本發(fā)明涉及的是一種余熱回收系統(tǒng)，具體地說是船舶柴油機(jī)余熱回收系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

應(yīng)用EGR技術(shù)能夠有效的解決船舶低速柴油機(jī)NOx的排放問題，使船舶滿足Tier III排放法規(guī)的要求。然而，該技術(shù)由于將船舶低速柴油機(jī)排放的廢氣重新導(dǎo)入氣缸內(nèi)燃燒，導(dǎo)致柴油機(jī)燃燒變差，油耗增加。有研究表明，在船舶低速柴油機(jī)EGR率為27％的情況下，能夠使船舶低速柴油機(jī)滿足Tier III排放標(biāo)準(zhǔn)，但油耗會增加4g/kWh，使柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性變差。將EGR技術(shù)和余熱利用技術(shù)相結(jié)合能夠同時有效地解決船舶低速柴油機(jī)污染物NOx排放和能耗兩大問題。通過余熱利用技術(shù)將EGR冷卻器的能量進(jìn)行回收，將其轉(zhuǎn)化為電能或直接傳動回饋到低速柴油機(jī)輸出端，能夠有效的降低船舶低速柴油機(jī)的綜合油耗，提高船舶低速柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，抵消船舶低速柴油機(jī)采用EGR技術(shù)處理污染物排放問題時所帶來的油耗增加問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供將超臨界CO₂布雷頓循環(huán)和有機(jī)郎肯循環(huán)組成的聯(lián)合循環(huán)與船舶低速柴油機(jī)EGR系統(tǒng)相結(jié)合，利用EGR冷卻器的能量發(fā)電或直接傳動回饋到低速柴油機(jī)輸出端，提高船舶低速柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，降低船舶低速柴油機(jī)采用EGR技術(shù)處理污染物排放問題時所帶來油耗增加問題的一種船舶低速柴油機(jī)EGR冷卻器S-CO₂和ORC聯(lián)合循環(huán)余熱利用系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明一種船舶低速柴油機(jī)EGR冷卻器S-CO₂和ORC聯(lián)合循環(huán)余熱利用系統(tǒng)，其特征是：包括排氣集箱、EGR冷卻器、主EGR設(shè)備、進(jìn)氣集箱、ORC蒸發(fā)器、ORC冷凝器、ORC回?zé)崞?、ORC膨脹機(jī)、S-CO₂冷卻器、S-CO₂膨脹機(jī)、S-CO₂壓縮機(jī)，EGR冷卻器包括EGR冷卻器高溫側(cè)、EGR冷卻器低溫側(cè)，ORC蒸發(fā)器包括ORC蒸發(fā)器高溫側(cè)、ORC蒸發(fā)器低溫側(cè)，ORC回?zé)崞靼∣RC回?zé)崞鞲邷貍?cè)、ORC回?zé)崞鞯蜏貍?cè)；

排氣集箱一方面通過主煙氣管道經(jīng)EGR冷卻器高溫側(cè)連接主EGR設(shè)備，另一方面通過煙氣旁通管連接主EGR設(shè)備，主EGR設(shè)備連接進(jìn)氣集箱；

EGR冷卻器低溫側(cè)出口連通S-CO₂膨脹機(jī)進(jìn)口，S-CO₂膨脹機(jī)出口連通ORC蒸發(fā)器高溫側(cè)進(jìn)口，ORC蒸發(fā)器高溫側(cè)出口連通S-CO₂冷卻器進(jìn)口，S-CO₂冷卻器出口連通S-CO₂壓縮機(jī)進(jìn)口，S-CO₂壓縮機(jī)出口連通EGR冷卻器低溫側(cè)進(jìn)口，S-CO₂膨脹機(jī)連接發(fā)電機(jī)；

ORC蒸發(fā)器低溫側(cè)出口連通ORC膨脹機(jī)進(jìn)口，ORC膨脹機(jī)出口連通ORC回?zé)崞鞲邷貍?cè)進(jìn)口，ORC回?zé)崞鞲邷貍?cè)出口連通ORC冷凝器進(jìn)口，ORC冷凝器出口連通ORC回?zé)崞鞯蜏貍?cè)進(jìn)口，ORC回?zé)崞鞯蜏貍?cè)出口連通ORC蒸發(fā)器低溫側(cè)進(jìn)口，ORC膨脹機(jī)連接發(fā)電機(jī)；

EGR冷卻器、S-CO₂膨脹機(jī)、ORC蒸發(fā)器、S-CO₂冷卻器、S-CO₂壓縮機(jī)構(gòu)成S-CO₂回路，ORC蒸發(fā)器、ORC膨脹機(jī)、ORC回?zé)崞?、ORC冷凝器構(gòu)成ORC回路。

本發(fā)明一種船舶低速柴油機(jī)EGR冷卻器S-CO₂和ORC聯(lián)合循環(huán)余熱利用系統(tǒng)，其特征是：包括排氣集箱、EGR冷卻器、主EGR設(shè)備、進(jìn)氣集箱、ORC蒸發(fā)器、ORC冷凝器、ORC回?zé)崞?、ORC膨脹機(jī)、S-CO₂冷卻器、S-CO₂膨脹機(jī)、S-CO₂壓縮機(jī)、S-CO₂回?zé)崞鳌?dǎo)熱油加熱器，EGR冷卻器包括EGR冷卻器高溫側(cè)、EGR冷卻器低溫側(cè)，ORC蒸發(fā)器包括ORC蒸發(fā)器高溫側(cè)、ORC蒸發(fā)器低溫側(cè)，ORC回?zé)崞靼∣RC回?zé)崞鞲邷貍?cè)、ORC回?zé)崞鞯蜏貍?cè)，S-CO₂回?zé)崞靼⊿-CO₂回?zé)崞鞲邷貍?cè)、S-CO₂回?zé)崞鞯蜏貍?cè)，導(dǎo)熱油加熱器包括導(dǎo)熱油加熱器高溫側(cè)、導(dǎo)熱油加熱器低溫側(cè)；

排氣集箱一方面通過主煙氣管道經(jīng)EGR冷卻器高溫側(cè)連接主EGR設(shè)備，另一方面通過煙氣旁通管連接主EGR設(shè)備，主EGR設(shè)備連接進(jìn)氣集箱；

EGR冷卻器低溫側(cè)出口連通S-CO₂膨脹機(jī)進(jìn)口，S-CO₂膨脹機(jī)出口連通導(dǎo)熱油加熱器高溫側(cè)進(jìn)口，導(dǎo)熱油加熱器高溫側(cè)出口連通S-CO₂回?zé)崞鞲邷貍?cè)進(jìn)口，S-CO₂回?zé)崞鞲邷貍?cè)出口連通S-CO₂冷卻器進(jìn)口，S-CO₂冷卻器出口連通S-CO₂壓縮機(jī)進(jìn)口，S-CO₂壓縮機(jī)出口連通S-CO₂回?zé)崞鞯蜏貍?cè)進(jìn)口，S-CO₂回?zé)崞鞯蜏貍?cè)出口連通EGR冷卻器低溫側(cè)進(jìn)口，S-CO₂膨脹機(jī)連接發(fā)電機(jī)；

ORC蒸發(fā)器低溫側(cè)出口連通ORC膨脹機(jī)進(jìn)口，ORC膨脹機(jī)出口連通ORC回?zé)崞鞲邷貍?cè)進(jìn)口，ORC回?zé)崞鞲邷貍?cè)出口連通ORC冷凝器進(jìn)口，ORC冷凝器出口連通ORC回?zé)崞鞯蜏貍?cè)進(jìn)口，ORC回?zé)崞鞯蜏貍?cè)出口連通ORC蒸發(fā)器低溫側(cè)進(jìn)口，ORC蒸發(fā)器高溫側(cè)出口通過導(dǎo)熱油泵連通導(dǎo)熱油加熱器低溫側(cè)進(jìn)口，導(dǎo)熱油加熱器低溫側(cè)出口連通ORC蒸發(fā)器高溫側(cè)進(jìn)口，ORC膨脹機(jī)連接發(fā)電機(jī)；

EGR冷卻器、S-CO₂膨脹機(jī)、導(dǎo)熱油加熱器、ORC蒸發(fā)器、S-CO₂回?zé)崞?、S-CO₂冷卻器、S-CO₂壓縮機(jī)構(gòu)成S-CO₂回路，ORC蒸發(fā)器、ORC膨脹機(jī)、ORC回?zé)崞鳌RC冷凝器構(gòu)成ORC回路。

本發(fā)明還可以包括：

1、S-CO2回路上設(shè)置S-CO₂回?zé)崞?，S-CO₂回?zé)崞靼⊿-CO₂回?zé)崞鞲邷貍?cè)、S-CO₂回?zé)崞鞯蜏貍?cè)，ORC蒸發(fā)器高溫側(cè)出口與S-CO₂冷卻器進(jìn)口之間設(shè)置S-CO₂回?zé)崞鞲邷貍?cè)，S-CO₂壓縮機(jī)出口與EGR冷卻器低溫側(cè)進(jìn)口之間設(shè)置S-CO₂回?zé)崞鞯蜏貍?cè)。

2、S-CO₂回路上設(shè)置S-CO₂回?zé)崞?，S-CO₂回?zé)崞靼⊿-CO₂回?zé)崞鞲邷貍?cè)、S-CO₂回?zé)崞鞯蜏貍?cè)，S-CO₂膨脹機(jī)出口與ORC蒸發(fā)器高溫側(cè)進(jìn)口之間設(shè)置S-CO₂回?zé)崞鞲邷貍?cè)，S-CO₂壓縮機(jī)出口與EGR冷卻器低溫側(cè)進(jìn)口之間設(shè)置S-CO₂回?zé)崞鞯蜏貍?cè)。

3、ORC冷凝器出口與ORC回?zé)崞鞯蜏貍?cè)進(jìn)口之間安裝儲液罐和增壓泵。

4、S-CO₂膨脹機(jī)與S-CO₂壓縮機(jī)同軸。

5、所述的S-CO₂回路為超臨界CO₂布雷頓循環(huán)回路，ORC回路為有機(jī)郎肯循環(huán)回路；S-CO₂回路的熱源為EGR冷卻器的煙氣能量，ORC回路的熱源為S-CO₂回路膨脹機(jī)出口的S-CO₂。

本發(fā)明的優(yōu)勢在于：本發(fā)明將EGR和ORC系統(tǒng)相結(jié)合，能夠同時有效的解決船舶低速柴油機(jī)NOx污染物排放和能耗兩大問題，降低船舶低速柴油機(jī)NOx的排放，同時提高船舶低速柴油機(jī)的綜合能效。S-CO₂與EGR排氣直接接觸換熱，且EGR排氣具有較高的壓力，提高了EGR冷卻器的排氣側(cè)換熱系數(shù)，使EGR冷卻器具有結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)點，有利于該系統(tǒng)在船舶機(jī)艙的布置。同時通過ORC回收一部分S-CO₂系統(tǒng)回?zé)崞鞯哪芰?，降低S-CO₂的回?zé)岫?，使S-CO₂的與EGR排氣具有更好的匹配度，提高了系統(tǒng)的綜合效率。

附圖說明

圖1為實施方式一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實施方式三的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述：

實施方式一：

結(jié)合圖1，該系統(tǒng)由S-CO₂回路、ORC回路組成和EGR回路組成。其中S-CO₂回路由EGR冷卻器低溫側(cè)1、S-CO₂膨脹機(jī)6、ORC蒸發(fā)器高溫側(cè)2、S-CO₂回?zé)崞鞲邷貍?cè)3、S-CO₂冷卻器4、S-CO₂壓縮機(jī)5和S-CO₂回?zé)崞鞯蜏貍?cè)依次連接組成。其中S-CO₂回路還包括和S-CO₂膨脹機(jī)同軸連接的發(fā)電機(jī)7，以及為S-CO₂冷卻器4提供冷卻水的冷卻水泵8。ORC回路由ORC蒸發(fā)器低溫側(cè)2、ORC膨脹機(jī)14、ORC回?zé)崞鞲邷貍?cè)9、ORC冷凝器10、ORC工質(zhì)泵13、ORC儲液罐12和ORC回?zé)崞鞯蜏貍?cè)依次連接組成。其中ORC回路還包括和ORC膨脹機(jī)14同軸連接的發(fā)電機(jī)15，以及為ORC冷凝器10提供冷卻水的冷卻水泵11。EGR回路由排氣集箱16、主煙氣管道18、EGR冷卻器1高溫側(cè)、主EGR設(shè)備19和進(jìn)氣集箱20依次連接組成。其中EGR回路還包括用于旁通作用的煙氣旁通管17。

S-CO₂回路為超臨界CO₂布雷頓循環(huán)回路，ORC回路為有機(jī)郎肯循環(huán)回路。S-CO₂回路的熱源為EGR冷卻器的煙氣能量，ORC回路的熱源為S-CO₂回路膨脹機(jī)出口的S-CO₂。EGR冷卻器能夠?qū)GR排氣冷卻到排氣酸露點之上，或通過采用耐腐蝕材料，排氣可以冷卻到酸露點以下。S-CO₂膨脹機(jī)6和ORC膨脹機(jī)14可以同軸連接發(fā)電機(jī)或同軸連接動力傳動裝置直接將輸出動力回饋到低速柴油機(jī)曲軸輸出端。S-CO₂壓縮機(jī)可以與S-CO₂膨脹機(jī)同軸連接或單獨驅(qū)動。

由船舶低速柴油機(jī)排氣集箱16排出的廢氣首先通過與之相連的主排氣管道18進(jìn)入EGR冷卻器1之后排入主EGR設(shè)備19，在該設(shè)備中完成脫硫、進(jìn)一步冷卻之后導(dǎo)入進(jìn)氣集箱20，與新鮮空氣混合之后進(jìn)入船舶低速柴油機(jī)氣缸燃燒，排入排氣集箱16。進(jìn)入EGR冷卻器1的排氣與S-CO₂循環(huán)工質(zhì)直接進(jìn)行換熱，提高工質(zhì)的溫度。由EGR冷卻器1排出的高溫工質(zhì)則進(jìn)入膨脹機(jī)6做功，膨脹機(jī)6的膨脹功則通過與之同軸的發(fā)電機(jī)7轉(zhuǎn)化為電能。膨脹機(jī)6排出的S-CO₂則進(jìn)入ORC蒸發(fā)器2對ORC工質(zhì)進(jìn)行加熱，使ORC工質(zhì)蒸發(fā)過熱。從ORC蒸發(fā)器2排出的S-CO₂則繼續(xù)進(jìn)入S-CO₂回?zé)崞?對工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱。從S-CO₂回?zé)崞? 排出的S-CO₂則進(jìn)入S-CO₂冷卻器4冷卻后進(jìn)入S-CO₂壓縮機(jī)5進(jìn)行壓縮后，提高壓力后的S-CO₂循環(huán)工質(zhì)則進(jìn)入S-CO₂回?zé)崞?進(jìn)行預(yù)熱完成整個循環(huán)。S-CO₂冷卻器4中乏汽的能量則通過與冷卻水泵8提供的冷卻水換熱帶走。從ORC蒸發(fā)器2排出的過熱工質(zhì)則進(jìn)入膨脹機(jī)14做功，膨脹機(jī)14的膨脹功則通過與之同軸的發(fā)電機(jī)15轉(zhuǎn)化為電能。膨脹機(jī)14排出的乏汽則進(jìn)入回?zé)崞?對工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱。由回?zé)崞?排出的乏汽則進(jìn)入ORC冷凝器10冷凝。從ORC冷凝器10排出的ORC循環(huán)液態(tài)工質(zhì)則進(jìn)入儲液罐12，之后通過增壓泵13增壓之后進(jìn)入回?zé)崞?0預(yù)熱。之后進(jìn)入ORC蒸發(fā)器2中蒸發(fā)完成整個循環(huán)。ORC循環(huán)的乏汽能量通過由冷卻水泵11提供的冷卻水帶走。

實施方式二：

結(jié)合圖2，在實施方式一的基礎(chǔ)上，更改了S-CO₂回?zé)崞?的位置，由S-CO₂膨脹機(jī)6排出的S-CO₂首先進(jìn)入S-CO₂回?zé)崞?高溫側(cè)進(jìn)行回?zé)岷笤龠M(jìn)入ORC蒸發(fā)器2對ORC工質(zhì)加熱，使ORC工質(zhì)蒸發(fā)過熱，S-CO2壓縮機(jī)5出口經(jīng)S-CO2回?zé)崞?低溫側(cè)連通EGR冷卻器低溫側(cè)。

實施方式三：

結(jié)合圖3，在實施方式一的基礎(chǔ)上，為了降低ORC工質(zhì)高溫分解的危險，加入了保護(hù)ORC工質(zhì)的導(dǎo)熱油循環(huán)：增加了導(dǎo)熱油加熱器21、導(dǎo)熱油泵22，并調(diào)整了S-CO₂回?zé)崞?、ORC蒸發(fā)器2的連接關(guān)系，S-CO2膨脹機(jī)出口經(jīng)導(dǎo)熱油加熱器21高溫側(cè)連通S-CO₂回?zé)崞?高溫側(cè)進(jìn)口，ORC蒸發(fā)器2高溫側(cè)出口通過導(dǎo)熱油泵22連通導(dǎo)熱油加熱器21高溫側(cè)進(jìn)口，導(dǎo)熱油加熱器21高溫側(cè)出口連通ORC蒸發(fā)器2高溫側(cè)進(jìn)口，形成循環(huán)。