余热回收利用

1、余热回收利用（S-CO2）动力循环-应用海运业摘要 船舶动力的主要来源是柴油机，它已经发展成为一种高效的发电装置，用于推进和辅助用途。然而，只有小于50%的燃料能源转化为有用的工作，其余的损失。这是公认的，约占总能量的转换在30%型柴油机是在排拒天然气。最近授权的EEDI 1 系统大型船舶归功于任何可回收的能源设计的船。而一些节能的设备正在酝酿，利用风能和太阳能发电研究中，它被公认为从发动机废气和冷却水的余热回收仍然可以利用，以产生能量，从而提高能源效率的工厂。从废气中回收热能的方法之一是将热量传递给一个能量回收的介质。在大型船舶上，所用的是水和蒸汽，从而产生了我用于加热燃料油或用于涡轮机的电

2、能生产。本文提出了一种替代流体（超临界二氧化碳）作为一种手段，通过一个碳回收的能量闭环循环燃气轮机（布雷顿循环）它明显在较低的温度和无腐蚀性，无毒，不易燃，热稳定。在超临界状态下，S-CO2已高密度的结果，如涡轮机的部件的尺寸减小。超临界二氧化碳气体涡轮机可以在一个高的循环热效率，即使在温和的温度下产生的功率对550。周期可以在宽范围的操作压力为20。在一个典型的发动机安装在近海供应船的排气气体的能量回收量的案例研究，提出了理论计算的热量进行的UT的功率可由发动机的超临界CO2气轮机厂产生的废气和提取. 关键词：余热，S-CO2布雷顿循环，水， 一、引言 今天的大多数船舶使用柴油发动机的推进和

3、电力生产。通常被认为具有实际应用潜力的热排阻式柴油机为了浪费热量恢复是排气和外套冷却液。热通常是从一个以蒸汽的形式大型海轮主推进发动机的废气是最优选的介质用于燃料和货物加热，包括国内服务所需的加热。冷却水的热量通常以新鲜水的形式回收。从辅助余热回收辅助发动机，直到最近，没有考虑经济实用的除的情况下，大型客运船舶或船舶电力推进系统的操作。国际海事组织和国际海事组织的辩论她的国际论坛上的温室气体排放量的影响已经改变了许多方面的前景，寻找在不同的选择，增强的废物热回收作为一种手段提高船舶整体效率。在小型船舶，如近海供应和支持船只，有空间的豪华等，这种机制是一般不可用。沿海贸易一般经营其他船只不一般盟

4、友使用燃料，这需要加热，由于它们的交易模式，因此不回收能源从排气系统。据估计，全球约8000万吨的燃料对沿海船舶的全球消费量在2007 1 。在这仅贡献约660万吨的远洋船舶。从推进发动机的燃油消耗贡献约450万吨，其余的是从辅助发动机 2 。它也众所周知，释放到大气中的二氧化碳的量约为燃料燃烧量的3.1倍。因此，从废气中回收的能量会导致燃料减少消费和减少排放的结果。这本身可能被视为一种激励开发WHR系统具有高能量输出的尺寸和重量低的足迹，他们可以安装在船舶上，如供应船的船只。在超临界的范围内，使用一种流体在超临界范围内的热回收的装置之一。超临界流体在发电行业中的应用不是新的。大部分热功率植物

5、利用蒸汽在临界期（23.538 MPa）增加植物的热效率。同样，核电工业也使用超临界水蒸汽产生的战俘呃. 它是相信，下一代（第四代）的核电厂将使用不同的液体，如热回收CO2超临界阶段 3 。如表1所示，对于一个程度的温度升高，二氧化碳需要更少的能量相比，水，因为它的低比热容量. 二、命名1 S-CO2 -超临界二氧化碳2 二氧化碳-二氧化碳3 OSV近海供应船4 NIST美国国家标准与技术研究所5 换热器出口温度6 CP特热7 钾比热比8 热焓9 Pressure压力10 介绍11 WHR余热回收12 国际海事组织 三、超临界碳的性质 二氧化碳S-CO2 超临界流体是在其临界点上方的温度和压力

6、的任何物质。临界点代表物质可以作为一个存在的最高温度和压力汽液平衡。如图所示，在304.13 K的临界点（30.98°C）和73.88条、二氧化碳超临界流体兼有气体和液体的性质。 PressureTempSp. HeatDensityFluidCp(bar)(deg c)(kJ/kg-k)(kg/m3)H2O220.75373.95459.48377.03CO273.8830.9871.11555.1在图2a所示，在等压条件下，水的比热与温度的增加而减小虽然特定的二氧化碳的热量是略有增加，但其值是非常低的水 10 。如图所示，在等压条件下，两流体的焓增加。在较低的温度下，二氧化碳是有

7、更多的焓相比，水。在相变过程中吸收更多的水能量，而CO2不有任何相位变化。相变后，水和二氧化碳的焓变率相似 10 。 B 在图3所示，当以水为介质，恒温相变，限制最大流体温度时夹点。而这种现象并不是我朋的CO2，这允许更高的流体的温度来实现相同热源。因此碳二氧化物有效地捕捉来自源头的废物热量有一个约恒定的热容量，如发动机排气或其他热气体 6 。这是由于其在超临界区域的热容量的特点，提供了优越的匹配与其他工作流体，如蒸汽的沸腾过程中使用的热源的温度分布。二氧化碳的其他优点 二氧化碳是一种清洁、不可燃、无反应、无垢、无垢的工作流体。只要保持干燥，就无腐蚀性。一种基于蒸汽的热回收系统需要多阶段、多压

8、力，有效地从源中提取的热量。蒸汽回收系统的循环操作需要辅助设备的数量和有效的大型蒸汽筒应力的管理，是一种限制性因素6。有机和蒸汽为基础的余热回收系统，超临界二氧化碳可以实现高的效率，在较宽的温度范围内的热源与组件导致更小的系统占用 7 。与其他工作流体的高密度和体积的二氧化碳的热容量，使其更高的能量密度，作为一个结果，所有的系统组件的大小可以大大减少，而不失去性能。如图4 8 ，涡轮机的尺寸和数量当超临界二氧化碳作为工作流体时，减少了阶段。据估计，设计的S-CO2应用涡轮机可以为同一功率的汽轮机约1 /第一百大小放 5 方程确定的净工作 理想循环的输出和效率 9 利用超临界CO2作为热发动机的

9、工作流体，布雷顿封闭循环作为一个电源周期如图所示。 图5。结合理想与实际的P-V和T-S图v.case研究案例研究，试图估计所采取的排气气体和质量流率的二氧化碳的2290千瓦的主推进发动机装在一个海上供应船和也从废气中回收的能量。用于OSV发动机排气余热回收系统的功率循环S-CO2动力循环。代表S-CO2循环示意图在图所示二氧化碳的初始假设和性质1工作流体=二氧化碳2工作液相 透平压缩机=气相3压气机至涡轮=超临界相4压缩机入口温度T1 = 360 C（309.15 K）5压气机进口压力P1 = 14.78杆6压气机进口压力P1 =涡轮出口压力P47。压缩机出口压力P2 =涡轮进口压力P38。

10、压缩和膨胀的等熵过程9。热除和抑制是恒定的压力10。压气机质量流量=质量流量通过涡轮机11。二氧化碳比热比克= 1.28 12 12。在不同温度下的焓值从已发表的数据 10 13。压气机效率C= 0.914。涡轮效率T= 0.8515。烟气和S-CO2之间的热交换率为100%S-CO2和冷却剂之间的热交换率为100%排气温度为4270 C蛋白排气温度teout = 1700 C等熵过程（1-2）压缩机出口压力（P2）= X的压力比压缩机入口压力P2 = 73.9杆压缩机出来，让温度从方程（1）T2 = 439.61 K压气机入口流体的焓（H1）= 502.77焦耳/公斤在让压缩机的流体的焓（H

11、）= 603.90焦耳/公斤从方程的压缩机的工作（2）WC = 101.13焦耳/公斤通过压缩机从方程做实际工作（15）WCA = 112.37焦耳/公斤从方程的气体压缩机后实际焓（17）H2 = 615.14焦耳/公斤等压加热过程（2-3）以图形-参考1，在水轮机进水S-CO2温度T3407（680.15 K）流体的焓值（T3）是H3876.40焦耳/公斤热为单位质量的流体从方程（3）秦= 272.5焦耳/公斤实际热输入从方程的流体单元质量（19）将= 261.26焦耳/公斤等熵膨胀过程（3-4）涡轮出来，让温度从方程（4）4 = 478.31气体的焓值（T4）是H4 = 668.57焦耳/

12、公斤由涡轮机每单位质量的气体从方程所做的工作（5）重量= 207.83焦耳/公斤通过对方程的单位质量的气体涡轮机做实际工作（13）WTA = 176.66焦耳/公斤涡轮从方程后的流体实际焓（14）H4的= 699.74焦耳/公斤E.等压放热过程（4-1）从方程（6）中的冷却器中拒绝的热量Qout = 165.8焦耳/公斤2。拒绝在冷却器从方程的实际热（20）qouta = 196.97焦耳/公斤净工作完成和周期的效率单位质量循环的净工作输出流体从方程（7）就= 106.7焦耳/公斤单位质量循环的实际净产量从方程的流体（21）wneta = 64.29焦耳/公斤回来工作每单元流体质量比从方程（9

13、）WR = 0.49实际回来工作比每单位质量的流体从方程（22）WRA = 0.64从方程的循环热效率（8）日= 0.39从方程（23）的实际循环热效率THA = 0.25vi.heat能量进行排气一台12伏228发动机的主要发动机性能数据 500.8 ltrs/hr2.排气温度 427 OC3.排气流量 9.4 m3/sec4.发动机功率输出 2290 kW5.进气温度 49 OC废气带走的能量柴油的热值（CV）= 43400焦耳/公斤柴油燃料的重量（柴油）= 0.85公斤/升在427oC排气的比热CP = 1.008 kJkg·K燃油消耗（MF）=柴油*油耗425.68公斤/小时

14、供给发动机qsup = CV X中频能量18485796 kJ /人力资源5134.94 kJ /秒排气密度 11 Ext =（1.293×273×1.015）（273 + T）kg/m30.5118公斤/立方米废气的质量流量（文部科学省）=（下一个*EXT）公斤/秒=4.81公斤/秒废气带走的能量文部科学省X CP Qext = x t千焦耳/秒= 1833.07 kJ /秒由废气= Qext qsup x 100带走的能量百分比35.69%二氧化碳的质量流量热能损失的排气=热能源取得的S-CO2文部科学省X X X H CP T =心肌耗氧量在这里，H =H2 H3T

15、=蛋白teout二氧化碳的质量流量M =（MEXT XCP X T）CO2H2。没有考虑任何损失的二氧化碳的质量流量心肌耗氧量= 4.49公斤/秒3。0.9压气机效率时二氧化碳的质量流量mco2a = 4.69公斤/秒从废气中回收的能量循环净功输出WC = wneta X mco2a WC = 301.52 kJ /秒（KW）2能量百分比从中恢复废气= WC Qext X一百16.45%燃料回收的能量百分比供给能量=（厕所）×100qsup= 5.87% vii.discussion与结论 使用S-CO2 WHR过程的初步分析已经应用的案例研究。为了简化，热交换过程中的流量和效率的影响已被