CN219242027U - 一种船机台架尾气余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种船机台架尾气余热回收系统，其包括尾气处理机构与风机，尾气处理机构具备输入端与输出端，所述尾气处理机构的输入端与船机台架上的发动机尾气排出口连通，用于处理船机台架上的发动机排出的尾气；风机的输入端与尾气处理机构的输出端连通；还包括一级换热器与二级换热器，一级换热器设置在尾气处理机构与船机台架之间并分别与二者相互连通。该船机台架尾气余热回收系统，通过设置一级换热器与二级换热器，对发动机尾气所携带的热能进行分级吸收，从而提高尾气的处理效率，同时将排出尾气处理机构的尾气进行二次换热，进一步降低尾气中所携带的热能，减少风机抽送所需的能耗。

Description

一种船机台架尾气余热回收系统

技术领域

本实用新型涉及发动机尾气处理技术领域，尤其涉及一种船机台架尾气余热回收系统。

背景技术

发动机台架试验是发动机研制阶段中的重要一环，它不仅用来检验发动机整体以及相关零部件的可靠性，同时还用来验证发动机的性能是否达到了最初的设计指标，为发动机及相关零部件提供测试、验证以及改进的技术支持，船舶发动机台架也被称为船机台架。

船舶发动机不论是在测试过程中，还是在使用过程中，均会产生大量的尾气，尾气中的NOX及颗粒物需要进行处理，在现有技术中，常采用氧化催化转化器(DOC)与选择性催化还原装置(SCR)进行发动机的尾气处理。

在授权公告号为CN110160795B的一种汽油发动机台架的尾气处理系统及其试验方法中，公开了DOC装置与SCR系统配合处理尾气的方案，但是，不论DOC装置还是SCR系统，均需要达到一定的反应温度才能达到最大处理效率，因此在该方案中(说明书0041段)，船用发动机台架的尾气温度过高时，需要通过引入高压冷空气等方式进行降温，通过此种方式降低尾气的温度，将会造成大量的能源浪费。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种船机台架尾气余热回收系统，通过设置两级换热器，将船用发动机尾气降至处理温度，并供风机进行抽送，有效降低了能源的损耗。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种船机台架尾气余热回收系统，其包括尾气处理机构与风机，其中，

尾气处理机构具备输入端与输出端，所述尾气处理机构的输入端与船机台架上的发动机尾气排出口连通，用于处理船机台架上的发动机排出的尾气；

风机的输入端与尾气处理机构的输出端连通；

还包括一级换热器与二级换热器，其中，

一级换热器设置在尾气处理机构与船机台架之间并分别与二者相互连通，用于回收船机台架排出尾气的热量；

二级换热器设置在尾气处理机构与风机之间并分别与二者相互连通，用于回收尾气处理机构排出尾气的热量。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述尾气处理机构包括DOC尾气处理装置，所述DOC尾气处理装置设置在船机台架与风机之间并分别与二者相互连通。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述尾气处理机构包括SCR尾气处理装置，所述SCR尾气处理装置设置在船机台架与风机之间并分别与二者相互连通。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述尾气处理机构包括DOC尾气处理装置与SCR尾气处理装置，所述DOC尾气处理装置设置在船机台架与风机之间并分别与二者相互连通，所述SCR尾气处理装置设置在船机台架与风机之间并分别与二者相互连通，由所述DOC尾气处理装置和SCR尾气处理装置的其中一个处理船机台架上的发动机排出的尾气。

进一步优选的，所述一级换热器的数量为两个，其中一个所述一级换热器设置在DOC尾气处理装置与船机台架之间并分别与二者相互连通，另一个所述一级换热器设置在SCR尾气处理装置与船机台架之间并分别与二者相互连通。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述一级换热器与二级换热器均具有第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端，所述一级换热器的第一输入端与第一输出端连通，所述一级换热器第二输入端与第二输出端连通，所述二级换热器的第一输入端与第一输出端连通，所述二级换热器的第二输入端与第二输出端连通，所述一级换热器的第一输入端与船机台架连通，所述一级换热器的第一输出端与二级换热器的第一输入端连通，所述二级换热器的第一输出端与风机连通。

进一步优选的，还包括发电系统，所述发电系统与一级换热器的第二输出端连通，且与二级换热器的第二输入端连通，所述发电系统用于将一级换热器与二级换热器回收的热能转换为电能。

更进一步优选的，所述发电系统包括预热器、蒸发器、发电机、冷凝组件与工质泵，其中，

预热器具有第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端，所述预热器第一输出端与二级换热器的第二输入端连通；

蒸发器具有第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端，所述蒸发器的第一输入端与一级换热器的第二输出端连通，所述蒸发器的第二输入端与预热器的第二输出端连通；

发电机具有输入端与输出端，所述发电机的输入端与蒸发器的第二输出端连通；

冷凝组件与发电机的输出端连通，用于冷凝发电机排出的工质；

工质泵的输入端与冷凝组件连通，且输出端与预热器的第二输入端连通，用于使发电系统内的工质循环流动。

更进一步优选的，所述冷凝组件包括冷凝器、冷却塔与冷却水泵，其中，

冷凝器具有第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端，所述冷凝器的第一输入端与第一输出端连通，所述冷凝器的第二输入端与第二输出端连通，所述冷凝器的第一输入端与发电机的输出端连通，所述冷凝器的第一输出端与工质泵的输入端连通；

冷却塔的输入端与冷凝器的第二输出端连通，且输出端连通冷凝器的第二输入端；

冷却水泵设置在冷却塔与冷凝器之间，用于带动冷凝组件中的冷媒进行循环。

更进一步优选的，还包括锅炉，所述锅炉的输入端与一级换热器的第二输出端连通，所述二级换热器的第二输入端连接供水管路。

本实用新型的船机台架尾气余热回收系统相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置一级换热器与二级换热器，对发动机尾气所携带的热能进行分级吸收，使得发动机尾气的温度可满足尾气处理机构处理时所需的温度，从而提高尾气的处理效率，同时将排出尾气处理机构的尾气进行二次换热，进一步降低尾气中所携带的热能，减少风机抽送所需的能耗；

(2)通过设置发电系统或锅炉，将尾气携带的热能转换为电能，或直接应用在锅炉中，以减少电能损耗或燃料损耗，更为环保节能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的船机台架尾气余热回收系统的原理框图；

图2为本实用新型的船机台架尾气余热回收系统的发电系统热能回收结构示意图；

图3为本实用新型的船机台架尾气余热回收系统的锅炉热能回收结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-3所示，本实用新型的船机台架尾气余热回收系统，其包括尾气处理机构1、风机2、一级换热器3与二级换热器4。

船机台架S又叫船舶发动机台架，是进行船舶发动机实验的主要设备，其工作过程中，发动机会产生大量尾气，船用柴油机排放的废气中含有数十种强致癌物质的化学物质，主要有氮氧化物NOx、碳氧化物(COx)、硫氧化物SOx)、微粒PM等，此时需对产生的尾气进行处理后才能排放。

尾气处理机构1用作船机台架S的发动机尾气处理的主要设备，其具备输入端与输出端，所述尾气处理机构1的输入端与船机台架S的发动机尾气排出口连通，船机台架S发动机排出尾气进入尾气处理机构1后，由尾气处理机构1利用氧化或还原催化的方式，去除尾气中的有害气体与颗粒物。

风机2的输入端与尾气处理机构1的输出端连通，通过风机2将尾气进行抽送，输送至后续的处理设备或进行排放，尾气的温度越高压力越大，对风机2的负荷就越大，过高的尾气温度与压力会增大风机2的能源损耗。

一级换热器3设置在尾气处理机构1与船机台架S之间，用于降低船机台架S发动机排出尾气的温度，船机台架S发动机排出的温度通常在550℃左右，尾气处理机构1的尾气处理所需温度通常在550℃以下，将一级换热器3设置在尾气处理机构1与船机台架S之间，可将船机台架S发动机排出尾气进行热回收，使尾气温度降低至尾气处理机构1反应所需温度，从而满足尾气处理机构1的尾气处理条件，无需使用送入冷空气等手段，可有效降低尾气处理时的能耗。

二级换热器4设置在尾气处理机构1与风机2之间，并连通尾气处理机构1和风机2，尾气处理机构1对尾气进行处理后，尾气的温度通常在150℃-350℃之间，二级换热器4可吸收尾气处理机构1排出尾气的温度，进行第二次回收，使尾气温度降至120℃以下再进入风机2，从而降低风机2的负荷，到达节能的目的。

在上述实施方式中，尾气处理机构1可为DOC尾气处理装置11与SCR尾气处理装置12的其中一个，通过单独的DOC尾气处理装置11与SCR尾气处理装置12进行发动机的尾气处理。

DOC尾气处理装置11为氧化催化转化器，是利用催化剂的作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无害的气体的一种排气净化装置，在尾气处理设备中较为常见，SCR尾气处理装置12为选择性催化还原装置，其工作原理是在催化剂的作用下，向温度约250～450℃的烟气中喷入还原剂氨或浓度为40％的尿素水溶液(尿素在高温下发生水解和热解反应后生成NH3)，在选择性催化还原装置催化剂表面利用NH3把排气中的NOx还原成N2和H2O，排出N2，多余的NH3也被氧化为N2，防止泄漏，选择性催化还原装置只选择性地针对尾气中的NOx进行催化还原处理，对其他物质的转化能力非常有限，故而称其为“选择性”。

作为一种优选实施方式，所述尾气处理机构1包括DOC尾气处理装置11与SCR尾气处理装置12，所述DOC尾气处理装置11与SCR尾气处理装置12均设置在船机台架S与风机2之间，SCR尾气处理装置12的尾气处理效率可以达到95％以上，DOC尾气处理装置11的尾气处理效率可以达到80％以上，如果NOX的原始排放值比较低的话，可选择DOC尾气处理装置11进行尾气处理作业，如果NOX的原始排放值比较高可选择SCR尾气处理装置12进行尾气处理。

对应的，由于DOC尾气处理装置11与SCR尾气处理装置12的尾气处理温度相差较大，为了针对DOC尾气处理装置11与SCR尾气处理装置12的反应温度对尾气进行降温，所述一级换热器3的数量为两个，其中一个所述一级换热器3设置在DOC尾气处理装置11与船机台架S之间，另一个所述一级换热器3设置在SCR尾气处理装置12与船机台架S之间，DOC尾气处理装置11的反应温度在150-250℃之间，最佳反应温度为200℃，与DOC尾气处理装置11连接的一级换热器3可将尾气温度降至200℃左右，进而满足DOC尾气处理装置11对尾气的处理条件，SCR尾气处理装置12的反应温度在250-450℃之间，最佳反应温度为350℃，与SCR尾气处理装置12连接的一级换热器3可将尾气温度降至350℃左右，进而满足SCR尾气处理装置12对尾气的处理条件。

在一个具体的实施方式中，所述一级换热器3与二级换热器4均具有第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端，所述一级换热器3的第一输入端与第一输出端连通，所述一级换热器3第二输入端与第二输出端连通，所述二级换热器4的第一输入端与第一输出端连通，所述二级换热器4的第二输入端与第二输出端连通，所述一级换热器3的第一输入端与船机台架S的发动机排气口连通，所述一级换热器3的第一输出端与二级换热器4的第一输入端连通，所述二级换热器4的第一输出端与风机2连通，使得一级换热器3与二级换热器4在烟气能量回收时，由二级换热器4的第二输入端通入工质，二级换热器4通过换热对通入的工质进行预热，工质再进入一级换热器3内，通过换热对工质进行加热，从而由一个循环管路实现两级换热，并且逐步提高工质的温度，且一级换热器3的换热温度比二级换热器4的换热温度更高，对于工质温度的提升更高。

当一级换热器3有两个时，将两个一级换热器3串联至二级换热器4的第二输出端上，并设置阀门以及管路来控制工质的流通回路，避免工质同时进入两个一级换热器3内。

在本实施方式中，还设置了发电系统5，可将一级换热器3与二级换热器4回收的热量转换为电能，所述发电系统5与一级换热器3的第二输出端连通，且与二级换热器4的第二输入端连通，所述发电系统5通过一级换热器3与二级换热器4回收烟气携带的热量，并将热能转换为电能，具体可先将工质转换为蒸气，由蒸气做功进行发电。

在一个具体的实施方式中，所述发电系统5包括预热器51、蒸发器52、发电机53、冷凝组件54与工质泵55，预热器51具有第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端，所述预热器51第一输出端与二级换热器4的第二输入端连通，蒸发器52具有第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端，所述蒸发器52的第一输入端与一级换热器3的第二输出端连通，所述蒸发器52的第二输入端与预热器51的第二输出端连通，发电机53具有输入端与输出端，所述发电机53的输入端与蒸发器52的第二输出端连通，冷凝组件54与发电机53的输出端连通，用于冷凝发电机53排出的工质，工质泵55的输入端与冷凝组件54连通，且输出端与预热器51的第二输入端连通，蒸发器52与预热器51连接一级换热器3和二级换热器4形成单独的流动回路，回路中可通过流体进行热量的交换，同时在回路上设置循环泵，使得流体进行循环流动，在发电系统5中，各部件所形成的回路内，填充有机工质，通过由预热器51对工质进行预热，并通过蒸发器52，对工质进行加热，使有机工质蒸发，形成高压蒸气，高压蒸气进入透平膨胀做功，成为低压蒸气，带动发电机53产生电能，膨胀后的低压蒸气进入冷凝组件54，被冷却为低温低压工质流体，工质流体通过工质泵55升压后再次进入预热器51与蒸发器52，经加热达到饱和液态、饱和气态、过热气态，从而完成整个循环。

在上述实施方式中，所述冷凝组件54包括冷凝器541、冷却塔542与冷却水泵543，冷凝器541具有第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端，所述冷凝器541的第一输入端与第一输出端连通，所述冷凝器541的第二输入端与第二输出端连通，所述冷凝器541的第一输入端与发电机53的输出端连通，所述冷凝器541的第一输出端与工质泵55的输入端连通，冷却塔542的输入端与冷凝器541的第二输出端连通，且输出端连通冷凝器541的第二输入端，冷却水泵543设置在冷却塔542与冷凝器541之间，在冷凝组件54内，各部件形成单独的冷却回路，冷却回路内填充有循环流动的冷媒，冷媒在冷却水泵543的带动下进行流动，进入冷凝器541内，通过热交换，将发电系统5中流动的有机工质进行降温，冷媒在温度升高后进入冷却塔542进行降温，如此往复循环工作。

在另一种实施方式中，如图3所示，可直接使用锅炉6替换发电系统5，所述锅炉6的输入端与一级换热器3的第二输出端连通，所述二级换热器4的第二输入端连接供水管路，供水管路向二级换热器4内供水，由二级换热器4对水体进行预热，预热后的水体进入一级换热器3内，进行再加热，最后进入船舶的锅炉6内，由于船舶锅炉6需要燃料进行加热，使用锅炉6连接一级换热器3可有效降低锅炉6所需的能耗，从而降低能量损耗。

本实用新型的工作原理为：一级换热器3可将船机台架S排出尾气进行热回收，使尾气温度降低至尾气处理机构1反应所需温度，从而满足尾气处理机构1的尾气处理条件，无需使用送入冷空气等手段，可有效降低尾气处理时的能耗，船机台架S排出尾气进入尾气处理机构1后，由尾气处理机构1利用氧化或还原催化的方式，去除尾气中的有害气体与颗粒物，并进入二级换热器4，二级换热器4可吸收尾气处理机构1排出尾气的温度，进行第二次回收，使尾气温度降至120℃以下再进入风机2，从而降低风机2的负荷，到达节能的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船机台架尾气余热回收系统，其包括尾气处理机构(1)与风机(2)，其中，

尾气处理机构(1)具备输入端与输出端，所述尾气处理机构(1)的输入端与船机台架(S)上的发动机尾气排出口连通，用于处理船机台架(S)上的发动机排出的尾气；

风机(2)的输入端与尾气处理机构(1)的输出端连通；

其特征在于：还包括一级换热器(3)与二级换热器(4)，其中，

一级换热器(3)设置在尾气处理机构(1)与船机台架(S)之间并分别与二者相互连通，用于回收船机台架(S)排出尾气的热量；

二级换热器(4)设置在尾气处理机构(1)与风机(2)之间并分别与二者相互连通，用于回收尾气处理机构(1)排出尾气的热量。

2.如权利要求1所述的船机台架尾气余热回收系统，其特征在于：所述尾气处理机构(1)包括DOC尾气处理装置(11)，所述DOC尾气处理装置(11)设置在船机台架与风机(2)之间并分别与二者相互连通。

3.如权利要求1所述的船机台架尾气余热回收系统，其特征在于：所述尾气处理机构(1)包括SCR尾气处理装置(12)，所述SCR尾气处理装置(12)设置在船机台架与风机(2)之间并分别与二者相互连通。

4.如权利要求1所述的船机台架尾气余热回收系统，其特征在于：所述尾气处理机构(1)包括DOC尾气处理装置(11)与SCR尾气处理装置(12)，所述DOC尾气处理装置(11)设置在船机台架与风机(2)之间并分别与二者相互连通，所述SCR尾气处理装置(12)设置在船机台架与风机(2)之间并分别与二者相互连通，由所述DOC尾气处理装置(11)和SCR尾气处理装置(12)的其中一个处理船机台架(S)上的发动机排出的尾气。

5.如权利要求3所述的船机台架尾气余热回收系统，其特征在于：所述一级换热器(3)的数量为两个，其中一个所述一级换热器(3)设置在DOC尾气处理装置(11)与船机台架(S)之间并分别与二者相互连通，另一个所述一级换热器(3)设置在SCR尾气处理装置(12)与船机台架(S)之间并分别与二者相互连通。

6.如权利要求1所述的船机台架尾气余热回收系统，其特征在于：所述一级换热器(3)与二级换热器(4)均具有第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端，所述一级换热器(3)的第一输入端与第一输出端连通，所述一级换热器(3)第二输入端与第二输出端连通，所述二级换热器(4)的第一输入端与第一输出端连通，所述二级换热器(4)的第二输入端与第二输出端连通，所述一级换热器(3)的第一输入端与船机台架(S)连通，所述一级换热器(3)的第一输出端与二级换热器(4)的第一输入端连通，所述二级换热器(4)的第一输出端与风机(2)连通。

7.如权利要求6所述的船机台架尾气余热回收系统，其特征在于：还包括发电系统(5)，所述发电系统(5)与一级换热器(3)的第二输出端连通，且与二级换热器(4)的第二输入端连通，所述发电系统(5)用于将一级换热器(3)与二级换热器(4)回收的热能转换为电能。

8.如权利要求7所述的船机台架尾气余热回收系统，其特征在于：所述发电系统(5)包括预热器(51)、蒸发器(52)、发电机(53)、冷凝组件(54)与工质泵(55)，其中，

预热器(51)具有第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端，所述预热器(51)第一输出端与二级换热器(4)的第二输入端连通；

蒸发器(52)具有第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端，所述蒸发器(52)的第一输入端与一级换热器(3)的第二输出端连通，所述蒸发器(52)的第二输入端与预热器(51)的第二输出端连通；

发电机(53)具有输入端与输出端，所述发电机(53)的输入端与蒸发器(52)的第二输出端连通；

冷凝组件(54)与发电机(53)的输出端连通，用于冷凝发电机(53)排出的工质；

工质泵(55)的输入端与冷凝组件(54)连通，且输出端与预热器(51)的第二输入端连通，用于使发电系统(5)内的工质循环流动。

9.如权利要求8所述的船机台架尾气余热回收系统，其特征在于：所述冷凝组件(54)包括冷凝器(541)、冷却塔(542)与冷却水泵(543)，其中，

冷凝器(541)具有第一输入端、第二输入端、第一输出端与第二输出端，所述冷凝器(541)的第一输入端与第一输出端连通，所述冷凝器(541)的第二输入端与第二输出端连通，所述冷凝器(541)的第一输入端与发电机(53)的输出端连通，所述冷凝器(541)的第一输出端与工质泵(55)的输入端连通；

冷却塔(542)的输入端与冷凝器(541)的第二输出端连通，且输出端连通冷凝器(541)的第二输入端；

冷却水泵(543)设置在冷却塔(542)与冷凝器(541)之间，用于带动冷凝组件(54)中的冷媒进行循环。

10.如权利要求6所述的船机台架尾气余热回收系统，其特征在于：还包括锅炉(6)，所述锅炉(6)的输入端与一级换热器(3)的第二输出端连通，所述二级换热器(4)的第二输入端连接供水管路。

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