一种船舶柴油机废气余热回收利用系统及其回收方法

本发明涉及船舶柴油机废气利用技术领域，具体涉及一种船舶柴油机废气余热回收利用系统及其回收方法。

背景技术：

船舶在航行过程中，船舶主机、船舶锅炉、船舶辅机为主要耗油装置，其中，船舶主机所耗燃料最高，而船舶主机的热效率一般在30％～45％，其余大部分热量分别通过柴油机排气、热辐射、冷却介质等形式散失到大气环境中，这些未被充分利用的热量统称余热。大型船舶柴油机功率巨大，热排放热量非常多，通过船舶余热回收，可有效利用废气余热，从而实现节能降耗，节省成本。船舶节能、降低燃料消耗、提高船舶动力装置经济性，是造船业的重大任务。

21世纪，随着航运业的快速发展，我国船舶保有量急速增长，随之而来的是船舶排放污染问题。据有关部门统计，我国船舶每年nox排放量约为1275万吨，其中损失了无数的废气热量。

但是，现有的设备对废气余热的利用率较低，而且对废气的处理效果不好，这样会加大对环境的污染，使用非常不便。因此，以上问题亟需解决。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种船舶柴油机废气余热回收利用系统及其回收方法，在净化废气的同时，能够充分运用废气余热进行发电来满足自给自足，不再需要船舶额外供电来保证本系统的运行，从而实现了船舶在节能的前提下，净化船舶柴油机废气、保护环境的责任。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：本发明的一种船舶柴油机废气余热回收利用系统，其创新点在于：包括第一废气管道、海水淡化循环回路、第一废气汇集柜、溴化锂制冷循环回路、第二废气汇集柜、第二废气管道、集热器、第三废气管道和废气净化器；所述第一废气管道呈三通状结构，且其一端口与船舶柴油机的废气排放口密封连通，所述第一废气管道的其余两端口分别与所述第一废气汇集柜的进气口以及所述第二废气汇集柜的进气口密封连通，且在所述第一废气汇集柜处还贯穿设有海水淡化循环回路，并通过海水淡化循环回路对第一废气汇集柜内的废气进行一次降温；在所述第二废气汇集柜处还贯穿设有溴化锂制冷循环回路，并通过溴化锂制冷循环回路对第二废气汇集柜内的废气进行一次降温；所述第二废气管道呈三通状结构，且其两端口分别与所述第一废气汇集柜的出气口以及所述第二废气汇集柜的出气口密封连通，所述第二废气管道的第三端口与所述集热器的进气端密封连通，并将一次降温后的废气导入所述集热器内进行二次降温；所述集热器的出气端通过第三废气管道与所述废气净化器的进气端密封连通，并将二次降温后的废气导入所述废气净化器内进行净化处理，再由废气净化器的出气端排出至外界。

优选的，所述第一废气汇集柜和所述第二废气汇集柜均为中空箱体状结构，并分别给船舶柴油机排放的废气提供热交换空间。

优选的，所述海水淡化循环回路包括增压器、储气池、发电机、冷凝器和冷气管道；所述储气池贯穿所述第一废气汇集柜，且其进口端通过冷气管道与所述增压器的出口密封连通，并将冷的二氧化碳增压后送入储气池内，与第一废气汇集柜内的废气进行热交换；所述储气池的出口端依次经冷气管道、发电机与所述冷凝器的进口端密封连通，并将加热后的二氧化碳送入冷凝器内进行热交换，所述冷凝器的出口端通过冷气管道与所述增压器的进口密封连通，且将降温后的二氧化碳送入增压器内，并形成循环回路。

优选的，加热后的二氧化碳带动所述发电机发电。

优选的，在所述冷凝器内设有反渗透膜，且所述冷凝器的进口通过水泵与海水连通，并将海水泵入冷凝器内与加热后的二氧化碳进行热交换后，再通过反渗透膜实现海水淡化，形成淡水和卤水。

优选的，所述溴化锂制冷循环回路包括溴化锂制冷装置、水管和储水池；所述储水池贯穿所述第二废气汇集柜，且其进口端通过水管与所述溴化锂制冷装置的出口密封连通，并将冷凝水送入储水池内，与第二废气汇集柜内的废气进行热交换气化形成水蒸气；所述储水池的出口端通过水管与所述溴化锂制冷装置的进口密封连通，且将水蒸气进行冷却形成冷凝水，并形成循环回路。

优选的，还包括电氧化装置，且所述电氧化装置包括电缆、蓄电池和电氧化反应器；所述集热器通过电缆与所述蓄电池电性连接，且一次降温后的废气通过第二废气管道输送到所述集热器中进行进一步集热发电并储存到蓄电池中；所述蓄电池通过电缆与所述电氧化反应器电性连接，且所述电氧化反应器设置在船舶的生活污水舱内，并通过电氧化反应器将生活污水舱内的废水氧化降解成生活用水。

优选的，还包括电机；在第三废气管道上还设有电机，所述电机的供电由所述集热器内的蓄电池提供，且通过电机将二次降温后的废气导入所述废气净化器内。

优选的，在所述废气净化器的出气端还设有感应盖，且所述废气净化器的出气端通过感应盖与外界连通。

本发明的一种船舶柴油机废气余热回收利用系统的回收方法，其创新点在于包括以下步骤：

步骤一：首先废气通过第一废气管道一分为二，一部分进入到第一废气汇集柜，另一部分进入到第二废气汇集柜；

步骤二：然后冷的二氧化碳经由增压器增压后送入储气池内，与第一废气汇集柜内的废气进行热交换；然后加热后的二氧化碳带动发电机发电，再送入冷凝器内，与冷凝器内的海水进行热交换，降温后的二氧化碳送入增压器内形成循环回路；

步骤三：同时，冷凝水送入储水池内，与第二废气汇集柜内的废气进行热交换气化形成水蒸气；然后水蒸气进入溴化锂制冷装置进行冷却形成冷凝水，并形成循环回路；

步骤四：一次降温后的废气通过第二废气管道输送到集热器中进行进一步集热发电并储存到蓄电池中；然后蓄电池驱动电氧化反应器将生活污水舱内的废水氧化降解成生活用水；

步骤五：然后二次降温后的废气通过电机导入废气净化器内进行净化处理，达到废气净化标准后再通过废气净化器的感应盖排出至外界。

本发明的有益效果：

（1）本发明在净化废气的同时，能够充分运用废气余热进行发电来满足自给自足，不再需要船舶额外供电来保证本系统的运行，从而实现了船舶在节能的前提下，净化船舶柴油机废气、保护环境的责任；

（2）本发明能够为船员的生活起居提供冷气，大大提高了船员在船舶上的生活质量，减少了船员舱室空调的开启次数，从而节约了船舶供电；

（3）本发明提供的冷气，可以为船舶发动机部分区域进行制冷，从而延长了船舶发动机的使用寿命，节约了成本；

（4）本发明可为船舶提供淡水，一定程度上减少了船舶运行成本；

（5）本发明通过电氧化反应器将生活污水舱内的废水氧化降解成生活用水，从而实现了水循环。

附图说明

为了更清晰地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种船舶柴油机废气余热回收利用系统的结构示意图。

其中，1-第一废气管道；2-增压器；3-储气池；4-第一废气汇集柜；5-发电机；6-冷凝器；7-冷气管道；8-溴化锂制冷装置；9-水管；10-储水池；11-第二废气汇集柜；12-第二废气管道；13-集热器；14-第三废气管道；15-电机；16-废气净化器；17-感应盖；18-电缆；19-蓄电池；20-电氧化反应器；21-生活污水舱。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明的一种船舶柴油机废气余热回收利用系统，包括第一废气管道1、海水淡化循环回路、第一废气汇集柜4、溴化锂制冷循环回路、第二废气汇集柜11、第二废气管道12、集热器13、第三废气管道14和废气净化器16；具体结构如图1所示，第一废气管道1呈三通状结构，且其一端口与船舶柴油机的废气排放口密封连通，第一废气管道1的其余两端口分别与第一废气汇集柜4的进气口以及第二废气汇集柜11的进气口密封连通，且在第一废气汇集柜4处还贯穿设有海水淡化循环回路，并通过海水淡化循环回路对第一废气汇集柜4内的废气进行一次降温；其中，第一废气汇集柜4和第二废气汇集柜11均为中空箱体状结构，并分别给船舶柴油机排放的废气提供热交换空间。

本发明中海水淡化循环回路包括增压器2、储气池3、发电机5、冷凝器6和冷气管道7；如图1所示，储气池3贯穿第一废气汇集柜4，且其进口端通过冷气管道7与增压器2的出口密封连通，并将冷的二氧化碳增压后送入储气池3内，与第一废气汇集柜4内的废气进行热交换；储气池3的出口端依次经冷气管道7、发电机5与冷凝器6的进口端密封连通，并将加热后的二氧化碳送入冷凝器6内进行热交换，冷凝器6的出口端通过冷气管道7与增压器2的进口密封连通，且将降温后的二氧化碳送入增压器2内，并形成循环回路。其中，加热后的二氧化碳带动发电机5发电，给各种小规模的生活电器供电，并实现自给自足。本发明中二氧化碳经增压器2增压后，气体分子距离减少，可加速吸热进程。

如图1所示，在冷凝器6内设有反渗透膜，且冷凝器6的进口通过水泵与海水连通，并将海水泵入冷凝器6内与加热后的二氧化碳进行热交换后，再通过反渗透膜实现海水淡化，形成淡水和卤水，淡水经过杀菌处理后即可成为生活用水。

本发明在第二废气汇集柜11处还贯穿设有溴化锂制冷循环回路，并通过溴化锂制冷循环回路对第二废气汇集柜11内的废气进行一次降温；其中，溴化锂制冷循环回路包括溴化锂制冷装置8、水管9和储水池10；如图1所示，储水池10贯穿第二废气汇集柜11，且其进口端通过水管9与溴化锂制冷装置8的出口密封连通，并将冷凝水送入储水池10内，与第二废气汇集柜11内的废气进行热交换气化形成水蒸气；储水池10的出口端通过水管9与溴化锂制冷装置8的进口密封连通，且将水蒸气进行冷却形成冷凝水，并形成循环回路。本发明中溴化锂制冷装置8利用水蒸气的热量产生冷气，一是充当空调的作用；二是延长一定量食物的保质期；三是对于发动机局部区域进行冷却，延长使用寿命。

本发明中第二废气管道12呈三通状结构，且其两端口分别与第一废气汇集柜4的出气口以及第二废气汇集柜11的出气口密封连通，第二废气管道12的第三端口与集热器13的进气端密封连通，并将一次降温后的废气导入集热器13内进行二次降温；如图1所示，电氧化装置包括电缆18、蓄电池19和电氧化反应器20；集热器13通过电缆18与蓄电池19电性连接，且一次降温后的废气通过第二废气管道12输送到集热器13中进行进一步集热发电并储存到蓄电池19中；蓄电池19通过电缆18与电氧化反应器20电性连接，且电氧化反应器20设置在船舶的生活污水舱21内，并通过电氧化反应器20将生活污水舱21内的废水氧化降解成生活用水。本发明中蓄电池可以为船舶的照明以及本系统供电。

本发明中集热器13的出气端通过第三废气管道14与废气净化器16的进气端密封连通，并将二次降温后的废气导入废气净化器16内进行净化处理，再由废气净化器16的出气端排出至外界；如图1所示，在第三废气管道14上还设有电机15，电机15的供电由集热器13内的蓄电池提供，且通过电机15将二次降温后的废气导入废气净化器16内；在废气净化器16的出气端还设有感应盖17，且废气净化器16的出气端通过感应盖17与外界连通；当二次降温后的废气净化达到废气净化标准后再通过废气净化器16的感应盖17排出至外界。

本发明的一种船舶柴油机废气余热回收利用系统的回收方法，包括以下步骤：

步骤一：首先废气通过第一废气管道1一分为二，一部分进入到第一废气汇集柜4，另一部分进入到第二废气汇集柜11；

步骤二：然后冷的二氧化碳经由增压器2增压后送入储气池3内，与第一废气汇集柜4内的废气进行热交换；然后加热后的二氧化碳带动发电机5发电，再送入冷凝器6内，与冷凝器6内的海水进行热交换，降温后的二氧化碳送入增压器2内形成循环回路；

步骤三：同时，冷凝水送入储水池10内，与第二废气汇集柜11内的废气进行热交换气化形成水蒸气；然后水蒸气进入溴化锂制冷装置8进行冷却形成冷凝水，并形成循环回路；

步骤四：一次降温后的废气通过第二废气管道输送到集热器中进行进一步集热发电并储存到蓄电池中；然后蓄电池驱动电氧化反应器将生活污水舱内的废水氧化降解成生活用水；

在上述步骤中，在蓄电池的电流作用下，电氧化反应器里的特殊电极会产生的羟基自由基和活化氧自由基；由于这两种自由基有超强的氧化能力，因此当废水流经电氧化反应器时，水中的有机污染物将会被氧化降解直到变成无机物（如二氧化碳和水）；进而实现了水循环；

步骤五：然后二次降温后的废气通过电机15导入废气净化器16内进行净化处理，达到废气净化标准后再通过废气净化器16的感应盖17排出至外界。

本发明的有益效果：

（1）本发明在净化废气的同时，能够充分运用废气余热进行发电来满足自给自足，不再需要船舶额外供电来保证本系统的运行，从而实现了船舶在节能的前提下，净化船舶柴油机废气、保护环境的责任；

（2）本发明能够为船员的生活起居提供冷气，大大提高了船员在船舶上的生活质量，减少了船员舱室空调的开启次数，从而节约了船舶供电；

（3）本发明提供的冷气，可以为船舶发动机部分区域进行制冷，从而延长了船舶发动机的使用寿命，节约了成本；

（4）本发明可为船舶提供淡水，一定程度上减少了船舶运行成本；

（5）本发明通过电氧化反应器将生活污水舱内的废水氧化降解成生活用水，从而实现了水循环。

上面所述的实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进均应落入本发明的保护范围，本发明的请求保护的技术内容，已经全部记载在技术要求书中。