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1、柴油機(jī)船舶余熱動(dòng)力回收總能系統(tǒng)研究 摘要：文章從能量品質(zhì)概念的闡述入手，詳細(xì)地進(jìn)行了柴油機(jī)船舶動(dòng)力裝置余熱動(dòng)力回收系統(tǒng)分析，對(duì)提高余熱動(dòng)力回收具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：柴油機(jī)船舶余熱分析1能量品質(zhì)的概念能是物質(zhì)動(dòng)力的一種量度。物質(zhì)運(yùn)動(dòng)有各種不同形式，與此相對(duì)應(yīng)，能也有各種形態(tài)，如機(jī)械能、電能、化學(xué)能、熱能等。物質(zhì)的各種運(yùn)動(dòng)形態(tài)可以相互轉(zhuǎn)換，能量的轉(zhuǎn)換反映了運(yùn)動(dòng)由一種形式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形式的能力。熱力學(xué)第一定律確立了能量轉(zhuǎn)換量的數(shù)量關(guān)系，熱力學(xué)第二定律則說(shuō)明了能量轉(zhuǎn)換過(guò)程具有方向性或不可逆性，即并非任意形式的能量都能無(wú)條件地轉(zhuǎn)換成任意一種其他形式能量，亦即數(shù)量
2、相同而形式不同的能量之間的轉(zhuǎn)換能力可能是不同的，而且它們?cè)诩夹g(shù)上的有用程度也是不同的。各種不同形式的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的能力不同。從能量轉(zhuǎn)換角度，能量可分為三大類：第一類是不受限制可以互相轉(zhuǎn)換的能量。即可以完全轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的能量，如電能、水能、風(fēng)能等。這類高品位的能量全部是可用能（即）。從本質(zhì)上說(shuō)，這類能量是完全有序運(yùn)動(dòng)的能量，即有序能，所以可無(wú)限制地相互轉(zhuǎn)換。4第二類是受限制轉(zhuǎn)換的能量。即只可部分轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，其余的不能轉(zhuǎn)變，如熱能、化學(xué)能、物質(zhì)的熱力學(xué)能等。由于這類能量從本質(zhì)上說(shuō)只有部分能量是有序的，因而只有能夠轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的那部分才是可用能，（即），其余不
3、能轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ牟糠郑m然有一定的“量”，但其“質(zhì)”卻為零，稱這部分能量為“”或無(wú)效能，能量中包含能量能夠轉(zhuǎn)換為有用功的那部分越多，則此能量的品質(zhì)越高，反之，則能量品質(zhì)越低。第三類是受自然環(huán)境所限不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏脵C(jī)械功的能量。如周圍自然大氣、江河海水等的熱力學(xué)能。盡管大氣和海水中的熱量具有相當(dāng)數(shù)量，但技術(shù)上無(wú)法將它們變成有用機(jī)械功，所以它們是有數(shù)量而無(wú)質(zhì)量的能量。4是表征能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的能力和技術(shù)上的有用程度的參數(shù)，因而可用來(lái)評(píng)價(jià)能量的質(zhì)量或級(jí)位。數(shù)量相同而形式不同的能量，大的能量稱之為品位高或能質(zhì)高，少的能量稱之為能量的品位低或能質(zhì)低。因此，機(jī)械能、電能的品位和
4、能質(zhì)較熱能高，稱為高品位能量或高質(zhì)能量。溫度高的熱量比溫度低的熱量具有較高的品質(zhì)或能質(zhì)。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，高品位能是能夠自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榈推肺荒芰康?，而低品位能量不可能自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)楦咂肺荒芰?。能質(zhì)降低意味著的減少。當(dāng)孤立系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施的過(guò)程為不可逆過(guò)程時(shí)，一定產(chǎn)生功的耗散，也就是系統(tǒng)的值中有一部分退化為，所以引用概念可以從能質(zhì)或品位上來(lái)評(píng)價(jià)某一能量系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換過(guò)程。2柴油機(jī)船舶動(dòng)力裝置余熱動(dòng)力回收系統(tǒng)分析圖2-1為柴油機(jī)動(dòng)力裝置余熱動(dòng)力回收熱力系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。下面對(duì)圖中熱力系統(tǒng)組成部分中的余熱鍋爐、汽輪機(jī)、冷凝器、給水泵及蒸汽管道分別進(jìn)行平衡計(jì)算，并求出它們各部分的損失和效率
5、。通常，余熱鍋爐即產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，又產(chǎn)生飽和蒸汽。飽和蒸汽量msat可根據(jù)全船供熱與雜用耗汽設(shè)備所需蒸汽量算出。這時(shí)，進(jìn)入余熱鍋爐的給水量等于過(guò)熱蒸汽msu/及飽和蒸汽量msat之和。過(guò)熱蒸汽量可根據(jù)鍋爐熱平衡關(guān)系按下式（2-2）求得。余熱鍋爐系統(tǒng)損失的計(jì)算可有兩種方法。一是分別取鍋爐系統(tǒng)中的過(guò)熱器、蒸發(fā)器、經(jīng)濟(jì)器、汽水分離筒及預(yù)熱器等部件作為單獨(dú)的熱力系統(tǒng)單元，利用平衡求出這些部件的損失，相加后即得整個(gè)余熱鍋爐系統(tǒng)的損失。另一是取整個(gè)余熱鍋爐系統(tǒng)作為一個(gè)熱力系統(tǒng)，利用平衡議程求得余熱鍋爐系統(tǒng)的損失。兩種方法的余熱鍋爐系統(tǒng)損失是相同的，不過(guò)第一種方法可以知道各部
6、件的損失，這樣有利于了解余熱鍋爐系統(tǒng)中哪個(gè)部件損失最大。根據(jù)以上計(jì)算出的各部分損失，以柴油機(jī)排氣實(shí)現(xiàn)部分回收放循環(huán)所能做出的最大有用功為100%而繪制出分布圖（或稱流圖）。4圖2-5示出的為對(duì)某型號(hào)柴油機(jī)余熱回收發(fā)電系統(tǒng)用1kg/s廢氣流量算出的流圖。圖上是以廢氣的最大有用功作為100%，其他部分的損失是相對(duì)的百分率，沒(méi)有包括余熱鍋爐的排煙損失。如果將鍋爐排煙損失作為鍋爐損失的一部分，即作為余熱鍋爐的外部損失，則應(yīng)以鍋爐入口作為100%來(lái)繪制流圖。圖2-5所用的計(jì)算參數(shù)為：余熱鍋爐進(jìn)口煙氣溫度為t1=340℃，出口溫度t2=187℃，環(huán)境溫度t0=20℃，過(guò)熱
7、蒸汽壓力（絕對(duì)壓力）；過(guò)熱蒸汽溫度，冷凝壓力（絕對(duì)）；汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)部效率為0.7，鍋爐只產(chǎn)生供汽輪機(jī)工作的過(guò)熱蒸汽，不考慮管路損失、散熱損失及給水泵不可逆壓縮損失，并忽略給水在給水泵中的增。計(jì)算結(jié)果如表2-1所示。3結(jié)束語(yǔ)通過(guò)上述柴油機(jī)船舶動(dòng)力裝置余熱回收系統(tǒng)分析可見(jiàn)，余熱鍋爐的損失最大（尚未包括鍋爐排煙損失），汽輪機(jī)次之，冷凝器的損失最小。因此，為使余熱更多地轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，必須首先設(shè)法減少余熱鍋爐和汽輪機(jī)的損失。冷凝器雖然熱量損失很可觀，但冷卻水溫度低，帶走的值不大，利用價(jià)值小。另外，降低余熱鍋爐排煙溫度，即降低鍋爐出口煙氣溫度，會(huì)導(dǎo)致廢氣最大回收功的增加，
8、減少鍋爐外部損失，但在決定鍋爐排煙溫度
