ABSTRACT
ABSTRACT
A 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
II
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60-65°C提高到现在的80-85°C，有些高速机高达90°C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:
① 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； ② 从互联网上搜索相关信息，进行筛选；
③ 通过阅读大量相关书籍、文献资料，获取有用信息；
④ 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
－ 1 －
广东海洋大学2010届本科生毕业论文
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=24PNg×10-6 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。
① 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
－ 2 －
广东海洋大学2010届本科生毕业论文
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。
② 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的加热要求。汽轮机中间抽气会使余热转换成机械能有所减少，但中间抽气位置的蒸汽温度、压力已较低，所以机械能损失并不大。
2.3经济价值评估
简单而实用的评价方法是偿还期法，即用所获收益来补偿全部投资所需的年数， 可用下式计算:
偿还期=初次费用/(全年收益 -全年花费)
偿还期后即可为企业产生利润，在设计工作年限内产生的利润总额与营运年限的比值若大于企业投资的平均回报率，则改装是合理的。即（ 工作年限-偿还期）×（ 每年收益 - 每年花费）/工作年限≧企业投资的平均回报率，则值得投资。据调查，余热利用的成本偿还期一般在3年以内，年回报率达30%左右，节能投资是合理的。
将柴油机冷却水余热作为替代能源用来替代原本由低压蒸汽完成的燃油加热，船员生活用的热源。即充分合理地利用柴油机的废热，提高了船舶运行的经济性， 同时也
－ 3 －
