CN113236439A - 船用柴油机余热发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船用柴油机余热发电系统，包括用于回收柴油机运行所产生余热的一号换热器、分别与一号换热器连接的海水进管、海水出管，所述海水出管外部套设有用于回收柴油机高温烟气并采用该柴油机高温烟气与海水出管内海水进行换热的柴油机烟气回收管道，所述海水进管和柴油机烟气回收管道之间连接有若干可调式温差发电装置，所述可调式温差发电装置以柴油机高温烟气为高温热源，以海水进管内的海水为低温热源，进行温差发电。本发明先利用高温余热进行海水淡化预处理使用，使柴油机烟气温度降到合适可调式温差发电装置发电的温度后再进行发电，余热回收和发电两种功能能够同时进行，互不影响，热量回收率高。

Description

船用柴油机余热发电系统

技术领域

本发明属于船用能源技术领域，具体涉及一种船用柴油机余热发电系统。

背景技术

船舶柴油机在工作时会产生大量的柴油机高温烟气，这部分烟气会携带30％左右的柴油燃烧热量排入大气中，造成能量利用损失。为提高整个柴油机系统的能源利用效率，利用其高温尾气的余热就显得尤为重要。

现有的很多大型船舶中大多利用余热进行发电、供暖、供应热水、海水淡化等，采用的余热回收技术主要有涡轮增压技术、温差发电技术、有机朗肯循环、卡琳娜循环、余热制冷技术、海水淡化技术以及多种以上技术综合使用的联合循环技术等，但这些技术不能够同时很好的兼并发电和换热两种功能，存在热源能量利用不充分的缺点。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种船用柴油机余热发电系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种船用柴油机余热发电系统，包括用于回收柴油机运行所产生余热的一号换热器、分别与一号换热器连接的海水进管、海水出管，所述海水出管外部套设有用于回收柴油机高温烟气并采用该柴油机高温烟气与海水出管内海水进行换热的柴油机烟气回收管道，所述海水进管和柴油机烟气回收管道之间连接有若干可调式温差发电装置，所述可调式温差发电装置以柴油机高温烟气为高温热源，以海水进管内的海水为低温热源，进行温差发电；

其中，所述可调式温差发电装置以柴油机高温烟气为高温热源时，通过采集柴油机烟气回收管道内换热后的柴油机高温烟气温度，选择预设温度阈值范围内的柴油机高温烟气作为可调式温差发电装置的高温热源使用。

作为本发明的进一步优化方案，所述海水进管、海水出管并排设置，所述海水进管一端延伸至海面下且通过设置的压力泵抽取海水至一号换热器内回收柴油机运行产生的余热。

作为本发明的进一步优化方案，所述海水出管输出端连接海水淡化装置，与柴油机和柴油机高温烟气换热后的海水输送至海水淡化装置进行淡化，所述柴油机烟气回收管道输出端通过管道连接海水淡化装置的加热腔，利用换热后的柴油机烟气将所述与柴油机和柴油机高温烟气换热后的海水加热，进行海水淡化处理。

作为本发明的进一步优化方案，所述柴油机烟气回收管道一端连接柴油机废气出管，所述柴油机废气出管上连接空气过滤器，用于净化柴油机烟气。

作为本发明的进一步优化方案，若干所述可调式温差发电装置沿海水出管方向均匀分布，且若干可调式温差发电装置连接微处理器，每个可调式温差发电装置均包括温差发电板、高温热源设备、低温热源设备、一号温度传感器、二号温度传感器、电磁阀、连接管道；

所述低温热源设备、高温热源设备分别设置于温差发电板两侧的热源面，且分别通过连接管道和电磁阀与柴油机烟气回收管道、海水进管连接，所述一号温度传感器和二号温度传感器分别用于实时检测柴油机烟气回收管道和海水进管内的温度，得到的温度数据发送至微处理器计算温差，达到温差阈值后，微处理器通过电磁阀控制，将该温差阈值对应的柴油机烟气输入高温热源设备，将海水作为低温热源输入低温热源设备，由温差发电板进行温差发电。

作为本发明的进一步优化方案，位于温差发电板和柴油机废气出管之间的柴油机烟气回收管道上连接二号换热器，所述二号换热器连接由风机和供暖管道组成的供暖系统，或由水泵和供水管道组成的热水供应系统，所述风机、水泵与微处理器电性连接。

作为本发明的进一步优化方案，所述低温热源设备、高温热源设备均为管式换热器，所述电磁阀设置于该管式换热器的两个管口处。

作为本发明的进一步优化方案，多个所述可调式温差发电装置的温差发电板输出端均通过充电电路连接蓄电池，所述微处理器控制温差发电板启闭。

作为本发明的进一步优化方案，所述柴油机烟气回收管道输出端连接余热利用设备，所述余热利用设备包括锅炉。

作为本发明的进一步优化方案，若干所述高温热源设备与柴油机烟气回收管道连接的管道之间通过分管串联连通。

本发明的有益效果在于：

1)本发明采用柴油机烟气回收管道和可调式温差发电装置进行余热回收和发电，不占用较大的空间，且能够直接加装在柴油机和海水淡化装置或锅炉之间的较长距离的管道上，先利用高温余热进行海水淡化预处理使用，使柴油机烟气温度降到合适可调式温差发电装置发电的温度后再进行发电，余热回收和发电两种功能能够同时进行，互不影响，热量回收率高，不会造成浪费，且整个系统结构简单，管路简单，安装较为方便；

2)本发明利用海水和柴油机烟气分别作为温差发电板的两侧温差热源，两者受到天气影响温度变化走势相同，只要有温差即可发电，整个系统不受天气影响，适用范围更广；

3)本发明若干可调式温差发电装置之间可以独立控制使用，也可以通过分管连接于一体使用，独立使用时安装方便，只需要提前测试好需要连接的位置，一体化使用时，只需要保证一个可调式温差发电装置的温差在温差阈值内即可，无需限定可调式温差发电装置安装位置，能够保证高效发电，且可以适用于不同季节不同温度的环境下发电；

4)本发明在柴油机和海水淡化装置或锅炉之间的距离较短时，可以加装二号换热器，给供暖系统或热水供应系统进行热量供应，消耗柴油机烟气热量，以方便后续可调式温差发电装置发电。

附图说明

图1是本发明实施例1的整体系统示意图；

图2是本发明实施例1的可调式温差发电装置局部结构示意图；

图3是本发明实施例1的高温热源设备与柴油机烟气回收管道连接结构示意图；

图4是本发明实施例1的整体系统框图；

图5是本发明实施例2的高温热源设备与柴油机烟气回收管道连接的系统示意图；

图中：1、一号换热器；2、海水进管；3、海水出管；4、柴油机烟气回收管道；5、海水淡化装置；6、可调式温差发电装置；61、温差发电板；62、高温热源设备；63、低温热源设备；64、一号温度传感器；65、二号温度传感器；66、电磁阀；67、连接管道；7、微处理器；8、柴油机废气出管；9、空气过滤器；10、二号换热器；11、蓄电池；12、余热利用设备；13、分管。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1-4所示，一种船用柴油机余热发电系统，包括用于回收柴油机运行所产生余热的一号换热器1、分别与一号换热器1连接的海水进管2、海水出管3，所述海水出管3外部套设有用于回收柴油机高温烟气并采用该柴油机高温烟气与海水出管3内海水进行换热的柴油机烟气回收管道4，所述海水进管2和柴油机烟气回收管道4之间连接有若干可调式温差发电装置6，所述可调式温差发电装置6以柴油机高温烟气为高温热源，以海水进管2内的海水为低温热源，进行温差发电；

其中，所述可调式温差发电装置6以柴油机高温烟气为高温热源时，通过采集柴油机烟气回收管道4内换热后的柴油机高温烟气温度，选择预设温度阈值范围内的柴油机高温烟气作为可调式温差发电装置6的高温热源使用；

所述海水进管2、海水出管3并排设置，所述海水进管2一端延伸至海面下且通过设置的压力泵抽取海水至一号换热器1内回收柴油机运行产生的余热，所述压力泵与微处理器7电性连接，柴油机将海水通过海水管道抽取至一号换热器1内，利用海水回收柴油机运行余热，换热后的海水进入海水进管2；

所述海水出管3输出端连接海水淡化装置5，与柴油机和柴油机高温烟气换热后的海水输送至海水淡化装置5进行淡化，所述柴油机烟气回收管道4输出端通过管道连接海水淡化装置5的加热腔，利用换热后的柴油机烟气将所述与柴油机和柴油机高温烟气换热后的海水加热，进行海水淡化处理；

所述柴油机烟气回收管道4一端连接柴油机废气出管8，所述柴油机废气出管8上连接空气过滤器9，用于净化柴油机烟气，避免污染管道，柴油机烟气回收管道4套设于海水出管3外部并与其进行换热，换热后的柴油机烟气输出至海水淡化装置5的加热腔，换热后的海水经海水出管3输出至海水淡化装置5，此时的海水被柴油机烟气再次加热，方便后期海水淡化装置5对海水进行快速淡化，节约海水淡化装置5淡化海水能耗，换热后的柴油机烟气输出至海水淡化装置5的加热腔，能够辅助将海水蒸发淡化；

所述柴油机烟气回收管道4输出端连接余热利用设备12，所述余热利用设备12包括锅炉等，能够充分利用柴油机烟气余热。

若干所述可调式温差发电装置6沿海水出管3方向均匀分布，且若干可调式温差发电装置6连接微处理器7，每个可调式温差发电装置6均包括温差发电板61、高温热源设备62、低温热源设备63、一号温度传感器64、二号温度传感器65、电磁阀66、连接管道67；所述低温热源设备63、高温热源设备62分别设置于温差发电板61两侧的热源面，且分别通过连接管道67和电磁阀66与柴油机烟气回收管道4、海水进管2连接，所述一号温度传感器64和二号温度传感器65分别用于实时检测柴油机烟气回收管道4和海水进管2内的温度，得到的温度数据发送至微处理器7计算温差，达到温差阈值后，微处理器7通过电磁阀66控制，将该温差阈值对应的柴油机烟气输入高温热源设备62，将海水作为低温热源输入低温热源设备63，由温差发电板61进行温差发电。

所述低温热源设备63、高温热源设备62均为管式换热器，所述电磁阀66设置于该管式换热器的两个管口处。

多个所述可调式温差发电装置6的温差发电板61输出端均通过充电电路连接蓄电池11，所述微处理器7控制温差发电板61启闭。

由于柴油机放置的位置和海水淡化设备以及锅炉等放置的位置可能相隔较远，且柴油机烟气温度为400℃以上，海水温度在-2℃至30℃，而可调式温差发电装置6两侧热源的温差以60℃-180℃左右为宜，超过180℃这个极限，容易损坏发电片，低于60℃导致发电率较低，因此我们在回收柴油机烟气热能的时候，将海水出管3和柴油机烟气回收管道4设计成内外双通管，海水与柴油机烟气换热，柴油机烟气在向右侧输送过程中温度逐渐降低，当柴油机烟气和对应的海水输入温度之间温差到达60℃-180℃左右时，微处理器7开启此处的电磁阀66和温差发电板61，柴油机烟气进入高温热源设备62，海水进入低温热源设备63，温差发电板61进行发电，电能存储至蓄电池11中，此时的可调式温差发电装置6都是单独使用，相互之间不连接，且可以提前测试与海水之间温差在温差阈值内的柴油机烟气回收管道4位置，将若干可调式温差发电装置6安装于该位置处，使所有可调式温差发电装置6均投入使用且不被损坏；

另外当海水进管2内海水温度更低时，所需的柴油机烟气温度更低，这种状态下的发电效率更高，因此我们直接利用海水进管2作为低温热源设备63的冷源供给，这样柴油机烟气可以充分换热后再进入高温热源设备62，不仅余热利用率高，发电效率也较高，因此整个系统在寒冷的冬天使用也较为高效。

本发明采用柴油机烟气回收管道4和可调式温差发电装置6进行余热回收和发电，不占用较大的空间，且能够直接加装在柴油机和海水淡化装置5或锅炉之间的较长距离的管道上，先利用高温余热进行海水淡化预处理使用，使柴油机烟气温度降到合适可调式温差发电装置6发电的温度后再进行发电，余热回收和发电两种功能能够同时进行，互不影响，热量回收率高，不会造成浪费，且整个系统结构简单，管路简单，安装较为方便。

位于温差发电板61和柴油机废气出管8之间的柴油机烟气回收管道4上连接二号换热器10，所述二号换热器10连接由风机和供暖管道组成的供暖系统，或由水泵和供水管道组成的热水供应系统，所述风机、水泵与微处理器7电性连接。

当柴油机烟气与海水出管3换热后温度依然过高时，这种情况可能出现在柴油机和海水淡化装置5等之间距离过短时，柴油机烟气没有足够的时间和接触面换热，此时可以连入二号换热器10，利用柴油机烟气的热量进行供暖或是热水加热，微处理器7可以控制风机和水泵工作频率，实现柴油机烟气的快速散热，以方便后续可调式温差发电装置6发电。

实施例2

如图5所示，本实施例与实施例1基本相同，不同的是，本实施例中若干可调式温差发电装置6之间通过分管13连接，具体的：若干所述高温热源设备62与柴油机烟气回收管道4连接的管道之间通过分管13串联连通。

这样设置，可以将若干可调式温差发电装置6设置在任意位置，只需要至少一个连接管道67连接的柴油机烟气回收管道4内的柴油机烟气与海水的温差在温差阈值内即可，180℃左右最优，在柴油机烟气和海水之间温差为180℃时，只开启此处柴油机烟气回收管道4和高温热源设备62之间的电磁阀66，将柴油机烟气通过分管13输送至各个高温热源设备62，因为海水温度不变，因此此时利用与海水温差为180℃的柴油机烟气作为热源，能够最大化的发电；在不同季节海水温度变化时，同样通过检测温差控制不同位置的电磁阀66，保证低温热源设备63、高温热源设备62温差为180℃，发电效率更高。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种船用柴油机余热发电系统，包括用于回收柴油机运行所产生余热的一号换热器(1)、分别与一号换热器(1)连接的海水进管(2)、海水出管(3)，其特征在于：所述海水出管(3)外部套设有用于回收柴油机高温烟气并采用该柴油机高温烟气与海水出管(3)内海水进行换热的柴油机烟气回收管道(4)，所述海水进管(2)和柴油机烟气回收管道(4)之间连接有若干可调式温差发电装置(6)，所述可调式温差发电装置(6)以柴油机高温烟气为高温热源，以海水进管(2)内的海水为低温热源，进行温差发电；

其中，所述可调式温差发电装置(6)以柴油机高温烟气为高温热源时，通过采集柴油机烟气回收管道(4)内换热后的柴油机高温烟气温度，选择预设温度阈值范围内的柴油机高温烟气作为可调式温差发电装置(6)的高温热源使用。

2.根据权利要求1所述的一种船用柴油机余热发电系统，其特征在于：所述海水进管(2)、海水出管(3)并排设置，所述海水进管(2)一端延伸至海面下且通过设置的压力泵抽取海水至一号换热器(1)内回收柴油机运行产生的余热。

3.根据权利要求1所述的一种船用柴油机余热发电系统，其特征在于：所述海水出管(3)输出端连接海水淡化装置(5)，与柴油机和柴油机高温烟气换热后的海水输送至海水淡化装置(5)进行淡化，所述柴油机烟气回收管道(4)输出端通过管道连接海水淡化装置(5)的加热腔，利用换热后的柴油机烟气将所述与柴油机和柴油机高温烟气换热后的海水加热，进行海水淡化处理。

4.根据权利要求1所述的一种船用柴油机余热发电系统，其特征在于：所述柴油机烟气回收管道(4)一端连接柴油机废气出管(8)，所述柴油机废气出管(8)上连接空气过滤器(9)，用于净化柴油机烟气。

5.根据权利要求1所述的一种船用柴油机余热发电系统，其特征在于：若干所述可调式温差发电装置(6)沿海水出管(3)方向均匀分布，且若干可调式温差发电装置(6)连接微处理器(7)，每个可调式温差发电装置(6)均包括温差发电板(61)、高温热源设备(62)、低温热源设备(63)、一号温度传感器(64)、二号温度传感器(65)、电磁阀(66)、连接管道(67)；

所述低温热源设备(63)、高温热源设备(62)分别设置于温差发电板(61)两侧的热源面，且分别通过连接管道(67)和电磁阀(66)与柴油机烟气回收管道(4)、海水进管(2)连接，所述一号温度传感器(64)和二号温度传感器(65)分别用于实时检测柴油机烟气回收管道(4)和海水进管(2)内的温度，得到的温度数据发送至微处理器(7)计算温差，达到温差阈值后，微处理器(7)通过电磁阀(66)控制，将该温差阈值对应的柴油机烟气输入高温热源设备(62)，将海水作为低温热源输入低温热源设备(63)，由温差发电板(61)进行温差发电。

6.根据权利要求5所述的一种船用柴油机余热发电系统，其特征在于：位于温差发电板(61)和柴油机废气出管(8)之间的柴油机烟气回收管道(4)上连接二号换热器(10)，所述二号换热器(10)连接由风机和供暖管道组成的供暖系统，或由水泵和供水管道组成的热水供应系统，所述风机、水泵与微处理器(7)电性连接。

7.根据权利要求6所述的一种船用柴油机余热发电系统，其特征在于：所述低温热源设备(63)、高温热源设备(62)均为管式换热器，所述电磁阀(66)设置于该管式换热器的两个管口处。

8.根据权利要求6所述的一种船用柴油机余热发电系统，其特征在于：多个所述可调式温差发电装置(6)的温差发电板(61)输出端均通过充电电路连接蓄电池(11)，所述微处理器(7)控制温差发电板(61)启闭。

9.根据权利要求6所述的一种船用柴油机余热发电系统，其特征在于：所述柴油机烟气回收管道(4)输出端连接余热利用设备(12)，所述余热利用设备(12)包括锅炉。

10.根据权利要求6所述的一种船用柴油机余热发电系统，其特征在于：若干所述高温热源设备(62)与柴油机烟气回收管道(4)连接的管道之间通过分管(13)串联连通。

Images