船舶柴油机大证考试机修部分程序.doc

黄永光

[摘 要]在柴油机主推进动力船舶当中，无论是缸套冷却水还是柴油机排气，都具有能够利用的热量。在本文中，将就柴油机主推进动力装置船舶余热利用系统优化设计进行一定的研究。

[关键词]柴油机；主推进动力装置；船舶余热；利用系统；

中图分类号：U664 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0303-01

1 引言

在船舶当中，除了有机械能实现船体的推进之外，对于电能以及热能也具有着较高的要求。在常规柴油机动力船舶当中，主要是由柴油发电机以及锅炉实现电能以及热能的供给，虽然该种方式也能够对功能进行较好的实现，但也将在对燃料进行耗费的基础上使运行成本增加。而在柴油机实际运行当中，也将产生冷却以及排气两种类型的损失，对于这部分损失，则可以将其作为船舶余热进行利用。为了能够获得更好的余热利用效果，科学的余热利用系统非常关键，在本文中，将对该系统进行优化设计，以此更好的满足船舶可持续发展要求。

2 船舶预热利用系统设计

2.1 主推进柴油机预热利用系统

2.1.1 转换加热热能系统

在很长一段时间内，对于柴油机运行排气余热，往往以废气锅炉蒸汽实现船上保温以及加热等功能。在船舶运行中，对于预热进行应用的目标主要是动力产生以及加热，而在功率较小的船舶当中，由于主机在废热能量排放方面不大，在能力回收方面所具有的表现十分有限，则通过该种简单的方式实现预热利用。而在现今柴油机运行效率不断提升的情况下，排气温度也不断降低，即只有当主机功率达到一定程度时，使用余热发电才最为有利。

图1为排气余热实现加热热能利用的原理图，在该图中，废气锅炉为烟管类型。如图所示，在锅炉运行当中，其所产生的低压蒸汽将实现不同加热工作的供给，在使排气从烟管当中流过的情况下使其通过岩壁传输到烟管之外，在接受热量之后形成蒸汽。之后，其则会被引入到不同加热器当中，在加热器中实现热量的释放，并最终凝结成水，在经过组汽器排入到热水井中之后由给水泵将水实现锅炉的回送，使其重新在加热处理后形成蒸汽。在形成循环的情况下，给水泵在工作当中则会联系耗汽量变化情况通过自动控制设备的应用实现炉内水位的保持。

在该系统对余热进行应用时，因受到工况变化的影响，则使得余热需求量以及供给量间具有着较大的不平衡情况。在该系统中，其会通过排气旁通调节方式的应用实现锅炉烟管排气量，以此实现产汽量的控制，更好的适应蒸汽需求量方面的变化。而在船舶以较低速度运行时，其发动机则将以较低的负荷运转，在使排气流量以及温度随之下降的基础上大大减少锅炉蒸汽产量。而为了保证蒸汽在整个过程中的稳定供应，则可以对另外的燃油辅锅炉进行设置，通过其同蒸汽用管道的连接对锅炉蒸汽量不足进行补充。

2.1.2 转换加热及电能系统

在较大功率的船舶当中，如果仅仅以废气锅炉对油类加热以及生活用的蒸汽进行使用，还不能对主机产生的余热进行充分的利用，即在发动机功率不断增大的情况下，其余热也将不断增加。如果其仅仅对蒸汽进行加热以及应用于杂用，也将使余热能量因此多余，而不能够使排烟温度降到合理的温度水平。

在图2中，其是一个较为简单的以船舶柴油动力装置实现余热发电的系统，在该系统当中，柴油机运行当中排放出的废气在经过锅炉时将被汽水公质实现热量的吸收，并将其排向烟囱。其所产生的蒸汽，除了有部分在饱和情况下引出以用于船舶生活杂用以及蒸汽加热，其余都在经过加热器处理之后应用在发电机发电当中。在蒸汽做功之后，则会传输到凝汽器当中形成水，之后再经过水管路泵进入锅筒当中形成小型循环，在该种情况下，该系统也可以由两个回路组成，即汽水回路以及排气回路。

从经济角度以及对全船用电进行满足的角度出发，在实际对排气余热发电进行设计时，需要做好两方面的把握：第一，要保证余热在通过锅炉的过程中能够最大程度实现排气余热的回收，对余热回收率进行提升，对该系统的能量输入问题进行解决；第二，即在既定余热回收率情况下，除了需要其能够对供热负荷进行满足，还需要保证汽轮发电机能够发出更多的功率，以此实现整个系统效率的提升。一般来说，在实际对余热锅炉进行设计时，废气传给工质热量同其进入锅炉的流量以及温度具有直接的关联，并因此将其作为锅炉设计的依据。按照该种方案，当传播处于航行状态时，通过该种方式的应用，不仅能够对燃油辅锅炉的供汽任务进行替代，且能够对船舶的部分、甚至全部的电能需求进行满足，以此在对柴油发电机以及锅炉耗油量进行节约的基础上实现整个动力装置效率的提升。需要注意的是，该种电动功率同锅炉系统型式以及余热回收率大小都具有较为密切的联系。

2.2 柴油机动力冷却热量利用

根据柴油机动力装置热平衡的分析可以了解到，在柴油机运行当中，冷却热量损失也是其重要的损失类型，同柴油机的工况、结构以及冷却水温度具有密切的联系。通过缸套冷却水能量的利用，在将其作为船舶部分热源的基础上则能够对部分缸套水热量进行回收。对于该热量来说，其同增压器类型以及主机负荷情况具有关联，要想对增压空气余热进行利用，对强制循环热水系统进行应用可以说是较为便利的一种该方式，其热量根据环境空气温度、热水流量以及柴油机负荷决定。在实际应用中，其具有着以下应用方面：第一，通过冷却热在船舶上对锅炉水、燃油进行加热，并可以实现舱室供暖以及生活用水的加热；第二，通过冷却热的应用作为制淡装置热源，以此实现淡水形成；第三，通过冷却热的应作为制冷装置热源，在对冷冻水生产的基础上应用在空调当中；第四，在部分情况下，利用冷却热作氟利昂汽轮发电机系统和热泵低温系统的热源。

3 结束语

在船舶运行中，柴油机推进动力余热可以说是重要的资源类型，通过这部分能量的应用，能够有效实现能源循环利用，降低船舶运行成本。在上文中，我们对柴油机主推进动力装置船舶余热利用系统优化设计进行了一定的研究，具有一定的参考价值。

参考文献

[1] 王洪瑞.喷水推进斜流泵流场和性能分析[D].大连海事大学2016.

[2] 陈德龙.喷水推进船舶运动仿真及进水管道流场数值模拟[D].青岛科技大学2015.

[3] 田锃.核动力船舶非能动余热排出系统建模与仿真[D].东南大学2015.