船舶余热类型及利用途径有哪些「船舶锅炉的作用」

时间：2022-11-30 19:59:41来源：搜狐

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在未来相当长的一段时间内，燃料在内燃机中燃烧作功依然是船舶获得推进动力和电能的主要方式，船舶行业面临着燃料短缺、价格上涨引起的船舶运营成本不断上升和燃料燃烧带来的生态环境问题的双重挑战，以提高能源效率、抵消燃料成本、实现能量平衡和减少环境污染为目的的动力装置余热利用技术，一直受到全人类的共同关注。

船舶余热主要来源：柴油机排气、锅炉排烟、增压空气、缸套冷却水等。低速二冲程柴油机的排气温度在320℃～350℃左右，中速四冲程柴油机的排气温度在350～380℃左右；辅助锅炉的排气温度在150～250℃左右；增压空气的温度在120～150℃左右，有时甚至高达200℃；柴油机冷却水的温度在 80～90℃左右，对这部分余热的有效利用是减少船舶运输成本和船舶节能减排的关键所在。

目前，船舶余热利用的途径有通过热交换器进行换热，用于油类加热保温、加热海水蒸馏制造淡水、舱室取暖以及日常生活所需的热水等；使用废气涡轮增压器、动力涡轮、废气锅炉、汽轮发电机、余热发电等装置产生动力；通过压缩式或吸收式制冷装置进行制冷，用于船舶冷库和空调。

柴油机排气余热

现代船舶主机的热效率可达到50％左右，燃料燃烧产生能量的30%左右随烟气排出（其余的热量被缸套冷却水、润滑油带走以及热辐射等方式散失）。在船舶动力系统能量转换和利用过程中,如果将排气余热加以回收利用，不仅可以降低船舶运营成本，而且还是降低船舶能效设计指数(EEDI)的有效途径，在环保方面具有重大现实价值。

在柴油机排气余热利用时，为了防止发生低温腐蚀现象，余热回收装置出口烟气温度一般控制在露点以上，即燃油排烟温度≮130℃，燃气排烟温度≮100℃。

目前，船舶普遍采用主机废气余热梯级利用：涡轮增压器、动力涡轮、复合式涡轮增压器、废气锅炉以及有机朗肯循环发电等余热回收技术和装置。

涡轮增压器：废气涡轮增压器是利用发动机排出的具有一定能量的废气进入涡轮并膨胀作功，废气涡轮产生的功率用于驱动与涡轮机同轴旋转的压气机叶轮，新鲜空气在压气机中被压缩，经冷却后再送入气缸。废气涡轮与压气机通常装成一体，被称为废气涡轮增压器。

废气涡轮增压器结构简单，工作可靠，一般柴油机加装废气涡轮增压系统后，可提高功率30%～50%，降低比油耗5%左右，有利于改善整机动力性能、经济性能及排放品质，因而得到广泛应用。

另外还可以通过废气涡轮同轴带动制冷压缩机，也就是涡轮--压缩制冷，制冷能效较高。

动力涡轮：动力涡轮回收船舶主机余热的装置不同于涡轮增压器中的排气涡轮。动力涡轮是从主机排气中直接旁通出一部分流量，带动涡轮旋转产生轴功，带动发电机发电，用以保证船舶电力供应或通过轴系传动装置对外输出有用功。当主机处于低转速、低负荷工况时，废气能量不高，所以排气旁通阀会关闭，只用涡轮增压器作功，而不经过动力涡轮。

复合式废气涡轮增压器：将废气动力涡轮与废气涡轮增压器串联起来工作，称为复合式废气涡轮增压器。在某些增压度较高的柴油机上，废气能量除驱动废气涡轮增压器外，尚有多余的能量用于驱动低压废气动力涡轮，该动力涡轮通过齿轮变速器及液力耦合器与发动机输出轴联接。这样，废气涡轮增压器达到增压的目的，而废气动力涡轮将废气能量直接变为功率输送给曲轴。复合式废气涡轮增压器可充分利用废气能量，使动力性能、经济性能大为改善，但结构复杂，成本高且技术难度大。

ABB公司在上世纪70年代末期就基于动力涡轮技术首先提出了大型船舶柴油机排气剩余能量回收技术，该技术可单独使用，也可以和废气锅炉产生的蒸汽驱动的汽轮机组成联合动力回收系统。据ABB公司介绍，单独使用动力涡轮最大可回收主机5%的功率，结合汽轮机使用，最大可回收近主机10%的功率。

废气锅炉：废气锅炉是利用柴油机排出的烟气热量加热水产生蒸汽的锅炉，主机排气流经锅炉后将热水加热成过热蒸汽，为汽轮机械、涡轮发电机、加热油类和日常生活（洗澡水、厨房蒸箱等）提供所需要的蒸汽。

在柴油机船上，废气锅炉装设在机舱顶部的柴油机排气管道上，当主机进入额定工况时才投入运行，其蒸发量随柴油机所发出的功率而定。船舶正常航行时主机负荷较高（大于75%额定功率），排气流量较稳定，属于高品质热能。由排气余热回收的蒸汽热能除供加热和生活杂用外，其最佳转换方式是使用汽轮发电机产生电能，这种余热发电方式特别适用于推进功率较大的低速二冲程柴油机船舶。