余熱回收利用

1、余熱回收利用（S-C02動力循環(huán)-應用海運業(yè)摘要 船舶動力的主要來源是柴油機，它已經(jīng)發(fā)展成為一種高效的發(fā)電裝置，用于推 進和輔助用途。然而，只有小于 50%的燃料能源轉化為有用的工作， 其余的損失。 這是公認的，約占總能量的轉換在 30%型柴油機是在排拒天然氣。最近授權的 EEDI 1 系統(tǒng)大型船舶歸功于任何可回收的能源設計的船。而一些節(jié)能的設備 正在醞釀， 利用風能和太陽能發(fā)電研究中， 它被公認為從發(fā)動機廢氣和冷卻水的 余熱回收仍然可以利用， 以產(chǎn)生能量， 從而提高能源效率的工廠。 從廢氣中回收 熱能的方法之一是將熱量傳遞給一個能量回收的介質。 在大型船舶上， 所用的是 水和蒸汽， 從而產(chǎn)生

2、了我用于加熱燃料油或用于渦輪機的電能生產(chǎn)。 本文提出了 一種替代流體（超臨界二氧化碳） 作為一種手段， 通過一個碳回收的能量閉環(huán)循 環(huán)燃氣輪機（布雷頓循環(huán)）它明顯在較低的溫度和無腐蝕性，無毒，不易燃，熱 穩(wěn)定。在超臨界狀態(tài)下， S-CO2 已高密度的結果，如渦輪機的部件的尺寸減小。 超臨界二氧化碳氣體渦輪機可以在一個高的循環(huán)熱效率， 即使在溫和的溫度下產(chǎn) 生的功率對550C。周期可以在寬范圍的操作壓力為 20。在一個典型的發(fā)動機安 裝在近海供應船的排氣氣體的能量回收量的案例研究， 提出了理論計算的熱量進 行的UT的功率可由發(fā)動機的超臨界 CO2氣輪機廠產(chǎn)生的廢氣和提取. 關鍵詞：余熱，S-CO

3、2布雷頓循環(huán)，水，一、引言今天的大多數(shù)船舶使用柴油發(fā)動機的推進和電力生產(chǎn)。 通常被認為具有實際應用潛力的 熱排阻式柴油機為了浪費熱量恢復是排氣和外套冷卻液。 熱通常是從一個以蒸汽的形式大型 海輪主推進發(fā)動機的廢氣是最優(yōu)選的介質用于燃料和貨物加熱，包括國內服務所需的加熱。 冷卻水的熱量通常以新鮮水的形式回收。 從輔助余熱回收輔助發(fā)動機， 直到最近， 沒有考慮 經(jīng)濟實用的除的情況下， 大型客運船舶或船舶電力推進系統(tǒng)的操作。 國際海事組織和國際海事組織的辯論她的國際論壇上的溫室氣體排放量的影響已經(jīng)改變了許多方面的前景，尋找在不同的選擇， 增強的廢物熱回收作為一種手段提高船舶整體效率。 在小型船舶，

4、如近海供應和支持船只， 有空間的豪華等， 這種機制是一般不可用。 沿海貿易一般經(jīng)營其他船只不一般盟友使用燃料，這需要加熱，由于它們的交易模式，因此不回收能源從排氣系統(tǒng)。據(jù)估計，全球約 8000 萬噸的燃料對沿海船舶的全球消費量在2007 1 。在這僅貢獻約 660 萬噸的遠洋船舶。從推進發(fā)動機的燃油消耗貢獻約 450 萬噸，其余的是從輔助發(fā)動機 2 。它也 眾所周知，釋放到大氣中的二氧化碳的量約為燃料燃燒量的 3.1 倍。因此，從廢氣中回收的 能量會導致燃料減少消費和減少排放的結果。這本身可能被視為一種激勵開發(fā) WHR 系統(tǒng)具 有高能量輸出的尺寸和重量低的足跡，他們可以安裝在船舶上，如供應船的

5、船只。在超臨界的范圍內， 使用一種流體在超臨界范圍內的熱回收的裝置之一。 超臨界流體在 發(fā)電行業(yè)中的應用不是新的。大部分熱功率植物利用蒸汽在臨界期（23.538 MPa）增加植物的熱效率。同樣，核電工業(yè)也使用超臨界水蒸汽產(chǎn)生的戰(zhàn)俘呃. 它是相信，下一代（第四代）的核電廠將使用不同的液體，如熱回收C02超臨界階段3 。如表1所示，對于一個程度的溫度升高，二氧化碳需要更少的能量相比，水，因為它的低比熱容量.二、命名1 S-C02 -超臨界二氧化碳2 二氧化碳 - 二氧化碳3 OSV-近海供應船4 - NIST美國國家標準與技術研究所5 換熱器出口溫度6 CP 特熱7 鉀比熱比8 熱焓9 Press

6、ure 壓力10 介紹11 WHR 余熱回收12 國際海事組織三、超臨界碳的性質二氧化碳 S-CO2超臨界流體是在其臨界點上方的溫度和壓力的任何物質。 臨界點代表物質可以作為一個存在 的最高溫度和壓力汽液平衡。如圖所示，在 304.13 K的臨界點（30.98 ° C）和73.88條、 氧化碳超臨界流體兼有氣體和液體的性質。TOO 2593004301ICIFluidPressure(bar)Temp (deg c)Sp. HeatCp (kJ/kg-k)Den sityp(kg/m3)H2O220.75373.95459.48377.03CO273.8830.9871.11555.

7、1在圖2a所示，在等壓條件下，水的比熱與溫度的增加而減小雖然特定的二氧化碳的熱量是略有增加，但其值是非常低的水10 。如圖所示，在等壓條件下，兩流體的焓增加。在較低的溫度下，二氧化碳是有更多的焓相比, 水。在相變過程中吸收更多的水能量，而CO2不在圖3所示，當以水為介質，恒溫相變，限制最大流體溫度時夾點。而這種現(xiàn)象并不是我朋的CO2,這允許更高的流體的溫度來實現(xiàn)相同熱源。因此碳二氧化物有效地捕捉來自源頭的廢物熱量有一個約恒定的熱容量，如發(fā)動機排氣或其他熱氣體6 。這是由于其在超臨界區(qū)域的熱容量的特點，提供了優(yōu)越的匹配與 其他工作流體，如蒸汽的沸騰過程中使用的熱源的溫度分布。二氧化碳的其他優(yōu)點二

8、氧化碳是一種清潔、不可燃、無反應、無垢、無垢的工作流體。只要保持干燥，就無腐蝕性。一種基于蒸汽的熱回收系統(tǒng)需要多階段、多壓力，有效地從源中提取的熱量。蒸汽回收系統(tǒng)的循環(huán)操作需要輔助設備的數(shù)量和有效的大型蒸汽筒應力的管理，是一種限制性因素6。有機和蒸汽為基礎的余熱回收系統(tǒng)，超臨界二氧化碳可以實現(xiàn)高的效率，在較寬的溫度范圍內的熱源與組件導致更小的系統(tǒng)占用7。與其他工作流體的高密度和體積的二氧化碳的熱容量，使其更高的能量密度，作為一個結果，所有的系統(tǒng)組件的大小可以大大減少，而不失去性能。如圖4 8 ,渦輪機的尺寸和數(shù)量當超臨界二氧化碳作為工作流體時，減少了階段。據(jù)估計，設計的S-C02應用渦輪機可以

9、為同一功率的汽輪機約 1 /第一百大小放5Cf hotMb* UJHIbriRD EiCd COjSlGfcU IIHUkLK- 5 O' 51 1V百my iiww KLd卅前$站1即H-clnmi habuc r 肝 33? MW* IS* MWar1-1 Va*. L QiS 郵如監(jiān)nubiJte. 4 血型、I5U MW 押50；£irrthf«il miDiii方程確定的凈工作理想循環(huán)的輸出和效率9 利用超臨界C02作為熱發(fā)動機的工作流體，布雷頓封閉循環(huán)作為一個電源周期 如圖所示。v.case研究案例研究，試圖估計所采取的排氣氣體和質量流率的二氧化碳的22

10、90千瓦的主推進發(fā)動機裝在一個海上供應船和也從廢氣中回收的能量。用于OSV發(fā)動機排氣余熱回收系統(tǒng)的功率循環(huán) S-C02動力循環(huán)。代表S-C02循環(huán)示意圖在圖所示II1 CtJOLR It Li00氧化碳的初始假設和性質1工作流體二二氧化碳 2工作液相透平壓縮機=氣相3壓氣機至渦輪=超臨界相 4壓縮機入口溫度 T1 = 360 C（309.15 K） 5壓氣機進口壓力P1 = 14.78桿6壓氣機進口壓力P1 =渦輪出口壓力P47。壓縮機出口壓力P2 =渦輪進口壓力P3&壓縮和膨脹的等熵過程9。熱除和抑制是恒定的壓力10。壓氣機質量流量=質量流量通過渦輪機11。二氧化碳比熱比克=1.28

11、 12 12。在不同溫度下的焓值從已發(fā)表的數(shù)據(jù)10 13。壓氣機效率n C= 0.9 14。渦輪效率n T= 0.8515。煙氣和 S-CO2 之間的熱交換率為 100%S-CO2 和冷卻劑之間的熱交換率為 100%排氣溫度為4270 C蛋白 排氣溫度 teout = 1700 C 等熵過程（ 1-2）壓縮機出口壓力（ P2）= X 的壓力比壓縮機入口壓力 P2 = 73.9桿 壓縮機出來，讓溫度從方程（ 1）T2 = 439.61 K 壓氣機入口流體的焓（ H1）= 502.77焦耳/公斤 在讓壓縮機的流體的焓（ H）= 603.90焦耳/公斤 從方程的壓縮機的工作（ 2）WC = 101.

12、13焦耳/公斤 通過壓縮機從方程做實際工作（ 15）WCA = 112.37焦耳/公斤 從方程的氣體壓縮機后實際焓（ 17）H2 = 615.14焦耳/公斤 等壓加熱過程（ 2-3）以圖形-參考1在水輪機進水S-CO2溫度T3 = 407C（ 680.15 K） 流體的焓值（T3 ）是H3 = 876.40焦耳/公斤熱為單位質量的流體從方程（ 3）秦= 272.5焦耳/公斤 實際熱輸入從方程的流體單元質量（ 19）將= 261.26焦耳/公斤 等熵膨脹過程（ 3-4）渦輪出來，讓溫度從方程（ 4） 4 = 478.31氣體的焓值（T4）是H4 = 668.57焦耳/公斤 由渦輪機每單位質量的氣

13、體從方程所做的工作（ 5）重量= 207.83焦耳/公斤通過對方程的單位質量的氣體渦輪機做實際工作（ 13） WTA = 176.66焦耳/公斤渦輪從方程后的流體實際焓（14）H4的=699.74焦耳/公斤E.等壓放熱過程（4-1）從方程（ 6）中的冷卻器中拒絕的熱量 Qout = 165.8 焦耳/公斤 2。拒絕在冷卻器從方程的實際熱（ 20） qouta = 1 96.97焦耳/公斤 凈工作完成和周期的效率單位質量循環(huán)的凈工作輸出流體從方程（ 7）就= 106.7焦耳/公斤 單位質量循環(huán)的實際凈產(chǎn)量從方程的流體（ 21） wneta = 64 . 29焦耳/公斤 回來工作每單元流體質量比從

14、方程（ 9） WR = 0.49 實際回來工作比每單位質量的流體從方程（ 22） WRA = 0.64從方程的循環(huán)熱效率（8）n日=0.39從方程（ 23）的實際循環(huán)熱效率vi.heat能量進行排氣n THA = 0.25臺 12 伏 228 發(fā)動機的主要發(fā)動機性能數(shù)據(jù)2. 排氣溫度- 500.8ltrs/hr O-427 OC- 9.43. 排氣流量4. 發(fā)動機功率輸出5. 進氣溫度廢氣帶走的能量3m /sec-2290 kWO- 49 C柴油的熱值（ CV） = 43400焦耳/公斤柴油燃料的重量（p柴油）=0.85公斤/升在 427oC 排氣的比熱 CP = 1.008 kJ/kg K燃

15、油消耗（MF） = p柴油*油耗425.68公斤/小時供給發(fā)動機qsup = CV X中頻能量18485796 kJ人力資源5134.94 kJ秒排氣密度11 p Ext = （1.293X 273X 1.015） （273 + T） kg/m30.5118 公斤/立方米廢氣的質量流量（文部科學?。?（下一個* p EXT）公斤/秒=4.81公斤/秒廢氣帶走的能量文部科學省 X CP Qext = x t千焦耳/秒=1833.07 kJ秒由廢氣 = Qext qsup x 100帶走的能量百分比 35.69%二氧化碳的質量流量熱能損失的排氣 =熱能源取得的 S-CO2文部科學省 X X X H

16、 CP T =心肌耗氧量在這里， H =-H2 H3T =蛋白- teout 二氧化碳的質量流量 M = （MEXT XCP X T ）CO2H2。沒有考慮任何損失的二氧化碳的質量流量心肌耗氧量 = 4.49公斤/秒3。0.9壓氣機效率時二氧化碳的質量流量 mco2a = 4.69公斤/秒 從廢氣中回收的能量循環(huán)凈功輸出 WC = wneta X mco2a WC = 301.52 kJ 秒（KW）2 能量百分比從中恢復廢氣 = WC Qext X 一百 16.45%燃料回收的能量百分比供給能量=（廁所）X 100qsup? = 5.87%vii.discussion 與結論使用 S-CO2 WHR 過程的初步分析已經(jīng)應用的案例研究。為了簡化，熱交換過 程中的流量和效率的影響