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西安交通大学学报 2020年第8期54卷 50-57页

作者：叶文祥柳长昕刘健豪赵聪代天伦马科飞大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026

为了实现具有复杂特性的船舶多种余热的高效回收,提出了一种基于温差发电-有机朗肯循环(TEG-ORC)联合循环的船舶余热梯级利用系统。根据底循环对主机烟气的利用量,定义了TEG/ORC底循环比参数。通过实验研究,探索了在ORC蒸发压力为0.9 MP... 详细信息

为了实现具有复杂特性的船舶多种余热的高效回收,提出了一种基于温差发电-有机朗肯循环(TEG-ORC)联合循环的船舶余热梯级利用系统。根据底循环对主机烟气的利用量,定义了TEG/ORC底循环比参数。通过实验研究,探索了在ORC蒸发压力为0.9 MPa的工况下,系统输出功率、热效率、多级余热利用量和发电成本等重要性能参数随底循环比的变化规律,并对联合循环系统的性能及其影响规律进行了评估。实验设计了热管强化换热装置用以克服前期研究中发现的TEG底循环热端换热瓶颈。结果表明:3种底循环比(0.369、0.508、0.615)工况下的实验结果与模拟结果基本一致;TEG-ORC联合循环系统更好地利用了多种船舶余热及TEG底循环的冷却散热,提升了余热利用性能和输出功率,使其热效率高于各底循环且发电成本低于各底循环;在TEG/ORC底循环比为0.615时,联合系统输出功率为134.50 W,热效率为6.93%,发电成本为3.32元/(kW·h)。TEG-ORC联合循环可实现船舶多种烟气余热的梯级利用,提高余热利用量,并提升ORC底循环运行的稳定性和安全性。

关键词：船舶余热梯级利用底循环比 TEG-ORC联合循环

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变工况下船舶多种余热利用系统性能评估

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船舶工程 2022年第8期44卷 79-83页

作者：叶文祥王慧斌中国船级社青岛分社山东青岛266034 中国船级社舟山办事处浙江舟山316004

余热回收是提高船舶能效的重要途径之一,但单一余热利用方法诸如温差发电(TEG)和有机朗肯循环(ORC)等余热利用能力有限且难以实现船舶多种余热回收。基于此,文章提出了一种基于TEG-ORC联合循环的船舶多种余热利用系统。在完成系统设计... 详细信息

余热回收是提高船舶能效的重要途径之一,但单一余热利用方法诸如温差发电(TEG)和有机朗肯循环(ORC)等余热利用能力有限且难以实现船舶多种余热回收。基于此,文章提出了一种基于TEG-ORC联合循环的船舶多种余热利用系统。在完成系统设计的基础上,结合具体工况开展试验研究,分析了输出功率、热效率、发电成本、主机烟气余热利用量等主要性能参数随TEG/ORC底循环比、ORC工质蒸发压力的变化规律,并对系统性能进行评估。结果表明,联合循环系统在实现船舶多种余热利用的同时提升了余热利用性能。

关键词：余热回收底循环比工质蒸发压力 TEG-ORC联合循环

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船舶多种余热梯级利用装置设计与性能分析

船舶多种余热梯级利用装置设计与性能分析

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作者：叶文祥大连海事大学

学位级别：硕士

随着航运市场规模的不断扩大,船舶能源浪费问题和船舶碳排放造成的环境污染问题也日渐突出。如何提升现有船舶能效,实现其低碳模式运行,已经被世界各国造船业和航运业列入重要研究课题。通过前期调研发现,船舶余热种类较多、体量较大,... 详细信息

随着航运市场规模的不断扩大,船舶能源浪费问题和船舶碳排放造成的环境污染问题也日渐突出。如何提升现有船舶能效,实现其低碳模式运行,已经被世界各国造船业和航运业列入重要研究课题。通过前期调研发现,船舶余热种类较多、体量较大,而传统的温差发电(TEG)和有机朗肯循环(ORC)等技术回收船舶余热的手段较为单一,难以兼顾船舶多种性质余热的不同特点,且利用率较低。因此,本文从改善废热回收的角度出发,提出了一种基于TEG-ORC联合循环的船舶余热梯级利用系统,利用二者的优势并弥补相关局限性,实现主机烟气余热、缸套水余热、增压空气余热等不同种类、不同温度梯度的低品位船舶余热利用。首先,根据船舶余热自身的特点,完成包括TEG底循环和ORC底循环的联合循环系统原理图设计,建立了TEG-ORC联合循环系统的理论模型和发电成本模型。其次,设计船舶余热回收实验系统,搭建完成TEG-ORC联合循环实验台。具体工作包括:完成有机工质选型,检测实验系统管路耐压性和气密性;根据前期理论计算和数值模拟结果,对实验台主要装置的规格完成设计,这其中部分换热装置的性能高于预期;完成数据监测采集单元的信号接收设定和主要实验装置的调试工作;通过试运行实验系统,模拟变工况实验研究以优化实验方案,并建立实验数据误差分析体系。最后,开展船舶余热利用实验研究。先选用R22工质,保证工质质量流率一定,通过改变TEG/ORC底循环比和ORC工质蒸发压力,证实了联合循环系统回收多种船舶余热的可行性,并分析不同实验变量对系统内部耦合特性的影响;在此基础上,再选用R245fa工质开展变工况实验研究,将实验结果与之前的仿真模拟结果比较,分析了系统输出功率、热效率、单位发电成本、主机烟气余热利用能力等主要性能参数的变化规律,并对影响系统各项参数的变化机理进行分析和评估。当TEG/ORC底循环比为0.615且ORC工质蒸发压力达到实验最大值时,系统各项参数输出性能达到最优。在选用R245fa循环工质下,系统输出功率为483.25 W,余热利用功率为5796.72 W,热效率为8.34%,单位发电成本为2.239￥/k Wh,主机烟气余热利用率为69.05%。综上可知,TEG-ORC联合循环实验系统可实现船舶多种烟气余热的梯级利用,提高余热利用性能同时提升了ORC底循环运行的稳定性和安全性,并实现了单位发电成本和热效率的优化。

关键词：船舶余热梯级利用底循环比工质蒸发压力 TEG-ORC联合循环

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