CN106499550A - 一种船舶低速柴油机egr冷却器s‑co2循环余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种船舶低速柴油机EGR冷却器S‑CO₂循环余热利用系统，S‑CO₂回路的超临界CO2布雷顿循环吸收EGR冷却器中排气的能量，并将排气温度降低到排气酸露点温度之上或通过采用耐腐蚀材料，排气可以冷却到酸露点以下。从EGR冷却器工质侧排出的高温高压超临界CO₂气体则进入膨胀机做功，并通过轴带发电机发电。膨胀机排出的S‑CO₂则进入回热器对回热器低温侧S‑CO₂进行预热之后进入冷却器冷却。从冷却器排出的S‑CO₂则进入压缩机压缩提高压力，并通过回热器预热之后进入EGR冷却器加热，完成整个循环。本发明有效地回收了船舶低速柴油机EGR冷却器的高温烟气能量，缓解了大型船舶低速柴油机采用EGR技术会导致油耗升高的问题。

Description

一种船舶低速柴油机EGR冷却器S-CO2循环余热利用系统

技术领域

本发明涉及的是一种余热回收系统，具体地说是船舶柴油机余热回收系统。

背景技术

应用EGR技术能够有效的解决船舶低速柴油机NOx的排放问题，使船舶满足TierIII排放法规的要求。然而，该技术由于将船舶低速柴油机排放的废气重新导入气缸内燃烧，导致柴油机燃烧变差，油耗增加。有研究表明，在船舶低速柴油机EGR率为27％的情况下，能够使船舶低速柴油机满足Tier III排放标准，但油耗会增加4g/kWh，使柴油机的经济性变差。将EGR技术和S-CO₂技术相结合能够同时有效地解决船舶低速柴油机污染物NOx排放和能耗两大问题。通过S-CO₂技术将EGR冷却器的能量进行回收，将其转化为电能，能够有效的降低船舶低速柴油机的综合油耗，提高船舶低速柴油机的燃油经济性，抵消船舶低速柴油机采用EGR技术处理污染物排放问题时所带来的油耗增加问题。

发明内容

本发明的目的在于提供将超临界CO₂布雷顿循环与船舶低速柴油机EGR系统相结合，利用EGR冷却器废气的能量发电，提高船舶低速柴油机的燃油经济性，降低船舶低速柴油机采用EGR技术处理污染物排放问题时所带来油耗增加问题的一种船舶低速柴油机EGR冷却器S-CO₂循环余热利用系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种船舶低速柴油机EGR冷却器S-CO₂循环余热利用系统，其特征是：包括排气集箱、EGR冷却器、主EGR设备、进气集箱、冷却器、回热器，EGR冷却器包括EGR冷却器烟气侧、EGR冷却器工质侧，冷却器包括冷却器工质侧，回热器包括回热器高温侧、回热器低温侧；排气集箱一方面通过主烟气管道经EGR冷却器烟气侧连通主EGR设备，另一方面通过烟气旁通管连通主EGR设备，主EGR设备连接进气集箱；EGR冷却器烟气侧工质侧出口连通膨胀机进口，膨胀机出口连通回热器高温侧进口，回热器高温侧出口连通冷却器工质侧进口，冷却器工质侧出口连通压缩机进口，压缩机出口连通回热器低温侧进口，回热器低温侧出口连通EGR冷却器工质侧进口，膨胀机连接发电机；EGR冷却器、膨胀机、回热器、冷却器、压缩机构成S-CO₂回路，排气集箱、主烟气管道、EGR冷却器、主EGR设备、进气集箱构成EGR回路。

本发明还可以包括：

1、压缩机与膨胀机同轴。

2、主烟气管道上安装第一控制阀，烟气旁通管上安装第二控制阀。

3、S-CO₂回路为超临界CO₂布雷顿循环回路，S-CO₂回路的热源为EGR冷却器的烟气能量。

本发明的优势在于：本发明将EGR和S-CO₂系统相结合，能够同时有效的解决船舶低速柴油机NOx污染物排放和能耗两大问题，降低船舶低速柴油机NOx的排放，同时提高船舶低速柴油机的综合能效。S-CO₂与EGR排气直接接触换热，且EGR排气具有较高的压力，提高了EGR冷却器的排气侧换热系数，使EGR冷却器具有结构紧凑的优点，有利于该系统在船舶机舱的布置。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明统由S-CO₂回路和EGR回路组成。其中S-CO₂回路由EGR冷却器工质侧1、膨胀机2、回热器3高温侧、冷却器4工质侧、压缩机5、回热器3低温侧、依次连接组成。其中S-CO₂回路还包括和膨胀机2同轴连接的发电机6，以及为冷却器4提供冷却水的冷却水泵7。EGR回路由排气集箱8、主烟气管道9、EGR冷却器1烟气侧、主EGR设备11和进气集箱12依次连接组成。其中EGR回路还包括用于旁通作用的烟气旁通管10。

由船舶柴油机排气集箱8排出的废气首先通过与之相连的主烟气管道9进入EGR冷却器1之后排入主EGR设备11，在该设备中完成脱硫、进一步冷却之后导入进气集箱12，与新鲜空气混合之后进入船舶柴油机气缸燃烧，排入排气集箱8。进入EGR冷却器1的排气与S-CO₂循环工质直接进行换热，提高工质的温度。由EGR冷却器1排出的高温工质则进入膨胀机2做功，膨胀机2的膨胀功则通过与之同轴的发电机6转化为电能。膨胀机排出的S-CO₂则进入回热器3高温侧对由压缩机5排出的高压S-CO₂进行预热。从回热器3高温侧排出的S-CO₂则进入冷却器4冷却后进入压缩机5进行压缩。回热器3低温侧排出的高压S-CO₂则进入EGR冷却器1加热完成整个循环。冷却器4中S-CO₂的能量则通过与冷却水泵7提供的冷却水进行换热带走。

S-CO₂回路为超临界CO₂布雷顿循环回路，S-CO₂回路的热源为EGR冷却器的烟气能量。柴油机EGR冷却器的排气与S-CO₂布雷顿循环工质CO2直接换热。EGR冷却器能够将EGR排气冷却到排气酸露点之上，或通过采用耐腐蚀材料，排气可以冷却到酸露点以下。回热器出口S-CO₂的能量通过与冷却器4中的冷却水进行热交换带走。EGR回路与排气集箱直接相连。采用EGR冷却器S-CO₂循环余热利用系统的柴油机的等效油耗应小于或等于未采用EGR系统的柴油机油耗。S-CO₂膨胀机2可以同轴连接发电机或同轴连接动力传动装置直接将输出动力回馈到低速柴油机曲轴输出端。S-CO₂压缩机可以与S-CO₂膨胀机同轴连接或单独驱动。

Claims (5)

1.一种船舶低速柴油机EGR冷却器S-CO₂循环余热利用系统，其特征是：包括排气集箱、EGR冷却器、主EGR设备、进气集箱、冷却器、回热器，EGR冷却器包括EGR冷却器烟气侧、EGR冷却器工质侧，冷却器包括冷却器工质侧，回热器包括回热器高温侧、回热器低温侧；排气集箱一方面通过主烟气管道经EGR冷却器烟气侧连通主EGR设备，另一方面通过烟气旁通管连通主EGR设备，主EGR设备连接进气集箱；EGR冷却器烟气侧工质侧出口连通膨胀机进口，膨胀机出口连通回热器高温侧进口，回热器高温侧出口连通冷却器工质侧进口，冷却器工质侧出口连通压缩机进口，压缩机出口连通回热器低温侧进口，回热器低温侧出口连通EGR冷却器工质侧进口，膨胀机连接发电机；EGR冷却器、膨胀机、回热器、冷却器、压缩机构成S-CO₂回路，排气集箱、主烟气管道、EGR冷却器、主EGR设备、进气集箱构成EGR回路。

2.根据权利要求1所述的一种船舶低速柴油机EGR冷却器S-CO₂循环余热利用系统，其特征是：压缩机与膨胀机同轴。

3.根据权利要求1或2所述的一种船舶低速柴油机EGR冷却器S-CO₂循环余热利用系统，其特征是：主烟气管道上安装第一控制阀，烟气旁通管上安装第二控制阀。

4.根据权利要求1或2所述的一种船舶低速柴油机EGR冷却器S-CO₂循环余热利用系统，其特征是：S-CO₂回路为超临界CO₂布雷顿循环回路，S-CO₂回路的热源为EGR冷却器的烟气能量。

5.根据权利要求3所述的一种船舶低速柴油机EGR冷却器S-CO₂循环余热利用系统，其特征是：S-CO₂回路为超临界CO₂布雷顿循环回路，S-CO₂回路的热源为EGR冷却器的烟气能量。