废热回收系统及废热回收方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种废热回收系统及废热回收方法。
【背景技术】
[0002]对于船舶来说，有设置废热回收系统的情况，废热回收系统包括:柴油发动机等的主发动机、动力涡轮(气体涡轮)、蒸汽涡轮、以及废气预热器等。动力涡轮和蒸汽涡轮，将主发动机排出的废气(燃烧气体)的废气能量作为动力源进行驱动，且利用与动力涡轮和蒸汽涡轮连接的发电机进行发电。
[0003]专利文献I公开了这样的有关涡轮发电机的控制方法及装置的技术:在废热回收系统中，当需求电力减少而使发电电力成为剩余状态时，可抑制发电电力而不会浪费柴油发动机的燃料消耗。
[0004]专利文献1:日本特开2011 — 27053号公报
[0005]在船舶的运输中，为了降低燃料消耗，不使主发动机额定运转，而利用降低速度的减速运转来巡航。由此，可大幅度减少燃料费用。
[0006]另一方面，一般搭载在船舶上的废热回收系统是，主发动机(主机)负荷被设计在例如90%的高负荷区域。动力涡轮将来自主发动机的废气作为驱动源，例如当主发动机负荷约为50%时，废气被导入，可进行运转。
[0007]但是，在减速运转的巡航中，在主发动机负荷为50%以下的状态下使主发动机运转。因此，从主发动机排出的废气的废气温度低，故废气预热器中的蒸汽的蒸发量也少。因此，减速运转时，在废热回收系统中，不仅动力涡轮不驱动，而且驱动蒸汽涡轮而产生的发电量也少，或者蒸汽涡轮不能运转，不进行发电。
【发明内容】
[0008]发明所要解决的课题
[0009]本发明是鉴于这种问题而做成的，其目的在于，提供一种废热回收系统及废热回收方法，即使在主发动机在低负荷区域运转的情况下，也找出可分别驱动蒸气涡轮和气体涡轮的条件而进行发电，可回收废热。
[0010]用于解决课题的手段
[0011]为了实现上述目的，本发明的废热回收系统及废热回收方法采用如下的技术方案。
[0012]S卩，本发明的第I方式的废热回收系统具有:发动机部；利用从所述发动机部排出的废气而进行驱动的气体涡轮；与从所述发动机部排出的废气进行热交换而生成蒸汽的热交换部；利用由所述热交换部供给的蒸汽而进行驱动的蒸汽涡轮；对从所述发动机部经由所述气体涡轮而向所述热交换部供给的所述废气的流量进行调整的第I流量调整阀；对从所述发动机部不经由所述气体涡轮而向所述热交换部供给的所述废气的流量进行调整的第2流量调整阀；以及对所述第I流量调整阀的开度及所述第2流量调整阀的开度进行控制的控制部，所述控制部根据所述发动机部的扫气压力而调整所述第2流量调整阀的开度，且对所述第I流量调整阀进行开闭。
[0013]采用这种结构，在第I流量调整阀闭合、无从发动机部经由气体涡轮而向热交换部供给的废气的情况下，通过调整第2流量调整阀的开度，从而从发动机部不经由气体涡轮而向热交换部供给。其结果，即使不驱动气体涡轮时，也能由热交换部生成蒸汽，可驱动蒸汽涡轮。并且，由于根据发动机部的扫气压力来调整第2流量调整阀的开度，因此，还可确保发动机部的最低允许扫气压力。
[0014]在本发明的第I方式中，所述控制部也可以，当将所述第I流量调整阀闭合时，随着所述发动机部的扫气压力变高而将所述第2流量调整阀的开度调整成打开的方向，当将所述第I流量调整阀闭合时，随着所述发动机部的扫气压力变低而将所述第2流量调整阀的开度调整成闭合的方向。
[0015]在本发明的第I方式中，所述控制部也可以，在所述气体涡轮的转速比所述蒸汽涡轮的转速小的发动机负荷区域，将所述第I流量控制阀闭合，且根据所述发动机部的扫气压力而调整所述第2流量调整阀的开度。
[0016]在本发明的第I方式中，所述控制部也可以，当将所述第I流量调整阀打开时，将所述第2流量调整阀闭合。
[0017]在本发明的第I方式中，所述控制部也可以，在所述气体涡轮的转速比所述蒸汽涡轮的转速大的发动机负荷区域，将所述第I流量控制阀打开，且无论所述发动机部的扫气压力如何，都将所述第2流量调整阀的开度闭合。
[0018]本发明的第2方式的废热回收方法，具有如下工序:驱动发动机部的工序；利用从所述发动机部排出的废气而驱动气体涡轮的工序；利用从所述发动机部排出的废气而由热交换部生成蒸汽的工序；利用由所述热交换部生成的蒸汽而驱动蒸汽涡轮的工序；对从所述发动机部经由所述气体涡轮而向所述热交换部供给的所述废气的流量进行调整的工序；以及对从所述发动机部不经由所述气体涡轮而向所述热交换部供给的所述废气的流量进行调整的工序，不使废气流入所述气体涡轮，而根据所述发动机部的扫气压力，对从所述发动机部向所述热交换部供给的所述废气的流量进行调整。
[0019]发明的效果
[0020]采用本发明，即使在主发动机在低负荷区域运转的情况下，也找出可分别驱动蒸气涡轮和气体涡轮的条件而进行发电，可回收废热。
【附图说明】
[0021]图1是表示本发明一实施方式的废热回收系统的结构图。
[0022]图2是表示本发明一实施方式的废热回收系统的废气量调整阀和废气旁通量调整阀的开闭的时间图。
[0023]图3是表示本发明一实施方式的废热回收系统的动力涡轮及蒸汽涡轮的输出与主发动机负荷的关系的曲线图。
[0024]图4是表示本发明一实施方式的废热回收系统的主发动机的扫气压力与主发动机负荷的关系的曲线图。
[0025]图5是表示本发明一实施方式的废热回收系统的结构图。
[0026]符号说明
[0027]I废热回收系统
[0028]3柴油发动机(发动机部)
[0029]7动力涡轮(气体涡轮)
[0030]9蒸汽涡轮
[0031]11废气预热器(热交换部)
[0032]25发电机
[0033]33废气量调整阀(第I流量调整阀)
[0034]34废气旁通量调整阀(第2流量调整阀)
[0035]43主发动机控制系统(控制部)
[0036]44涡轮控制面板(控制部)
【具体实施方式】
[0037]下面，参照附图来说明本发明的实施方式。
[0038]图1表示本发明一实施方式的废热回收系统的大致结构。在本实施方式中，作为主发动机而使用船舶推进用的柴油发动机3。
[0039]废热回收系统I具有:船舶推进用的柴油发动机(主发动机)3 ;由柴油发动机3的废气来驱动的废气涡轮增压机5 ;由从废气涡轮增压机5的上游侧抽出的柴油发动机3的废气来驱动的动力涡轮(气体涡轮)7 ;由柴油发动机3的废气生成蒸汽的废气预热器(废气锅炉)11 ;以及利用由废气预热器11生成的蒸汽来驱动的蒸汽涡轮9。
[0040]来自柴油发动机3的输出，通过推进器轴而直接或间接地与螺旋推进器连接。另夕卜，柴油发动机3的各气缸的气缸部13的排气口与作为废气集合管的废气总管15连接，废气总管15通过第I排气管LI而与废气涡轮增压机5的涡轮部5a的入口侧连接。另外，废气总管15通过第2排气管L2(抽气通道)而与动力涡轮7的入口侧连接，废气的一部分在被供给到废气涡轮增压机5之前被供给到动力涡轮7。
[0041]另一方面，各气缸部13的进气口与进气总管17连接，进气总管17通过进气管Kl而与废气涡轮增压机5的压缩机部5b连接。另外，在进气管Kl上设置有空气冷却器(内部冷却器)19。
[0042]废气涡轮增压机5包括:涡轮部5a ;压缩机部5b ；以及将涡轮部5a和压缩机部5b连结起来的旋转轴5c。
[0043]动力涡轮7由通过第2排气管L2从废气总管15抽出的废气来旋转驱动。另外，蒸汽涡轮9被供给有由废气预热器11生成的蒸汽而被旋转驱动。
[0044]该废气预热器11被导入:从废气涡轮增压机5的涡轮部5a的出口侧通过第3排气管L3而排出的废气、以及从动力涡轮7的出口侧通过第4排气管L4而排出的废气。废气预热器11中的热交换部21，因废气的热量而使通过进水管23供给的水蒸发而产生蒸汽。并且，由废气预热器11生成的蒸汽通过第I蒸汽管Jl而被导入蒸汽涡轮9，另外，蒸汽涡轮9中做功结束后的蒸汽由第2蒸汽管J2排出并被导入未图示的冷凝器(复水器)。
[0045]动力涡轮7和蒸汽涡轮9串联结合而驱动发电机25。蒸汽涡轮9的旋转轴29通过未图示的减速机及耦合器而与发电机25连接。另外，动力涡轮7的旋转轴27通过未图示的减速机及离合器31而与蒸汽涡轮9的旋转轴29连结。作为离合器31，使用在规定的转速下将轴和轴连接或分离的离合器，例如适合使用SSS(同步自脱离合器:Synchro-Self-Shifting)离合器。另外，动力祸轮7和蒸汽祸轮9也可不是串联结合，而是动力涡轮7和蒸汽涡轮9分别连接发电机。
[0046]另外，第2排气管L2设有:对导入动力涡轮7的废气的气体量进行控制的废气量调整阀33 ;以及在异常时将废气向动力涡轮7的供给切断的异常停止用紧急切断阀35。另夕卜，废气旁通管L5从第2排气管L2分歧设置，且与第4排气管L4合流。在废气旁通管L5上设置有废气旁通量调整阀34。另外，在废气旁通量调整阀34的下游侧，设有例如节流孔40等的节流机构，控制废气旁通管L5中流动的废气的流量。废气旁通量调整阀34被控制成，柴油发动机3的扫气压力维持最低允许扫气压力。这里，所谓的最低允许扫气压力，是指根据发动机负荷而预先设定的必要最低的扫气压力，是柴油发动机3的燃料燃烧所必须的扫气压力。具体来说，柴油发动机3的扫气压力始终被检测，废气旁通量调整阀34被控制成，可确保根据发动机负荷而预先设定的最低允许扫气压力。在减速运转时，通过将废气旁通量调整阀34调整成打开的状态，从而不经由动力涡轮7，而增加向废气预热器11排出的废气量。其结果，使废气预热器11中的蒸发量增加，可在低负荷运转时使蒸汽涡轮9提早开始起动。另外，在低负