基于半导体温差发电的船舶余热利用实验研究

发布时间：2019-11-30 06:24

【摘要】：随着全球贸易一体化进程的加快,人类对能源的依赖性及生存环境的关注达到前所未有的程度,节能减排日渐成为科研机构共同关注的热点话题。海洋运输作为国际贸易的主要手段,承担了 80%以上的国际贸易总运量。船舶作为航运业主要的能耗大户,其烟气余热不仅总量非常丰富,而且占船舶余热份额的一半以上,如果能利用节能技术将浪费掉的余热加以回收利用,不仅能提高船舶燃油经济性还能改善海洋环境。温差发电技术具有良好的热电转换性能,适合将低品位余热转换成电能,本文基于半导体温差发电技术结合船舶余热特点对以船舶余热为热源的温差发电开展研究,主要工作包括:首先,以某远洋运输公司的四种主流船型为研究对象,选取实船运营数据进行计算和分析,并根据船舶主机烟气、船舶发电柴油机烟气和船舶焚烧炉烟气余热的不同温度分布特点,对余热温差发电利用方案进行了实验研究和装置设计。其次,搭建了船舶余热温差发电实验台。开展了对温差发电装置输出功率性能优化的研究。针对三种不同船舶烟气余热特点,设计了不同的余热回收装置。分别为:船舶主机烟气回收采用搭载中低温温差发电片的不带导热油结构温差发电装置;船舶发电柴油机烟气回收采用中低温温差发电片的带导热油结构温差发电装置;船舶焚烧炉采用搭载高温温差发电片不带导热油结构温差发电装置。对三种不同发电装置在最佳工况时进行性能研究。船舶主机温差发电装置在烟气温度为440℃工况时最大输出功率为428 W装置热效率为4.01%;船舶发电柴油机温差发电装置在烟气温度为377℃工况时最大输出功率为426 W装置热效率为4.06%;船舶焚烧炉温差发电装置在烟气温度为520℃工况时最大输出功率为879 W装置热效率为4.36%。最后,以大连海事大学"育鲲轮"主机、发电柴油机及焚烧炉各项参数为依据,对船用余热温差发电装置进行了设计开发。经计算,若船舶烟气余热可得到充分回收利用,预计每米长度的温差发电装置可产生最大输出功率分别约为8.45 kW、3.55kW 和 9.45kW。
【图文】：

图１．２动力涡轮示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｏｗｅｒ邋ｔｕｒｂｉｎｅ逡逑如图１．２所示为ＡＢＢ产动力涡轮，动力涡轮主要目的是为了回收船舶柴油逡逑机排气的余压能，，使用时转换的能量不仅可以直接接入船舶上的动力输出装置，逡逑也可以与发电设备连接为其提供动力。ＭＡＮ邋Ｂ＆Ｗ公司研发的ＴＣＳ＾＾ｎ瓦锡兰逡逑Ｓｕｌｚｅｒ公司推出的ＥＢＳ都使用了邋ＶＧＴ邋（可变涡轮截面）技术，设计了由动力涡逡逑轮发电机发电的余热回收系统。ＭＡＮ邋Ｂ＆Ｗ公司设计了一种涡轮增压器与动力逡逑涡轮并联的方案，使一部分排气绕过废气涡轮增压器直接进入动力涡轮，提高了逡逑能量的利用率。计算表明，如果动力涡轮用来驱动水蒸气朗肯循环，这种方法在逡逑船舶主机ＳＭＣＲ下可增加输出功率３？５邋％［３６］。瓦锡兰公司也开发了相似的并联逡逑余热回收系统，以Ｗｉｉｒｔｓｉｌａ邋１４ＲＴ－ｆｌｅｘ９６Ｃ邋（ＣＭＣＲ为８００８０邋ｋＷ）为例，结果表逡逑明，在船舶柴油机输出功率不变的情况下，旁通１０邋％的船舶柴油机排气进入动逡逑力涡轮做功，１００邋％ＣＭＣＲ工况下动力涡轮可输出功率约为２５００邋ｋＷ［３７］。逡逑２）朗肯循环技术逡逑朗肯循环是一种将热能转换为机械功的热力学循环

ｍ逡逑琢逡逑图１．２动力涡轮示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｏｗｅｒ邋ｔｕｒｂｉｎｅ逡逑如图１．２所示为ＡＢＢ产动力涡轮，动力涡轮主要目的是为了回收船舶柴油逡逑机排气的余压能，使用时转换的能量不仅可以直接接入船舶上的动力输出装置，逡逑也可以与发电设备连接为其提供动力。ＭＡＮ邋Ｂ＆Ｗ公司研发的ＴＣＳ＾＾ｎ瓦锡兰逡逑Ｓｕｌｚｅｒ公司推出的ＥＢＳ都使用了邋ＶＧＴ邋（可变涡轮截面）技术，设计了由动力涡逡逑轮发电机发电的余热回收系统。ＭＡＮ邋Ｂ＆Ｗ公司设计了一种涡轮增压器与动力逡逑涡轮并联的方案，使一部分排气绕过废气涡轮增压器直接进入动力涡轮，提高了逡逑能量的利用率。计算表明，如果动力涡轮用来驱动水蒸气朗肯循环，这种方法在逡逑船舶主机ＳＭＣＲ下可增加输出功率３？５邋％［３６］。瓦锡兰公司也开发了相似的并联逡逑余热回收系统，以Ｗｉｉｒｔｓｉｌａ邋１４ＲＴ－ｆｌｅｘ９６Ｃ邋（ＣＭＣＲ为８００８０邋ｋＷ）为例，结果表逡逑明，在船舶柴油机输出功率不变的情况下，旁通１０邋％的船舶柴油机排气进入动逡逑力涡轮做功
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U664;X736.3

【参考文献】

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本文编号：2567810