【正文】 kW電量。Siemens公司在推進裝置的基礎上開發(fā)了一種帶有余熱回收的裝置。柴油機排氣余熱全套發(fā)電設備在20世紀80年代初在科隆研制成功，包括大型柴油機、廢氣鍋爐、蒸汽渦輪等，研發(fā)一開始的目標為通過發(fā)電的方式回收利用柴油機余熱，減少燃油的消耗，這套設備在柏林大學船舶這套設備由柏林大學船舶柴油機動力裝置研究所和西德KHD動力設備公司合作研發(fā)出來，這套裝置可回收利用柴油機余熱發(fā)電，減少燃油消耗，這是對柴油機動力裝置總能利用進行的嘗試[4]。Wartsila公司則通過裝置優(yōu)化布置，可回收利用11%的柴油機功率，減少有害氣體的排放，主要優(yōu)化了渦輪和鍋爐的布置方案。本章主要介紹了船舶柴油機在能源利用方面的不足，能源利用率低。第2章 系統(tǒng)總體方案設計船舶柴油機缸套水余熱回收裝置設計目的為在船舶柴油機原有的缸套水循環(huán)系統(tǒng)基礎上，將空冷和水冷部分換為余熱回收裝置，實現(xiàn)余熱回收。這套水循環(huán)系統(tǒng)不僅占用很大的空間，而且不能回收缸套水中的熱量，大量的熱量散發(fā)到空氣中，造成了非常嚴重的浪費。在實驗室中，我們用掛壁式燃氣爐加熱產(chǎn)生的熱水來模擬船舶柴油機中的缸套水，用水泵驅(qū)動熱水進行循環(huán)。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計船舶柴油機缸套水余熱回收裝置目的在于將船舶柴油機缸套水中的熱量進行回收，因此，在本裝置中，需要由換熱器將船舶柴油機缸套水與冷卻液體進行熱量的交換，這是整個裝置的核心。船舶柴油機缸套水余熱回收裝置在實現(xiàn)余熱回收的同時，還能利用比例調(diào)節(jié)閥對換熱介質(zhì)的流量進行控制，將回流到船舶柴油機缸套中的冷卻水保持在船舶柴油機所需要的最佳冷卻溫度，保證船舶柴油機的最佳工作狀態(tài)。 整體系統(tǒng)分別由以下部件組成：， ， ，6. 溫度傳感器C4。本裝置中需要模擬柴油機缸套水的循環(huán)過程，因此需要有加熱熱水的裝置對水進行加熱來模擬船舶柴油機缸套水，在這里，我們選用掛壁式燃氣爐對水加熱來模擬高溫狀態(tài)下的缸套水。在這里掛壁式煤氣爐的作用是模擬雙燃料發(fā)動機，燃氣爐加熱的水即是模擬發(fā)動機的缸套水。在這里溫度傳感器3的溫度即為煤氣爐1出水口溫度，流量傳感器2測量的流量即為整個泵循環(huán)水系統(tǒng)的流量，溫度傳感器4測量的溫度是熱水經(jīng)過換熱器7換熱后的出口溫度（雙燃料發(fā)動機的出口溫度大致為95℃左右，最佳缸套水的進口溫度為75℃左右，由于本系統(tǒng)的最高溫度達不到上述要求的溫度，所以我們將對進出口的溫差進行模擬只要將換熱器進出口的溫度控制在20℃左右即可，即按比例模擬缸套水放出的熱量。水泵14是帶動整個泵循環(huán)系統(tǒng)的原動件，它的選用要根據(jù)模擬余熱源系統(tǒng)的管路直徑D，以及管路中水的流速v來決定，D和v這兩個參數(shù)值都由我們根據(jù)經(jīng)驗自己選擇，我們可以根據(jù)D和v的值求出管路的流量Q，從而根據(jù)Q的值來選擇泵的揚程，最終選擇合適的泵的型號。 余熱回收系統(tǒng)船舶柴油機缸套水余熱回收裝置最主要的目的就是將缸套水中的熱量進行回收，因此余熱回收系統(tǒng)是本裝置的核心系統(tǒng)，其承載著整個裝置的熱量交換，將船舶柴油機缸套水中的熱量與冷卻介質(zhì)進行能量的交換。本系統(tǒng)是為了模擬液態(tài)天然氣的受熱氣化而設計的系統(tǒng)。由于液態(tài)天然氣儲罐價格昂貴，暫時只能以水來模擬液態(tài)天然的流動，此余熱回收系統(tǒng)存在可擴展性，今后可以將此系統(tǒng)進行改造，將水換成液態(tài)的天然氣，從而達到真實的模擬效果。由于此系統(tǒng)占用空間小，選用水為熱介質(zhì)，且熱介質(zhì)的溫度相對來說較低，優(yōu)先選用板式換熱器作為此系統(tǒng)的換熱元件。這種流道可以使流通介質(zhì)更容易的變成湍流，因此這種流道減小了液膜的熱阻；，這樣可以使壁面的熱阻減小，不會產(chǎn)生像管殼式換熱器那樣的旁路流。（2）占地面積小在同一工作狀況下，管殼式換熱器的占地面大約是板式換熱器的使用面積的5倍，是因為板式換熱器換熱時的總傳熱系數(shù)高，板式換熱器不需額外的檢修場地。（4）對數(shù)平均溫差大在板式換熱器換熱版之間流通的冷流體與熱流體，是平行流通的，且通常采用相逆流動的形式，所以板式換熱器的溫差修正系數(shù)高于管殼式換熱器的溫差修正系數(shù)，其中管殼式換熱器的流體以錯流形式進行流通。因為板式換熱器的流通路徑是互相平行的，一程中的流體（程內(nèi)存在很多流通路徑）即使流量配送的并不平均，但程與程之間不會有短路旁路等情況發(fā)生的。相對于水與水之間的熱交換來說，板式換熱器的尾端溫度很低，一般為12℃左右，但是管殼式換熱器想要將尾端溫度差值降至5℃以下是很難做到的。（7）工作壓力板式換熱器的各層換熱版上面都存在一個經(jīng)彈性材料制做的密封圈，密封的周長略長，密封圈的剛度差、構(gòu)造相對特別，尤其是在導流區(qū)的第二道封閉處，換熱器的板片支撐強度弱，又遠離緊固螺栓，從而板片不能得到充足的壓力。（8）工作溫度密封圈的最高承受溫度決定了板式換熱器的實際工作溫度。（9）含固體的介質(zhì)因為換熱板板間流道的平均間隔一般為35mm，并且板間的流道彎曲且變化多，當有較大的顆粒或纖維含于換熱介質(zhì)當中時，板間流通路徑容易被阻塞。對于該船舶柴油機缸套水余熱回收系統(tǒng)的換熱系統(tǒng)，要求換熱器的換熱效率高，占地面積小，且該系統(tǒng)在運行時的實際壓力小，換熱時的最高溫度不超過100℃，因此，將選用板式換熱器作為該余熱回收系統(tǒng)的熱交換裝置。在這里流量傳感器8是為了測量自來水的流量，電控閥9是用來調(diào)節(jié)自來水的流量，溫度傳感器5是為了測量換熱器7一端的進口水溫度，溫度傳感器6是用來測量換熱器7的另一端出口水溫度（C1C2＞C4C3，兩者的溫度差值前者的大，溫度C4的值由自己確定，但一定要達到模擬的效果，只有這樣才能對換熱器的選型進行初步的設計）自來水經(jīng)過換熱器7后將排到環(huán)境中去?？刂葡到y(tǒng)主要包括PLC，觸摸屏和擴展模塊。本章主要介紹船舶柴油機缸套水余熱回收裝置的工作原理以及該裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計。模擬余熱源系統(tǒng)主要用于模擬船舶柴油機缸套水，余熱回收系統(tǒng)則用于將缸套水與換熱介質(zhì)進行交換，控制系統(tǒng)的主要目的為保持循環(huán)進入缸套中的冷卻水的溫度維持在最佳冷卻溫度范圍。PVC管（PVCU管）硬聚氯乙烯管，是由聚氯乙烯樹脂與穩(wěn)定劑、潤滑劑等配合后用熱壓法擠壓成型，是最早得到開發(fā)應用的塑料管材。塑料管道用于排水，廢水，化學品，加熱液和冷卻液，食品，超純液體，泥漿，氣體，壓縮空氣和真空系統(tǒng)的應用[6]。介質(zhì)是水，比重是1，黏度是：103Nm2（30℃），103Nm2（60℃）腐蝕性：自來水ph偏低，無毒性。（假設介質(zhì)中沒有固體）(3)介質(zhì)溫度：（℃） 兩種流體的溫度分別為30℃，60℃(4)所需要的流量一般工業(yè)用泵在工藝流程中可以忽略管道系統(tǒng)中的泄漏量，但必須考慮工藝變化時對流量的影響。在這里初選水管外徑為32mm，內(nèi)徑為26mm，壁厚為3mm的UPVC管材（國標）[7]。根據(jù)水管的內(nèi)徑以及水的流速可以通過公式（31）計算初步求出水的流量 式中 為流量 ， 為流速。 。(6)管道系統(tǒng)數(shù)據(jù)（管徑、長度、管道附件種類及數(shù)目，吸水池至壓水池的幾何標高等）。如果需要的話還應作出裝置特性曲線。A．合理確定管道的直徑大小，為提高選用管道的性價比，我們應考慮管道選擇對水泵揚程的影響，管道直徑越大，在流量相同的情況下，液體流速小、阻力損失小，但價格高，管道直徑小，會導致阻力損失的迅速增大，加大所選用泵的揚程，配帶功率會因此增加，成本和運行費用也都會增加。B．排出管及其管接頭應考慮所能承受的最大壓力。C．在管道布置中，贏盡可能使用直管道，盡量縮短管道的長度和減少管道中的附件，必須轉(zhuǎn)彎的時候，彎頭的彎曲半徑應該是管道直徑的3～5倍，角度盡可能大于90℃。D．應該在泵的排出側(cè)安裝閥門（球閥或截止閥等）和逆止閥。（當液體倒流時，會產(chǎn)生巨大的反向壓力，使泵損壞） 流量的確定（1）如果生產(chǎn)工藝中已給出最小、正常、最大流量，應按最大流量考慮。對于100的大流量低揚程泵，流量余量取5%，對50的小流量高揚和泵，流量余量取10%，50≤≤100的泵，流量余量也取5%，對質(zhì)量低劣和運行條件惡劣的泵，流量余量應取10%。在這里、設定流量余量取10%，故水泵的設計最大流量=%+=。 泵的揚程計算泵主要是依據(jù)揚程來選擇型號的，這是由管道網(wǎng)絡系統(tǒng)的操作和安裝環(huán)境決定的。一般管網(wǎng)如下圖所示，（更多圖例可參考化工工藝設計手冊）。 圖32水泵布置圖1圖33 水泵布置圖2圖34 水泵布置圖3由上圖所示：本系統(tǒng)是圖32所示的系統(tǒng)，故揚程的計算公式(33)如下： (33)經(jīng)計算泵的排出幾何高度=600+350+300=1250mm，吸入幾何高度=150mm。ζ＝90176。方形彎頭180176。＝－2lg（+）=（103247。（2）計算直管阻力： 故mH2O（3）管件阻力損失計算： 所以＝ζ=4247。（4）進出口局部阻力計算： 突然縮?。害疲? ， 突然擴大：ζ＝擴大或收縮前后管的的尺寸、：小管、大管管徑在這里視管子直徑不發(fā)生變化故ζ=0，所以h f3=0。泵是一類可以運輸流體和增加流體壓力的機械設備。泵的性能參數(shù)主要包括流量、吸程、揚程、軸功率、水功率、效率等，根據(jù)不同的工作原理，可分為容積泵、葉片泵等類型。以上是對直流水泵的初步計算，水泵具體參數(shù)如下列圖35所示：圖35水泵尺寸圖圖36 不同系列水泵揚程表型號電壓最大負數(shù)電流最大流量最大揚程功耗VAL/HMWDC50E1250T12820DC50E1250SDC50E1250ADC50E1280S121000DC50E1280ADC50E2480T241000DC50E2480SDC50E2480ADC50E24150S241200DC50E24150A備注上述電流為水泵的開口電流，當水泵接上系統(tǒng)之后水泵的電流會降低到最大負載電流的55％65％表37不同型號水泵參數(shù)表綜上所述，選用型號為DC50E24150S的無刷直流水泵，其水泵的揚程為15m，經(jīng)計算：，所選水泵揚程大于實驗系統(tǒng)中水泵的計算揚程，故方案可行。具有防凍保護、防干保護、防火、高溫保護、熄火保護和各種安全保護措施。據(jù)統(tǒng)計，使用室內(nèi)溫度控制器可以節(jié)省20至28%的燃氣成本[11]。在這里初步選用產(chǎn)熱水量為12L/min的液化石油氣燃氣爐。技術(shù)全智能數(shù)碼恒溫使用氣源液化氣/天然氣熱效率≥88％熱負荷24KW額定產(chǎn)水量12kg/min適用水壓~點火方式水動式電脈沖點火使用氣源液化氣/天然氣機體尺寸520*320*113mm（高*寬*厚）毛重/凈重表38掛壁式燃氣爐技術(shù)參數(shù)其中，經(jīng)咨詢掛壁式燃氣爐銷售廠家得知：此掛壁式燃氣爐熱水的出水溫度最高可達65℃，而實驗所需溫度定為60℃，故可以滿足試驗系統(tǒng)的要求。而掛壁式燃氣爐的產(chǎn)熱水量為12KG/min，即為：12L/min，經(jīng)對比水泵滿足燃氣爐的供水要求。下面將工藝參數(shù)列成表：表39工藝參數(shù)列成表：流體名稱高溫水自來水進口溫度60℃15℃出口溫度40℃30℃允許壓降50kPa50kPa定性溫度50℃℃密度981kgm3定壓比熱容導熱系數(shù)(mc)運動粘度 m2/s1106m2/s