻性结构。
3、翅片管管内流动工质采用水、导热油或有机工质；当采用水作为工作介质时，紧凑型排气换热器工质出口状态是高温热水或蒸汽。
本发明的优势在于：
1、采用安装高效烟气换热器取代体积庞大的传统余热锅炉，减小装置体积，提高紧凑型。
2、将两个原来分散的排气换热器和消声器集成在一起，省去排气换热器出口收缩段和排气消声器入口膨胀封头段，同时实现低速柴油机排气能量回收和排气消声功能，节约空间和降低排气阻力，两者不是简单的合二为一，而是采用一体化的概念进行设计，在传统排气余热锅炉或消声器的空间尺寸内实现排气余热回收和消声功能。
3、柴油机排气经高效烟气换热器后，排气温度大幅下降，带来的收益是柴油机排气噪声传播速度下降，使得相同尺寸条件下，消声器结构对应的消声频谱波长降低，有助于消声器结构的紧凑化设计。
附图说明
图1为本发明的紧凑式消声器和紧凑式排气换热器示意图；
图2为本发明系统示意图。
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1-2，本发明同常规的排气消声器不同，在紧凑式柴油机排气换热消声器中，将高效烟气换热器与消声器结合，并进行一体化设计，安装高效烟气换热器取代体积庞大的传统余热锅炉，降低长度尺寸，使消声器与排气换热器一体化设计形成的排气换热消声器总长度比单一的排气换热器或消声器长度略大或相近，节省机舱安装空间，而排气阻力小于排气换热器和消声器的总阻力。柴油机排气通过高效烟气换热器将热量传递给船用余热利用系统。
紧凑式柴油机排气换热消声器设计原则是柴油机排气沿流动方向上先换热再消声。柴油机排气经高效烟气换热器后，排气温度大幅下降，带来的收益是柴油机排气噪声传播速度下降，使得相同尺寸条件下，消声器结构对应的消声频谱波长降低，有助于消声器结构的紧凑化设计。紧凑式排气消声器通过消声器结构设计，统筹考虑排气换热器和排气消声器的消声性能，使紧凑结构、大消声量、低流阻三者相互协调和折中平衡。
紧凑式柴油机排气换热消声器主要由两部分组成：回收船舶柴油机排气废热的紧凑型排气换热器和柴油机排气消声器。
排气消声器作为单独功能模块，采用阻抗复合式消声结构，抗性结构用于抑制柴油机排气低频噪声，阻性结构保证消声器在高频段的消声性能。
换热器1为紧凑式排气换热器，柴油机排气由换热器下端进入，上端流出，紧凑式排气换热器为翅片管换热器，翅片管由支撑隔板固定，两边有保温层，管内流动工质为水、导热油或有机工质，烟气将热量传递给导热工质。当采用水作为工作介质时，紧凑型排气换热器工质出口状态即可是高温热水，也可是蒸汽。紧凑式消声器2与紧凑式排气换热器1结合进行一体化设计，将两个原来分散的集成在一起，省去排气换热器出口收缩段和排气消声器入口膨胀封头段。排气换热消声器沿排气流动方向上先换热再消声，统筹考虑排气换热器和排气消声器的消声性能。排气消声器采用阻抗复合式消声结构，抗性结构用于抑制柴油机排气低频噪声，阻性结构保证消声器在高频段的消声性能。
导热工质泵3、补液罐4，补液泵5、膨胀稳压器6和余热利用设备7构成余热利用系统。导热工质如水、导热油或有机工质在导热工质泵3中压缩至高压状态，先在排气换热器2中吸热，然后进入余热利用设备7，余热利用后再回到导热工质泵3前完成一个工质循环过程。补液罐4，补液泵5和稳压器6用以保证导热工质循环回路的压力和补充导热工质循环损失。
Claims (5)
1.一种紧凑式柴油机排气换热消声器，其特征是：包括紧凑式排气换热器、紧凑式消声器，紧凑式排气换热器与紧凑式消声器为一体化结构，柴油机的排气通过紧凑式排气换热器进口进入紧凑式排气换热器后再进入紧凑式消声器，经紧凑式消声器的出口排出；紧凑式排气换热器为翅片管换热器，翅片管通过支撑隔板固定，其两边有保温层，紧凑式排气换热器的进口为渐扩段，与渐扩段的进口相连的为流通面积不变的换热段，紧凑式消声器的消声部分与紧凑式排气换热器换热段直接相连，其消声部分与换热段的流通面积相同。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑式柴油机排气换热消声器，其特征是：还包括补液罐、补液泵、膨胀稳压器、余热利用设备，翅片管的进口连通导热工质进口管，翅片管的出口连通导热工质出口管，补液罐、补液泵、膨胀稳压器依次相连，膨胀稳压器出口通过导热工质泵连通导热工质进口管，导热工质出口管通过余热利用设备后连接导热工质泵。
3.根据权利要求1或2所述的一种紧凑式柴油机排气换热消声器，其特征是：所述紧凑式消声器采用阻抗复合式消声结构，包括用于抑制柴油机排气低频噪声的抗性结构和保证消声器在高频段消声性能的阻性结构。
4.根据权利要求1或2所述的一种紧凑式柴油机排气换热消声器，其特征是：翅片管管内流动工质采用水、导热油或有机工质；当采用水作为工作介质时，紧凑型排气换热器工质出口状态是高温热水或蒸汽。
5.根据权利要求3所述的一种紧凑式柴油机排气换热消声器，其特征是：翅片管管内流动工质采用水、导热油或有机工质；当采用水作为工作介质时，紧凑型排气换热器工质出口状态是高温热水或蒸汽。
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