毕业专题论文论船舶柴油机的余热利用Utilization of Waste Heat in Vessels学生姓名袁宁辛所在专业轮机工程所在班级轮机1061班申请学位工学学士指导教师李 湛职称副教授副指导教师职称答辩时间2010 年 6 月 6 日ii毕业论文成绩评定毕业论文成绩评定指导教师评语：指导教师(签名) 年 月 日答辩小组评语：答辩小组组长(签名) 年 月 日毕业论文（设计）成绩系主任（签名） 年 月 日审批单位（盖章） 年 月 日目 录目 录摘 要IABSTRACTII1本文研究的背景目的和意义11.1本文所要解决的问题11.2本文研究的方法12余热回收的经济价值22.1每年节约的燃油费用22.2余热的合理利用22.3经济价值评估33船舶柴油机余热能量的构成43.1柴油机排气热43.2排气中可供利用的热量43.3却水和活塞冷却水带走的总热量53.4柴油机其他散热64.余热的合理利用64.1排气余热发电系统的可行性64.2典型的排气余热发电系统74.3单段单压式余热发电系统75.结论或体会8鸣 谢9参考文献10摘 要摘 要船舶就像是漂浮在海洋上面的城市。随着科学和技术的发展，为了节省能源和更有效的利用船舶废气，所以我们要进行船舶废气利用的研究。对船舶废气利用研究的同时也促使了各种设备的推陈出新。超大型船舶主机功率庞大，废气排放热量可观。借助废气余热利用系统，可将部分废气余热利用，达到节能的目的。船舶安装废气余热利用系统可提高燃油利用率。对于不同的船舶，需从工作可靠性与经济性综合考虑，选取合适的废气余热利用系统。通过系统静态特性的模拟分析，可合理预测和效验系统的实际工作情况，为船舶废气余热利用系统的设计提供正确的方法和必要的参考。由系统的热力平衡，可求出系统的热力学参数，由柴油机部件的热力计算可得到各部件的结构损失与效率损失。对船舶废气余热利用系统进行优化分析，不仅可以为废气余热利用系统提供最优的工作参数，同时也可以使柴油机达到最佳的工作状态。关键词：废气余热；冷却水余热；余热利用IIABSTRACTABSTRACTA ship is a city floating in the ocean .With the development of science and technology，to suit various operations on board，the life of the seaman，property and security of personnel needs，not only promote the equipment is gradually improving，but also created the deck equipments ，power plant. The ships are very big and the power is also big. And the exhaust emission is a lot.In virtue of the exhaust gas system can utilize part of the exhaust gas to reach the aim utilizating of waste heat in bessels. The fixing of utilization of waste heat in vessels could improve the using of fuel. For different vessels the dependability and economic should be taken into account. Choosing the proper exhaust gas system, By the static state idiocratic simulate analyse, can properly forecast and efficacy the situation of the practice system. To afford the correct method and necessary consult. By the account of the heat balance of the system can educe the energetics parameter of the system. Form the components heat design can acquirability the frame of every parts and the efficiency. Analysing the exhaust gas using system can provide the best working parameter to make the system reach the best working state. KEYWORDS: exhaust emission; waste heat ;working parameter广东海洋大学2010届本科生毕业论文论船舶柴油机的余热利用轮机工程，200611811123，袁宁辛指导教师：李湛1本文研究的背景目的和意义自1973 年世界发生石油危机以来，加上环境污染的加剧，节能问题日益引起了人们的重视。如何提高能源的利用率，减少船舶柴油机废气的排放，保护人类赖以生存的环境是许多人致力研究的课题。就燃料大户船舶而言，目前柴油机余热的利用主要是利用废气涡轮增压器将废气能量转换成扫气空气的压力来提高柴油机的功率和效率，同时利用废气锅炉产生 0.5MPa 左右的饱和水蒸汽来满足船员的日常生活用水及油舱的加热保温等，却忽略了柴油机冷却水带走了大量热量这一事实。这使得废热的利用不仅不充分，而且不合理。在船舶朝着大型化、高速化发展的今天，柴油机的额定功率最大的已超过37285KW，为减少耗油，柴油机冷却水的出口温度也从20世纪60 年代的60-65C提高到现在的80-85C，有些高速机高达90C以上。船舶安装废气余热利用系统的设计提供正确的方法和必要的参考。有系统不见的热力设计可得到系统各部件的结构，所示与效率。对船舶废气余热利用系统进行优化分析。冷却水出口温度的增加使冷却水热能的品质有了很大的提高，也为冷却水余热的利用创造了更好的条件。因此柴油机余热的利用，无论从经济上或环保方面都具有重大价值。本文将着重探讨如何优化利用柴油机排气余热。1.1本文所要解决的问题如何更好的合理利用资源，提高船舶运行的经济性；如何最大限度利用余热，以提高船舶运行的经济性。1.2本文研究的方法收集大量有用的资料是写好论文的基础。资料准备越充分，研究的结果就越可靠。因此，本人在研究中对资料的收集采取了以下几种方式: 利用本人在船工作实习期间积累的经验和曾收集到的资料，进行分类整理； 从互联网上搜索相关信息，进行筛选； 通过阅读大量相关书籍、文献资料，获取有用信息； 咨询相关人士，请教老师等，根据搜集到的相关资料，进行分析研究，找出经济的船舶运行和实现海洋环保的有效途径。2余热回收的经济价值刺激企业在船舶柴油机余热方面进行投资的原因是他们期待由此所带来的收益是否超过投资。由于燃油价格的居高不下，燃油的消耗直接影响船舶的营运利润，而通过余热回收得到的收益主要有：节约燃油的费用，减少对大气污染；减少燃油、淡水的储存量，从而增加了船舶的载货量。其中节约的燃油费用是相当可观的，现作以下分析2.1每年节约的燃油费用当某船利用余热汽轮发电机代替柴油发电机时，年节油量即为被替代发电机组每年的燃油消耗量，其耗油量G 可表示为:G=24PNg10-6 t，式中：P 为被汽轮机替代的柴油机功率； N为每年海上航行有效运行天数；G为耗油率（g/kWh）。以某船的余热驱动的汽轮发电机节油为例。设其功率为300kW，海上航行天数为220d，被替代柴油机的耗油率按 175 g/kWh计算，则每年可节油约为277.2t 按柴油 2800元 / t 计，可节约燃油费用77.61万元。2.2余热的合理利用余热的利用不仅仅是利用余热的多少，更重要的是根据余热的品质好坏提高其利用的经济性。余热的温度越高，其品质越好，利用价值也越高。对余热的利用一般可分两个阶段。第一阶段：合理、高效地把热能转换为机械能或电能。第二阶段：对在机械能转化过程中放出的低温热能再加以有效地利用。目前余热的回收装置种类很多，对余热的利用效果也各不相同。按能量的种类分类，可分为：（1）通过热交换转换成温度较低的热能，如热管锅炉、热交换器等，主要用来取暖、加热、保温等。（2）通过冷媒透平或废气涡轮产生动力，如汽轮机、废气涡轮增压器等，通常用于回收温度较高的余热。（3）通过吸收式制冷系统进行制冷，如吸收式制冷装置制冷，用于船舶夏季空调。（4）利用热泵转换成温度较高的热能再对热能加以利用，扩宽余热的适用场合，提高余热利用的经济性。 柴油机废气能量的利用柴油机废气能量约占燃油总热量18%左右，其可利用部分也达12%左右，约为柴油机有效功率的1/4。中速机废气涡轮增压出口温度高达370左右，以换热器传热温差100设计，废气的平均传热温度达280左右，通过废气锅炉、省煤器、过热器受热面的合理布置，可产生280，0.9MPa 的过热蒸汽驱动汽轮机工作。在这样的热力参数条件下，汽轮机的热效率可达25%左右，以某船在柴油机持续功率6752KW时，按每小时油耗1.17t估算，可产生机械功率为406.2KW，即使考虑到船舶需使用一定量的蒸汽，也足可满足300KVA的发电机，保证正常航行时船舶的用电。汽轮机在陆地上已广泛应用，在船舶上的应用技术也已相当成熟，安装管理应无问题。 柴油机冷却水能量的利用柴油机冷却水出口温度为80左右时，通过热管锅炉换热，冷媒水的温度仍可达70以上。因冷却水带出的热量占燃油燃烧总热量的16%左右，总热量是非常大的，其热能可满足如下供热情况：（1）直接用于船员和旅客日常生活用的热水及重油舱的加热和保温。（2）直接用于海水淡化装置的加热源。（3）将冷煤水的一部分加热到100以上，用作冬季空调的热源或用于夏季吸收式制冷装置的加热源。（4）用蒸汽将部分冷煤水加热到100以上或利用高温热泵将70的水加热到100，用于沉淀油柜和日用油柜的加热和保温。（5）其他要求加温和保温的情况：由计算可知，冷却水中可利用的热量总量比排气中可利用的总能量还要多。用气缸、活塞冷却水的余热代替原蒸汽的用途完全可以满足。但由于水的焓值相比蒸汽的焓值要小且传热温差也较小，相同换热量时，换热器的体积略有增大，结构也较复杂，有时会给设备和管理带来不便。给冷媒水加热的蒸汽可利用汽轮机的排气，需较高温度时，可在汽轮机级间抽气，以保证加热蒸汽的温度和压力，也可在汽轮机级间抽气直接加热，满足日用油柜到高压油泵的燃油等需较高温度加热源