一种可用于船舶重油输送管道保温的低温尾气余热回收装置及系统

本发明涉及余热回收领域，具体为一种可用于船舶重油输送管道保温的低温尾气余热回收装置及系统。

背景技术：

随着全球经济的持续增长,船舶运输行业取得了迅速的发展,远洋船舶吨位与数量也随之大幅增涨。同时出现大量的尾气排放以及能源的消耗，为提高能源的利用效率，减缓能源紧缺的现状,近些年来,国内外许多科研院所开展大量船舶废气余热回收的研究。

在船舶柴油机中的排烟中,热量随尾气排烟一起排出,为了对尾气排烟中的热量进行回收,常常采用换热的方式进行余热的收集。目前,船用柴油机余热回收后的尾气温度已经降到60-75℃。但是现有技术中，大部分柴油机尾气余热降到这个范围之后不再回收，造成资源的浪费。

船用重油是指低脂燃油泛指品质低劣、使用困难、价格低廉的船用燃油(俗称重油)，船舶柴油机使用的重油多为“中间燃料油”或“残渣油”，其密度大、黏度高、成分复杂、发火性差以及难以管道输送。重油在输送及使用前往往要经过与预加热。在对燃油储存舱的燃油进行驳运前,需提前较长时间对燃油储存舱进行预热到50℃左右。此外,在船舶航行过程中,需对整个油舱及输油管道进行保温，以保证燃油能随时进行驳运,保温所需的热量全部用于平衡整个油舱与外界的换热。

船舶冬季采暖大多采用蒸汽加热、电加热或海水源热泵空调的方法。目前，蒸汽加热需要配套专用船用锅炉,设备使用复杂,成本高、运行维护难；电加热需要固定电源,船舶电源来自柴油发电机,柴油发电机燃油热效率约为40-50％,有大量的废热被海水带走无法有效利用；海水源热泵空调受海水温度限制,海水温度低于6℃时,空调制热量会急剧下降,海水温度2℃以下时,海水源热泵空调将无法正常工作。采用尾气余热对重油储油舱及输送管道的加热与保温，节能环保、具有良好的实用性。

技术实现要素：

发明目的：为船用柴油机的低品质低温尾气提供一种余热利用装置及系统，并实现重油输送管道的保温。基于现有的尾气余热回收系统多以回收高温尾气为目的，而忽视了低温尾气的利用价值，60-70℃的尾气直接排放也会造成能源的浪费。本发明将低温尾气废热再利用，对重油输送管道保温，大大提高了能源利用效率。

技术方案：一种可用于船舶重油输送管道保温的低温尾气余热回收系统，所述的系统主要包括：低温尾气余热回收装置、重油输送管道、保温铜管、气体冷却塔、储液箱、水泵和液压控制装置等；

所述的低温尾气余热回收装置由储液箱及水泵提供液态环戊烷，所述的环戊烷在低温尾气余热回收装置的换热铜管内汽化吸热完成与尾气的换热环节；环戊烷气体经管道送至重油输送管道周围的保温铜管液化放热，给重油保温；从所述保温铜管流出的环戊烷经冷却塔冷却后进入储液箱。

作为优化：所述的低温尾气余热回收装置包括壳体、腔道、换热铜管；所述的壳体有两个腔室，包括内腔和外腔；所述的壳体的内腔直接与尾气入口、尾气出口连通，内有换热铜管；所述壳体的外腔直接与铜管出口及气体出口连通。

作为优化：所述的低温尾气余热回收装置的壳体的内腔为球形换热腔，内有换热铜管，低温尾气经尾气入口进入内腔，完成尾气换热，经尾气出口排出。所述壳体的外腔为椭球形腔室，环戊烷气体以及未汽化的环戊烷在外腔汇聚，环戊烷气体从外腔顶部的气体出口流出。环戊烷液体在外腔继续吸热汽化。

作为优化：所述的换热铜管的一端为铜管入口与环戊烷的液体入口相连，环戊烷经液体入口进入换热铜管，在铜管内完成换热，不与尾气接触；所述铜管的另一端为铜管出口与所述壳体的外腔连通，完成换热的环戊烷从铜管出口进入外腔。

作为优化：所述的低温尾气余热回收装置的气体出口处设有压力继电器，控制电磁阀及水泵的启停，避免循环过程中压力过高。

作为优化：所述的水泵出口处设有流量控制元件，可以根据气体压力控制供液速率；所述的低温尾气余热回收装置的液体入口处设有单向阀，防止液体回流。

作为优化：所述的保温铜管盘绕在所述的重油输送管道的管壁，利用铜管中环戊烷气体液化放热，实现重油保温。液化后的气液混合的环戊烷进入所述的气体冷却塔，实现气态环戊烷的完全液化，进入储液箱，完成循环。

与其他技术相比，本发明的优点在于：1、利用低温尾气余热进行重油保温，提高能源利用效率；2、换热工质采用环戊烷，提高了换热效率；3、利用环戊烷换热时的物态变化及压力变化，实现气体的自流动；4、循环过程中压力及换热速率可控。5、装置结构简单，运行成本低。

附图说明

图1为低温尾气废热再利用系统流程图；

图中序号标注如下：1低温尾气余热回收装置,2单向阀,3流量控制,4水泵,5电磁阀,6储液箱,7气体冷却塔,8重油输送管道,9保温铜管,10压力继电器,11压力表。

图2为低温尾气余热回收装置示意图；

图中序号标注如下：1-1气体出口，1-2壳体，1-3尾气出口，1-4铜管入口，1-5液体入口，1-6尾气入口，1-7换热铜管，1-8内腔，1-9外腔，1-10铜管出口。

图3为本发明的壳体示意图；

图4为本发明的换热铜管示意图；

图5为本发明的重油输送管道示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示的低温尾气废热再利用系统流程图，所述低温尾气余热回收装置1由储液箱6及水泵4提供液态环戊烷，所述环戊烷在装置1的换热铜管1-7内汽化吸热完成与尾气的换热环节；环戊烷气体经管道送至重油输送管道8周围的保温铜管9液化放热，给重油保温；从所述保温铜管流出的环戊烷经冷却塔7冷却后进入储液箱6。

如图2所示的低温尾气余热回收装置，所述的低温尾气余热回收装置1，装置包括壳体1-2、腔道、换热铜管1-7。如图3所示，所述壳体有两个腔室，包括内腔1-8和外腔1-9。所述壳体内腔1-8直接与尾气入口1-6、尾气出口1-3连通，内有换热铜管1-7。所述壳体外腔1-9直接与铜管出口1-10及气体出口1-1连通。所述壳体内腔1-8为球形换热腔，内有换热铜管1-7，低温尾气经尾气入口1-6进入内腔1-8，完成尾气换热，经尾气出口1-3排出。所述壳体外腔1-9为椭球形腔室，环戊烷气体以及未汽化的环戊烷在外腔1-9汇聚，环戊烷气体从外腔1-9顶部的气体出口1-1流出。环戊烷液体在外腔1-9继续吸热汽化。

如图4所示的换热铜管，所述换热铜管1-7的一端为铜管入口1-4与环戊烷液体入口1-5相连，环戊烷经液体入口1-5进入换热铜管1-7，在铜管内完成换热，不与尾气接触；所述铜管的另一端为铜管出口1-10与所述壳体外腔1-9连通，完成换热的环戊烷从铜管出口1-10进入外腔1-9。

如图5所示，保温铜管9盘绕在所述重油输送管道8的管壁，利用铜管中环戊烷气体液化放热，实现重油保温。液化后的气液混合的环戊烷进入所述的气体冷却塔7，实现气态环戊烷的完全液化，进入储液箱6、完成循环。

如图1所示，低温尾气余热回收装置1的气体出口1-1处设有压力继电器10，控制电磁阀5及水泵4的启停，避免循环过程中压力过高。

如图1所示，水泵出口处设有流量控制元件3，可以根据气体压力控制供液速率；所述的低温尾气余热回收装置1的液体入口1-5处设有单向阀2，防止液体回流。

以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也视为发明保护之内。