原文传递
船舶多种余热梯级利用装置设计与性能分析
| 论文题名： | 船舶多种余热梯级利用装置设计与性能分析 |
| 关键词： | 船舶余热;梯级利用;底循环比;工质蒸发压力;温差发电;有机朗肯循环 |
| 摘要： | 随着航运市场规模的不断扩大，船舶能源浪费问题和船舶碳排放造成的环境污染问题也日渐突出。如何提升现有船舶能效，实现其低碳模式运行，已经被世界各国造船业和航运业列入重要研究课题。通过前期调研发现，船舶余热种类较多、体量较大，而传统的温差发电（TEG）和有机朗肯循环（ORC）等技术回收船舶余热的手段较为单一，难以兼顾船舶多种性质余热的不同特点，且利用率较低。因此，本文从改善废热回收的角度出发，提出了一种基于TEG-ORC联合循环的船舶余热梯级利用系统，利用二者的优势并弥补相关局限性，实现主机烟气余热、缸套水余热、增压空气余热等不同种类、不同温度梯度的低品位船舶余热利用。 首先，根据船舶余热自身的特点，完成包括TEG底循环和ORC底循环的联合循环系统原理图设计，建立了TEG-ORC联合循环系统的理论模型和发电成本模型。 其次，设计船舶余热回收实验系统，搭建完成TEG-ORC联合循环实验台。具体工作包括：完成有机工质选型，检测实验系统管路耐压性和气密性；根据前期理论计算和数值模拟结果，对实验台主要装置的规格完成设计，这其中部分换热装置的性能高于预期；完成数据监测采集单元的信号接收设定和主要实验装置的调试工作；通过试运行实验系统，模拟变工况实验研究以优化实验方案，并建立实验数据误差分析体系。 最后，开展船舶余热利用实验研究。先选用R22工质，保证工质质量流率一定，通过改变TEG/ORC底循环比和ORC工质蒸发压力，证实了联合循环系统回收多种船舶余热的可行性，并分析不同实验变量对系统内部耦合特性的影响；在此基础上，再选用R245fa工质开展变工况实验研究，将实验结果与之前的仿真模拟结果比较，分析了系统输出功率、热效率、单位发电成本、主机烟气余热利用能力等主要性能参数的变化规律，并对影响系统各项参数的变化机理进行分析和评估。当TEG/ORC底循环比为0.615且ORC工质蒸发压力达到实验最大值时，系统各项参数输出性能达到最优。在选用R245fa循环工质下，系统输出功率为483.25W，余热利用功率为5796.72W，热效率为8.34%，单位发电成本为2.239￥/kWh，主机烟气余热利用率为69.05%。 综上可知，TEG-ORC联合循环实验系统可实现船舶多种烟气余热的梯级利用，提高余热利用性能同时提升了ORC底循环运行的稳定性和安全性，并实现了单位发电成本和热效率的优化。 |
| 作者： | 叶文祥 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 柳长昕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
