船舶主机余热发电系统设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工程热力学技术领域，尤其涉及一种船舶主机余热发电系统设计方 法。
【背景技术】
[0002] 据研宄，大型船用低速柴油机若采用适当的技术和设备，充分回收其排气及冷却 水余热，用于发电及辅助设备供热，当主机功率在15, OOOkW以上时，余热发电量就可满足 航行用电要求。中速机因排气温度高，所需功率相应可低些。中速柴油机船舶如采用回收 排气及冷却水余热的双压余热锅炉系统以及采取诸如轴带泵，吸收式冷冻机等减少电能消 耗的措施，据介绍，主机功率可降低至7000?SOOOkW也能利用余热发电满足船航行所需电 力。
[0003] 自上个世纪七十年代开始，随着石油危机的到来，世界范围内的燃油价格大幅度 上涨，船舶运输成本大幅度的上升。对此，国内外纷纷开展船舶节能技术的研宄，以求降低 燃油消耗。船舶节能有狭义和广义之分，狭义节能仅指节约船上直接消耗的能源，而广义节 能则更重视间接能耗的节省，这正是有巨大开发潜力的所在。利用船舶主机余热回收技术， 减少船舶燃油消耗量，正是节省间接能耗的重要方式，这对扭转船舶行业的颓势有着重大 的意义。
[0004] 与国外船舶柴油主机余热回收技术的蓬勃发展相比，国内相关技术研发还处于相 对落后状态，这其中的原因是受到国内船舶配套设备研发落后的限制。当前国内船舶设备 配套厂商还无法生产大型柴油主机，主机及动力装置市场基本被国外船舶设备配套厂商所 垄断，使得我国柴油机余热回收技术的发展相对滞后。虽然国内已有部分远洋船舶采用余 热锅炉回收主机排气余热，但受柴油机余热回收技术水平的限制，存在着许多的问题。一是 柴油机排气余热回收装置的效率不高，导致总体热效率不高。目前多数远洋船舶仅使用烟 管式余热锅炉回收排烟余热，以排烟在管内流动，将热量传给管外锅炉给水产生蒸汽（或 热水）的方式回收热量。这种锅炉虽然结构简单，制造方便，但是锅炉蒸发率低，排烟余热 回收效率低，排烟温度通常达到200°c，浪费了大量的排烟余热。二是缺乏有效回收和利用 排烟能量的途经和措施。目前多数远洋船舶仅是利用排烟余热生产蒸汽供船舶使用，而未 根据柴油机排气能量的高低采用动力涡轮发电技术，余热锅炉生产蒸汽发电技术及电能助 推技术等多途经综合利用方式。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种船舶主机余热发电系统设计方法。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
[0007] 船舶主机余热发电系统设计方法，包括：
[0008] 步骤1，以100%工况作为余热发电系统设计工况，对设计的余热发电系统作热平 衡分析，获得设计工况下余热发电系统余热锅炉有效利用热计算值；
[0009] 步骤2,以100%工况作为余热发电系统设计工况，对设计的余热发电系统余热锅 炉作热平衡分析，获得设计工况下余热锅炉中高压蒸发器和过热器的总吸热量、低压蒸发 器的吸热量、输入低压锅筒的给水质量流量、低压蒸发器内工质的质量流量；
[0010] 步骤3,以100%工况作为余热发电系统设计工况，假定缸套水预热器进出口温度 不随主机工况的变化而变化，对设计的余热发电系统外部预热器作热平衡分析，获得设计 工况下外部预热器内的换热量和来自锅筒的饱和水质量流量；
[0011] 步骤4,以100%工况作为余热发电系统设计工况，假定排汽压力及排汽干度不 变，对汽轮机发电机组作热平衡分析，获得汽轮机发电机组中低压饱和蒸汽发电量和高压 饱和蒸汽发电量；
[0012] 步骤5,基于步骤1?4的热平衡分析结果，进一步获得设计的余热发电系统的节 能性能指标，并根据节能性能指标评价并调整设计的余热发电系统。
[0013] 步骤1中所述的余热锅炉有效利用热计算值= G,,c, h -〇，其中，1为余热锅 炉入口烟气质量流量，ta为余热锅炉入口烟气温度，ta'为余热锅炉出口排烟温度，^为余 热锅炉的保温系数，Ca为余热锅炉内烟气比热；G a、ta根据船舶主机任务书获得，ta'根据热 平衡迭代计算获得。
[0014] 步骤2中所述的余热锅炉中高压蒸发器和过热器的总吸热量
[0015] Qbc= Gbsu(hbsu_h。'）+Gesat(hesat_h。'）中，V为热井输入高压锅筒的给水洽，t。'为高 压蒸发器出口烟气温度，Gbsu为余热系统获得的过热蒸汽质量流量，hbsu为过热器出口过热 蒸汽的焓，G_ t为全船加热用饱和蒸汽的质量流量，h_t为全船加热用饱和蒸汽的焓；t。'、 Gbsu、G_t根据热平衡迭代计算获得。
[0016] 步骤3中所述的余热锅炉中低压蒸发器的吸热量Wu >=心4/軋，其 中，Gdsat为低压蒸发器生成的低压饱和蒸汽量，h &,为低压饱和蒸汽的焓，h d'为输入低压锅 筒的给水焓；Gdsat根据热平衡迭代计算获得。
[0017] 步骤3中所述的外部预热器内的换热量Qb和来自锅筒的饱和水质量流量Gb采用 如下公式计算：
[0018] Qb= G b (h' sat-h' c) n b= (G su+Gsat) (hid-hfw)
[0019] 其中，h' sat为锅筒饱和水的焓，h'。为进入经济器的给水焓，h id为热井给水预热后 的焓，hfw为热井给水后的焓，n b为外部换热器的换热效率。
[0020] 步骤4中所述的低压饱和蒸汽发电量Wgl= G dsat (hdsat-hg) nfl nf2 nf3 nf4，其中，hg 为汽轮机出口湿饱和蒸汽的洽，rIflS汽轮机工作时的机械效率，rI K为汽轮机与发电机间 的传动效率，nf3为发电机发电效率，n f4为管道效率。
[0021] 步骤4中所述的高压饱和蒸汽发电量Wg2 = Gbsu(hbsu-hg) nfl nf2 nf3 nf4，其中，Gbsu 为余热系统获得的过热蒸汽质量流量，hbsu为过热器出口过热蒸汽的焓，h 8为汽轮机出口湿 饱和蒸汽的洽，rIflS汽轮机工作时的机械效率， rI κ为汽轮机与发电机间的传动效率，π ? 为发电机发电效率，nf4为管道效率。
[0022] 步骤5中所述的节能性能指标包括余热发电系统的发