中型邮轮柴油机余热回收系统性能研究

郑 雄，甘念重，徐 立，熊 超，王昕宇

(武汉理工大学 能源与动力工程学院，湖北 武汉 430063)

船舶在航行过程中会产生大量的能源消耗，但由于能源不可能一次性得到充分利用，在船舶营运过程中便会附带产生大量的余热[1]。相关研究表明，船用柴油机燃油中的能量只有不到50%转化为了有用的输出功，而其余的热量则以余热形式散失(其中主要包括尾气废热和冷却废热)[2]。这部分能量损失巨大，如果能够对其进行回收再利用将会实现节能减排，极大提高能源利用效率[3-5]。

1 船用柴油机余热回收系统

本文研究对象为某中型邮轮用柴油机，环境温度条件下该柴油机单机功率7 200 kW，产生的烟气量为12 606 kg/h，出口温度300 ℃。本节设计的有机朗肯循环余热回收系统示意图如图1所示。

图1 有机朗肯循环余热回收系统示意图

整个系统主要由蒸发器、过热器、膨胀机、冷凝器以及工质泵组成，其中1-2-3为船舶主机排气线路，4-5-6-7-8-4为有机工质循环线路。循环系统在设计和进行热力学计算过程中，对工质泵机械效率、蒸发器和过热器换热效率以及膨胀机等熵效率进行了考虑，其中工质泵机械效率(ηp)为0.95，蒸发器换热效率(ηe)以及过热器换热效率(ηsh)均为0.8，膨胀机等熵效率(ηex)为0.8。循环系统的冷凝温度为36 ℃，考虑到柴油机排气经换热器换热后，若温度过低，则废气中含有的硫元素会造成低温腐蚀，因此为避免该情况，排气末温为100℃。

2 ORC余热回收系统数学模型

1)换热器。如图1所示，系统中换热器由蒸发器和过热器组成，有机工质先进入蒸发器中通过吸收热量成为饱和蒸汽，随后进入过热器中被加热成为过热蒸汽。……