基于两级温差发电的船舶废热回收试验研究

对于船舶柴油机而言,其所做功的30%都以废热的形式随尾气排放到了大气中。利用温差发电(TEG)技术回收船舶余热进行发电具有极其广阔的发展前景。因此提出了一种利用船舶柴油机尾气废热进行两级温差发电的新型装置。在对两级温差发电系统进行建模后,搭建了两级温差发电装置并进行了测试。理论分析和实验结果表明该装置利用温差发电技术对船舶余热回收是可行的。当热端温度达到473 K时,该温差发电实验装置可输出功率250 W,系统热效率为5.35％,相比单级TEG在相同条件下4.04％的热效率,该系统提高了32％。最后,对系统优化和装置的进一步改进进行了探讨。     

温差发电技术在国防工程中的应用探讨

温差发电技术是一种绿色环保的发电方式,它可以利用太阳能、地热能、海洋热能、工业余热废热等低品位能源转化为电能。温差发电器是能将热能直接转化成电能的固态装置,具有结构简单、稳定可靠、无运动部件、绿色环保等优点,广泛地应用于航天、军事领域,在废热的回收利用方面也展现出良好的应用前景。本文首先简要地介绍了温差发电技术的国内外研究进展,探讨了温差发电技术在国防工程电力系统建设中的应用前景,对发电系统进行设计,提出了存在问题并进行展望。     

船舶主机废气余热温差发电的数值模拟与试验研究

为了对船舶柴油机废气余热加以利用以达到船舶节能和减少碳排放的目的，结合船舶余热的特点，开展了船舶余热温差发电的数值模拟与实验研究。采用CFD方法完成了实验装置相关参数的选择后，进一步对温差发电装置的换热过程进行模拟，并通过实验验证了模拟的正确性。最后，以MAN/B＆W41V32/40式船舶主机为研究对象，对其废气余热温差发电的性能进行了评估。结果表明，在热端平均温度为500 K，冷端平均温度为310 K，冷却水流速为10 m/s的工况条件下，设计安装的1764片温差发电片输出总功率理论上可达31.75 kW。     

船舶主机废气余热温差发电的数值模拟与试验研究

为了对船舶柴油机废气余热加以利用以达到船舶节能和减少碳排放的目的,结合船舶余热特点,开展船舶余热温差发电的数值模拟与试验研究。采用CFD方法完成试验装置相关参数的选择,然后对温差发电装置的换热过程进行模拟,并通过试验验证模拟的正确性。最后,以MAN/BW41V32/40式船舶主机为研究对象,对其废气余热温差发电的性能进行评估,结果表明,在热端平均温度为500 K、冷端平均温度为310 K、冷却水流速为10 m/s的工况条件下,设计安装的1 764片温差发电片输出总功率理论上可达31.75 k W。     

多种热力循环在船舶热能发电系统中的应用

发展和应用船舶柴油机热能发电技术是实现航运业节能减排的重要途径之一。围绕蒸汽朗肯循环、有机朗肯循环、卡琳娜循环和布雷顿循环4种应用于船舶主机烟气余热回收利用领域的热力循环，介绍各循环的基本原理和工质选择，并进行装置效率对比，对以热力循环为基本原理的船舶柴油机热能发电系统的研究现状和发展趋势进行总结。论文研究认为：有机朗肯循环拥有相对较高的热能回收发电效率，而以S-CO2为循环工质的布雷顿循环拥有更显著的船舶热能回收发电应用前景，在探求可联合“契合点”的基础上建立以“蒸汽-有机朗肯联合循环系统”为代表的两种甚至两种以上循环方式的联合热力循环余热回收发电系统是提升船舶热能发电整体效率的重要手段。     

船舶余热有机朗肯循环的方案设计及性能研究

船舶耗油量巨大,如何提高船舶能效是当前的研究热点。本文提出了采用有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)用于船舶余热回收。以6S35MC船舶柴油机作为研究对象,设计一套以废气、增压空气和缸套水为热源的ORC余热回收系统方案。在冷凝为35℃的条件下,该系统的热效率可达11.07%,净输出功率为238.65kW,■损率为336.60kW,柴油机净输出功率提高了5.97%。但该系统中缸套水的热效率较低,为此将缸套水作为预热源进行改进。改进后的系统净输出功率与原系统相比稍有降低,但在热效率和■损率等方面优于原系统。     

渔船节能型制冷供暖与发电复合系统

针对沿海渔船燃油能源利用率低的问题提出余热回收利用系统方案,根据能量品位高低对渔船余热资源进行分级利用,高品位余热优先温差发电,低品位余热用于供暖和制冷。系统引入中小型溴化锂吸收式制冷设备、平板式温差发电装置和太阳能集热器,集成到渔船船载空间,并提出不同季节的系统协同运行方案,实现冬季余热供暖为主、夏季余热供冷为主、春秋余热温差发电和常态化制冷的综合能源利用方式,提高渔船燃油能源的综合利用率,降低渔船燃油消耗量和尾气污染排放量,经济效益和环境效益显著。     

船舶基本总能热力系统热平衡及经济性分析

文章对柴油机船舶动力装置基本总能系统的热平衡、有效热效率方面进行了阐述,针对带有余热利用的柴油机动力装置船舶总能系统的经济性做了进一步的分析,就如何提高柴油机船舶余热动力回收进行了探讨.在节能减排的新形势下,具有一定的现实意义.     

船舶余热有机朗肯循环的工质选择

船舶耗油量巨大且会产生大量余热和氮硫化物,为实现船舶节能减排,本文考虑使用有机朗肯循环回收利用船舶余热。但船舶余热形式复杂且温度不同,为使系统性能达到最佳,本文选取7种工质,并以MAN S35MC船舶柴油机为例,通过性能对比分析得出:相比其他工质,R601最适宜船舶余热的回收利用。在最佳工况条件下,有机朗肯循环系统回收利用船舶余热的总热效率能达到12.35%,总输出功率266.24kW,总■损率309.02kW,可使船舶柴油机的有效功率提高6.32%,这对实现船舶节能减排具有重大意义。     

半导体温差发电技术及在船舶中的应用探讨

半导体温差发电机的发电原理是通过全固态对能量进行转换的一种方式,不需要任何的流体介质或者化学反应,其特点是尺寸小、噪音低、使用寿命长。本文介绍了半导体温差发电技术基本原理及研究现状。分析了温差发电技术的基本元件及特点,阐述了船舶柴油机大温差余热回收的特点。在此基础上对分析了半导体热电材料最佳工作温度区间特性。探讨了温差发电技术在船舶中应用的可行性,并提出了优化方案。     

二级回热式氨水循环发电系统性能

利用二级回热式氨水循环发电系统回收柴油机排气余热;以系统热效率为优化目标,分析氨水基液浓度、蒸发压力、蒸发温度和冷却水温度等特征参数对氨水循环系统性能的影响。结果表明:在保持其中3个特征参数恒定的条件下,二级回热式氨水循环发电系统的热效率随着基液浓度的增大而下降,随着蒸发压力的增大而升高,随着蒸发温度的升高而先升高后趋于平稳,随着冷却水温度的升高而下降;当最优运行点性能参数为氨水基液浓度44%、蒸发压力4.0 MPa、蒸发温度214℃时,该二级回热式氨水循环发电系统的热效率最高达到11.52%。     

基于鳍片式热电模组的船舶柴油机废气余热利用及其影响因素分析

摘 要：设计了一种鳍片式热电转换模组,并将其应用在船舶柴油机废气余热回收系统中,通过理论和实验,分析鳍片式热电转换系统的影响因素。结果表明：当柴油机负荷为75%,热电晶片总数为1428,排气温度550K 时,设计的鳍片式热电模组发电功率为6.72kW,热电转换效率可达5.42%。排气温度、冷却水温度以及柴油机负荷都会影响热电转换系统性能。随着柴油机负荷的提高,热电转换系统发电功率和转换效率也随之增大,但负荷在75%之前增大的幅度大于从75%~100%的负荷。热电模组鳍片数量会影响转换系统的热端温度和传热量,在条件允许范围内,可通过增加鳍片数目,提高废热回收效率。     

船舶主机缸套水余热温差发电装置的实验分析

针对不同因素对船舶主机缸套水余热温差发电装置性能的影响问题,搭建船舶主机缸套水余热温差发电实验装置,实验表明,热交界面材料的种类和温差发电片连接方式会直接影响温差发电装置的性能。采用液态导热硅脂作为热交界面材料可有效地提高温差发电装置的发电性能;串联和并联方式获得的最大输出功率相近,但串联方式所匹配的负载约为并联方式的4倍,所获得的开路电压约为并联的2倍。     

基于PLC的货油运输船舶尾气处理控制系统设计

为提高船舶尾气余热的利用率,降低尾气对余热回收装置的腐蚀作用,文章根据现有的一种货油运输船舶尾气处理系统,提出了基于PLC的货油运输船舶尾气处理控制系统设计,以实现船舶尾气处理系统的自动化。     

基于集成高效热能发电系统的船舶Attained EEDI及燃油消耗量分析

为满足国际海事组织(IMO)关于船舶能效设计指数(energy efficiency design index,EEDI)的强制要求,各国已开始探索高效热能发电技术在船舶能源系统中的集成和应用,以期通过对船舶主动力装置余热进行回收利用,实现降低EEDI、减少燃油消耗量和控制废气排放量的目标。论文以超临界二氧化碳布雷顿循环(S-CO_2 Brayton cycle,S-CO_2 BC)发电系统、有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)余热发电系统、卡琳娜循环(Kalina cycle,KC)余热发电系统和动力涡轮(power turbine,PT)余热发电系统为具体研究对象,分别就单一新型动力循环发电系统和组合型高效热能发电系统在某型2500TEU支线集装箱船中集成,对船舶达到的能效设计指数(attained EEDI)和燃油消耗量折减进行计算分析。结果表明:采用超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统取代1台船舶辅机,并与有机朗肯循环、卡琳娜循环及动力涡轮等新型动力循环余热发电系统构成组合型高效热能余热发电系统技术方案,可实现船舶达到的能效设计指数EA与没有应用任何高效热能发电系统技术方案的指数相比下降33.28%;单一应用有机朗肯循环余热发电技术对减少船舶燃油消耗量的贡献显著,燃油节省率可达到5.99%。这项研究工作可为在船舶上集成应用高效热能发电技术提供理论参考依据。     

集装箱船中高温余热回收的温差发电研究

船舶集装箱温差发电是现代船舶电能开发的重要研究项目,目前已有的温差发电技术均存在电荷负载稳定性方面的问题,严重影响温差发电的综合性能。对此设计从温度均衡性入手提出新型集装箱船中高温余热回收温差发电技术。分析当前集装箱余热成分,对核心部分即烟气流量和缸套热能余量进行计算,重新构筑集装箱冷热端温差输送的换热部分,增大换热翅片,在翅片外部添加矩形导流板,翅片入口和出口处分别设置扩张段和收缩段,消除换热过程中的翅片流通死角,并进行换热紧固,根据热能余量计算结果,定立温差发电片数量尺寸,验证温度波动情况,实现集装箱温差发电。实验数据证明该方法热能转换率提高25%,电力阻隔降低19%,可以有效缓解电荷负载稳定性问题。     

船舶余热梯级利用的淡水-空调复合供能系统

探讨船舶柴油机余热利用的发展潜力和当前研究现状,在此基础上根据能量梯级回收利用原则,设计一种以水/水蒸汽为单一热媒的新型淡水-空调复合供能系统,该系统包括冷却水余热回收和废气余热回收2个模块,兼具供热/制冷、制取淡水、生活用水等诸多作用。最后,对该系统进行热平衡分析,结果表明该系统可实现68.4%的余热回收量,低碳环保,节能效益显著。     

柴油机主推进动力装置余热利用系统的优化

在以柴油机作为主推进动力装置的船舶中,柴油机余热是一种可以回收利用的能量,合理且充分利用余热是节约能源、提高能量利用率的重要途径。在全球能源越来越紧张的背景下,如何高效回收利用柴油机余热成为船舶设计领域的研究重点。本文对柴油机主推进动力装置中余热利用系统的组成部件进行特性分析,并利用分析法对系统进行优化。     

船舶柴油机烟气余热利用过程的交互性影响研究

文章以MANB&W10S90ME-C9.5型柴油机为对象,建立了匹配300 kW级超临界CO2布雷顿循环发电装置所用2 MW烟气换热器的系统整体仿真模型,分析了柴油机50％～100％负荷条件下的烟气换热器性能参数变化规律、废气旁通阀30％～100％开度调控时的柴油机性能参数变化规律,为余热利用系统在船舶上的使用提供了理...     

美国海岸警卫队船舶上的废热回收

82米(270英尺)长弗爱沫斯(Famous)级中等续航力船上配日用发电机的广泛回收废热的系统,据说是首批用于美国海岸警卫队船舶中的废热回收系统。汽态热回收系统已由工程管理部设计并制成装置,该装置从两台功率为475千瓦的配凯托(Kato)船舶日用发电机的卡特皮勒(Caterpillar)D348TA型发动机的缸套水和废气总管中汲取热量。上述系统中以发动机热量产生的蒸汽用于:使居住舱和工作舱保持舒适的环境;向蒸发式水蒸留装置供工作蒸汽;并产生热水供洗