一种余热利用系统

1.本实用新型属于废气余热利用技术领域，尤其涉及一种船舶用余热利用系统。


背景技术：

2.全球大约90％的贸易都是通过海上运输完成的，而船舶作为能源消耗量巨大的运输工具，远洋船舶一般都会配置1～2台推进主机和3～4台辅助发电柴油机，推进主机为船舶提供动力，辅助发电柴油机为船舶提供必须的电能，推进主机和辅助发电柴油机的燃料成本约占总运营成本的60％以上。船舶中、低速发动机的热效率约为45％～53％，即有一半的燃料能量得不到利用，其中烟气废热能量占燃料总能量的25％以上，将排烟废热进行余热利用将带来很好的经济效益。
3.为了降低船舶运营成本和减少燃料对环境的污染问题，远洋船舶一般都会安装余热利用装置，船舶余热利用装置一般有以下两种实现方式：一种是安装常规的烟气余热锅炉，其特点是利用船舶推进主机的排烟废热产生蒸汽，满足船员的生活热水、重油加热及海水淡化等多种用途；另一种是利用船舶推进主机的排烟废热、缸套水和增压空气等热量进行综合余热利用系统，将船舶推进主机的废热转换为电能减少或替换船舶辅助发电柴油机的使用。
4.以上两种余热利用方法，均需要船舶正常航行，即推进主机投入使用时才能使用，当船舶推进主机发生故障或停机时，船舶将漂泊在海上或是在港口停靠，上述船舶余热利用装置方案均会失效。需要启动一台辅助燃料锅炉或是依靠辅助发电柴油机提供额外的电力，才能满足船员生活热水及船舶所需的蒸汽用量，会增加船舶额外的成本。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种余热利用系统，该系统不会受限于船舶推进主机的工作状态，都可以进行余热收集利用，而无需额外增加一台辅机锅炉以满足所需的热水或者蒸汽，降低了成本。
6.为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：
7.一种余热利用系统，包括：汽包，汽包内下部盛装有水，汽包内上部填充有蒸汽；循环泵组，所述循环泵组的输入端与所述汽包连接；三通阀，包括输入端、第一输出端、第二输出端，所述输入端与所述循环泵组的输出端连通；
8.主机烟气处理器，包括第一预热段和第一过热蒸汽段，所述第一预热段的输入端与所述三通阀的第一输出端相连，所述第一预热段的输出端与所述汽包底部连通，所述第一过热蒸汽段的输入端与所述汽包上部连通，所述第一过热蒸汽段的输出端输出蒸汽；
9.辅机烟气处理器，包括第二预热段和第二过热蒸汽段，所述第二预热段的输入端与所述三通阀的第二输出端相连，所述第二预热段的输出端与所述汽包底部连通，所述第二过热蒸汽段的输入端与所述汽包上部连通，所述第二过热蒸汽段的输出端输出蒸汽；
10.控制器，分别与所述循环泵组和三通阀电连接，用于控制所述循环泵组和所述三
通阀的工作状态；
11.所述汽包、三通阀及所述主机烟气处理器的第一预热段通过管道形成第一预热回路；所述汽包、三通阀及所述辅机烟气处理器的第二预热段通过管道形成第二预热回路。
12.所述余热利用系统工作时，所述循环泵组使所述汽包中的水通过所述第一预热回路和所述第二预热回路循环流动，所述第一预热段和所述第二预热段对流经的水进行预热，从而使汽包内的水温逐渐升高。从而，汽包内上部的蒸汽温度和压强也逐步升高，从而使得蒸汽流向所述第一过热蒸汽段和第二过热蒸汽段。当所述蒸汽流经所述第一过热蒸汽段和所述第二过热蒸汽段时被二次加热，进而输出过热蒸汽。
13.系统中设置了所述三通阀，所述控制器控制所述三通阀第一输出端和所述第二输出端的开闭，从而控制水是否进入所述第一预热段和所述第二预热段。
14.进一步的，所述第一预热段、第一过热蒸汽段、第二预热段和第二过热蒸汽段内均设置换热器。所述换热器用于加热。
15.进一步的，所述汽包与所述第一过热蒸汽段之间设有第一控制阀，所述汽包与所述第二过热蒸汽段之间设有第二控制阀，所述第一控制阀和所述第二控制阀分别与所述控制器信号连接。所述第一控制阀和所述第二控制阀分别用于控制所述蒸汽是否能够进入所述第一过热蒸汽段与所述第二过热蒸汽段。
16.该余热利用系统中设置了所述第一控制阀和所述第二控制阀，控制器通过控制所述第一控制阀和所述第二控制阀从而控制蒸汽是否进入第一过热蒸汽段和第二过热蒸汽段。从而可以实现只对主机烟气处理器或者辅机烟气处理器进行余热回收，或者对主机烟气处理器和辅机烟气处理器都进行余热回收。
17.进一步的，所述循环泵组和所述汽包之间设有第一流量计，所述三通阀和所述第二预热段之间设有第二流量计，所述第一流量计和所述第二流量计分别与所述控制器信号连接。所述第一流量计和所述第二流量计分别用于测量所述循环泵组泵出的水的总流量和进入第二预热段的水的流量，并将流量数据发送给所述控制器。
18.进一步的，所述汽包和所述第一过热蒸汽段之间设有第三流量计，所述汽包和所述第二过热蒸汽段之间设有第四流量计，所述第三流量计和所述第四流量计分别与所述控制器信号连接。所述第三流量计和所述第四流量计分别用于测量流入所述第一过热蒸汽段和所述第二过热蒸汽段的蒸汽流量，并将流量数据发送给控制器。
19.进一步的，所述汽包上设有与所述控制器信号连接的液位计、压力传感器、温度传感器和液位平衡装置。所述液位计、所述压力传感器、所述温度传感器分别用于测量所述汽包内水的液位、蒸汽的压力和汽包内水的温度，并将对应数据发送给控制器。所述液位平衡装置用于控制所述汽包内的水的液位恒定。
20.进一步的，所述主机烟气处理器中，所述第一过热蒸汽段相较于第一预热段处于烟气入口的前端。能够预先对汽包内的水先进行一定程度的预热，更加充分的利用废气的热能；将第一过热蒸汽段设置在烟气入口处，此处的烟气温度更好，对蒸汽的加热效果也最好。
21.进一步的，所述辅机烟气处理器中，所述第二过热蒸汽段相较于第二预热段处于烟气入口的前端。
22.进一步的，所述主机烟气处理器还包括第一吹灰器，所述第一吹灰器通过第三阀
控制阀与汽包顶部连通；所述辅机烟气处理器还包括第二吹灰器，所述第二吹灰器通过第四控制阀阀与汽包顶部连通；所述第三控制阀和所述第四控制阀分别与所述控制器信号连接。蒸汽作为所述第一吹灰器和所述第二吹灰器的能量来源，控制器控制所述第三控制阀和所述第四控制阀的开闭，从而可以控制是否启动所述第一吹灰器和所述第二吹灰器。
23.进一步的，所述余热利用系统还包括冷凝器，所述冷凝器通过第五控制阀与所述汽包连通，所述第五控制阀与所述控制器信号连接。所述控制器根据所述温度计、所述压力传感器和所述的液位计发送的数据及个数据的预设值范围判断系统是否处于正常状态，如果不处于正常状态，控制器控制所述第五控制阀打开，将所述汽包内的蒸汽输入到冷凝器中。
24.本实用新型由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
25.(1)本实用新型实施例中设置三通阀、控制器，控制器能够控制三通阀的第一输出端和第二输出端的状态，使得主机烟气处理器和辅机烟气处理器能够共用一个汽包，只要主机或者辅机有一个机组在工作，就能够利用该余热利用系统进行烟气余热利用，不受船舶运行状态限制，当主机无法工作或是停靠港口时，本系统自动切换利用辅机的烟气余热满足船舶所需的蒸汽需要，避免增加燃料锅炉或辅机的投入，从而可显著降低船舶的建造成本和运营成本。
26.(2)本实用新型实施例中设置第一吹灰器和第二吹灰器进行吹灰作业，提高传热效率，提高安全性。
27.(3)本实用新型实施例中设置冷凝器，当控制器检测到异常时，控制器控制第五控制阀将蒸汽输入到冷凝器中，以提高安全性。
附图说明
28.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
29.图1为本实用新型的余热利用系统原理图。
30.附图标记说明：
31.1：主机烟气处理器；101：第一预热段；102：第一蒸汽过热段；103：第一吹灰器；2：辅机烟气处理器；201：第二预热段；202：第二蒸汽过热段；203：第二吹灰器；3：汽包；4：循环泵组；5：三通阀；6：控制器；7：液位计；8：液位平衡装置；9：温度传感器；10：压力传感器；11：第一控制阀；12：第二控制阀；13：第三控制阀；14：第四控制阀；15：第五控制阀；16：冷凝器；17：第一流量计；18：第二流量计；19：第三流量计；20：第四流量计。
具体实施方式
32.以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
33.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
34.参看图1，本实用新型的核心是提供一种余热利用系统，包括：汽包3，汽包内下部盛装有水，汽包内上部填充有蒸汽；循环泵组4，循环泵组4的输入端与汽包3连接；三通阀5，包括输入端、第一输出端、第二输出端，输入端与循环泵组4的输出端连通；
35.主机烟气处理器1，包括第一预热段101和第一过热蒸汽段102，第一预热段101的输入端与三通阀5的第一输出端相连，第一预热段101的输出端与汽包3底部连通，第一过热蒸汽段102的输入端与汽包1上部连通，第一过热蒸汽段102的输出端输出蒸汽；
36.辅机烟气处理器2，包括第二预热段201和第二过热蒸汽段202，第二预热段201的输入端与三通阀5的第二输出端相连，第二预热段201的输出端与汽包3底部连通，第二过热蒸汽段202的输入端与汽包3上部连通，第二过热蒸汽段202的输出端输出蒸汽；
37.控制器6，分别与循环泵组4和三通阀5电连接，用于控制循环泵组4和三通阀5的工作状态；
38.汽包3、三通阀5及第一预热段101通过管道形成第一预热回路；汽包3、三通阀5及第二预热段201通过管道形成第二预热回路。
39.余热利用系统工作时，循环泵组4使汽包3中的水通过第一预热回路和第二预热回路循环流动，第一预热段101和第二预热段201对流经的水进行预热，从而使汽包3内的水温逐渐升高。汽包3内上部的蒸汽温度和压强也逐步升高，从而使得蒸汽流向第一过热蒸汽段102和第二过热蒸汽段202。当蒸汽流经第一过热蒸汽段102和第二过热蒸汽段202时被二次加热，进而输出过热蒸汽。
40.系统中设置了三通阀5，控制器6控制三通阀5第一输出端和第二输出端的开闭，从而控制水是否进入第一预热段101和第二预热段201。
41.进一步的，第一预热段101、第一过热蒸汽段102、第二预热段201和第二过热蒸汽段202内均设置换热器。所述换热器用于加热。
42.优选的，循环泵组包括正常运行泵组和冗余备份泵组。
43.进一步的，汽包3与第一过热蒸汽段102之间设有第一控制阀11，汽包3与第二过热蒸汽段202之间设有第二控制阀12，第一控制阀11和第二控制阀12分别与控制器6信号连接。第一控制阀11和第二控制阀12分别用于控制蒸汽是否能够进入第一过热蒸汽段102与第二过热蒸汽段202。
44.系统中设置了第一控制阀11和第二控制阀12，控制器6通过控制第一控制阀11和第二控制阀12从而控制蒸汽是否进入第一过热蒸汽段102和第二过热蒸汽段202。从而可以实现只对主机烟气处理器1或者辅机烟气处理器2进行余热回收，或者对主机烟气处理器1和辅机烟气处理器2都进行余热回收。
45.进一步的，循环泵组4和汽包3之间设有第一流量计17，三通阀5和第二预热段201之间设有第二流量计18，第一流量计17和第二流量计18分别与控制器6信号连接。第一流量计17和第二流量计18分别用于测量循环泵组4泵出的水的总流量和进入第二预热段201的水的流量，并将流量数据发送给控制器6。
46.进一步的，汽包3和第一过热蒸汽段102之间设有第三流量计19，汽包3和第二过热蒸汽段202之间设有第四流量计20，第三流量计19和第四流量计20分别与控制器6信号连接。第三流量计19和第四流量计20分别用于测量流入第一过热蒸汽段102和第二过热蒸汽段202的蒸汽流量，并将流量数据发送给控制器6。
47.进一步的，汽包3上设有与控制器6信号连接的液位计7、压力传感器10、温度传感器9和液位平衡装置10。液位计7、压力传感器10、温度传感器9分别用于测量汽包内水的液位、蒸汽的压力和汽包内水的温度，并将对应数据发送给控制器6。液位平衡装置8用于控制汽包3内的水的液位恒定。当汽包3内的水随着过热蒸汽的输出减少时，液位平衡装置8同时向汽包内补充水。
48.进一步的，主机烟气处理器1中，第一过热蒸汽段102相较于第一预热段101处于烟气入口的前端。能够预先对汽包3内的水先进行一定程度的预热，更加充分的利用废气的热能；将第一过热蒸汽段102设置在烟气入口处，此处的烟气温度更好，对蒸汽的加热效果也最好。
49.进一步的，辅机烟气处理器2中，第二过热蒸汽段202相较于第二预热段201处于烟气入口的前端。同样时为了充分利用废气的余热和更好的加热输出的过热蒸汽。
50.进一步的，主机烟气处理器1还包括第一吹灰器103，第一吹灰器103通过第三阀控制阀13与汽包3顶部连通；辅机烟气处理器3还包括第二吹灰器203，第二吹灰器203通过第四控制阀14与汽包3顶部连通；第三控制阀13和第四控制阀14分别与控制器6信号连接。蒸汽作为第一吹灰器103和第二吹灰器203的能量来源，控制器6控制第三控制阀13和第四控制阀14的开闭，从而可以控制是否启动第一吹灰器103和第二吹灰器203。
51.进一步的，余热利用系统还包括冷凝器16，冷凝器16通过第五控制阀15与汽包3连通，第五控制阀15与控制器6信号连接。控制器6根据温度计9、压力传感器10、液位计7发送的数据及各数据的预设值范围判断系统是否处于正常状态，如果温度计的温度值、压力传感器的压力值或者液位计的值不处于预设的范围内，控制器6则判断系统不处于正常状态，控制器6控制第五控制阀15打开，将汽包内的蒸汽输入到冷凝器16中。
52.下面对本实用新型工作过程作进一步说明：
53.主机和辅机均正常工作时：启动系统，控制器6初始判断系统处于正常状态，控制液位平衡装置10向汽包内注入预设的水量；注入完成后，控制器6控制循环泵组启动，将汽包3内的水泵入第一预热段101和第二预热段102进行加热后回流到汽包3；汽包3内的水温度逐渐上升后，此时第一控制阀11和第二控制阀12打开，汽包上部的蒸汽温度和压力逐渐增大并流入到第一过热蒸汽段102和第二过热蒸汽段202被二次加热，二次加热后输出。
54.主机工作，辅机不工作时：启动系统，控制器6初始判断系统处于正常状态，控制液位平衡装置10向汽包内注入预设的水量；注入完成之后，控制器6控制循环泵组启动的同时关闭三通阀5的第二输出端，将汽包3内的水通过三通阀泵入第一预热段101进行加热后回流到汽包3；汽包3内的水温度逐渐上升后，此时第一控制阀11打开，汽包上部的蒸汽温度和压力逐渐增大并流入到第一过热蒸汽段102被二次加热，二次加热后输出；第二控制阀12关闭，蒸汽无法进入第二过热蒸汽段202。
55.主机不工作，辅机工作时：启动系统，控制器6初始判断系统处于正常状态，控制液位平衡装置10向汽包内注入预设的水量；注入完成之后，控制器6控制循环泵组启动的同时关闭三通阀5的第一输出端，将汽包3内的水泵入第二预热段201进行加热后回流到汽包3；汽包3内的水温度逐渐上升后，此时第二控制阀11打开，汽包上部的蒸汽温度和压力逐渐增大并流入到第二过热蒸汽段202被二次加热，二次加热后输出；第一控制阀11关闭，蒸汽无法进入第一过热蒸汽段102。
56.系统中设置了三通阀5，控制器6控制三通阀5第一输出端和第二输出端的开闭，从而控制水是否进入第一预热段101和第二预热段201。系统中设置了第一控制阀11和第二控制阀12，控制器6通过控制第一控制阀11和第二控制阀12从而控制蒸汽是否进入第一过热蒸汽段102和第二过热蒸汽段202。从而可以实现只对主机烟气处理器或者辅机烟气处理器进行余热回收，或者对主机烟气处理器和辅机烟气处理器都进行余热回收。
57.上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。即使对本实用新型作出各种变化，倘若这些变化属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本实用新型的保护范围之中。

技术特征：
1.一种余热利用系统，其特征在于，包括：汽包，汽包内下部盛装有水，汽包内上部填充有蒸汽；循环泵组，所述循环泵组的输入端与所述汽包连接；三通阀，包括输入端、第一输出端、第二输出端，所述输入端与所述循环泵组的输出端连通；主机烟气处理器，包括第一预热段和第一过热蒸汽段，所述第一预热段的输入端与所述三通阀的第一输出端相连，所述第一预热段的输出端与所述汽包底部连通，所述第一过热蒸汽段的输入端与所述汽包上部连通，所述第一过热蒸汽段的输出端输出蒸汽；辅机烟气处理器，包括第二预热段和第二过热蒸汽段，所述第二预热段的输入端与所述三通阀的第二输出端相连，所述第二预热段的输出端与所述汽包底部连通，所述第二过热蒸汽段的输入端与所述汽包上部连通，所述第二过热蒸汽段的输出端输出蒸汽；控制器，分别与所述循环泵组和三通阀电连接，用于控制所述循环泵组和所述三通阀的工作状态；所述汽包、三通阀及所述主机烟气处理器的第一预热段通过管道形成第一预热回路；所述汽包、三通阀及所述辅机烟气处理器的第二预热段通过管道形成第二预热回路。2.根据权利要求1所述的余热利用系统，其特征在于，所述第一预热段、第一过热蒸汽段、第二预热段和第二过热蒸汽段内均设置换热器。3.根据权利要求1所述的余热利用系统，其特征在于，所述汽包与所述第一过热蒸汽段之间设有第一控制阀，所述汽包与所述第二过热蒸汽段之间设有第二控制阀，所述第一控制阀和所述第二控制阀分别与所述控制器信号连接。4.根据权利要求1所述的余热利用系统，其特征在于，所述循环泵组和所述汽包之间设有第一流量计，所述三通阀和所述第二预热段之间设有第二流量计，所述第一流量计和所述第二流量计分别与所述控制器信号连接。5.根据权利要求1所述的余热利用系统，其特征在于，所述汽包和所述第一过热蒸汽段之间设有第三流量计，所述汽包和所述第二过热蒸汽段之间设有第四流量计，所述第三流量计和所述第四流量计分别与所述控制器信号连接。6.根据权利要求1-5任意一项所述的余热利用系统，其特征在于，所述汽包上设有与所述控制器信号连接的液位计、压力传感器、温度传感器和液位平衡装置。7.根据权利要求1所述的余热利用系统，其特征在于，所述主机烟气处理器中，所述第一过热蒸汽段相较于第一预热段处于烟气入口的前端。8.根据权利要求1或7所述的余热利用系统，其特征在于，所述辅机烟气处理器中，所述第二过热蒸汽段相较于第二预热段处于烟气入口的前端。9.根据权利要求1所述的余热利用系统，其特征在于，所述主机烟气处理器还包括第一吹灰器，所述第一吹灰器通过第三控制阀与汽包顶部连通；所述辅机烟气处理器还包括第二吹灰器，所述第二吹灰器通过第四控制阀与汽包顶部连通；所述第三控制阀和所述第四控制阀分别与所述控制器信号连接。10.根据权利要求1所述的余热利用系统，其特征在于，所述余热利用系统还包括冷凝器，所述冷凝器通过第五控制阀与所述汽包连通，所述第五控制阀与所述控制器信号连接。

技术总结
本实用新型公开了一种余热利用系统，包括：汽包，循环泵组，三通阀，主机烟气处理器，包括第一预热段和第一过热蒸汽段，第一预热段的输入端与三通阀的第一输出端相连，第一预热段的输出端与汽包底部连通，第一过热蒸汽段的输入端与汽包上部连通，第一过热蒸汽段的输出端输出蒸汽；辅机烟气处理器，包括第二预热段和第二过热蒸汽段，第二预热段的输入端与三通阀的第二输出端相连，第二预热段的输出端与汽包底部连通，第二过热蒸汽段的输入端与汽包上部连通，第二过热蒸汽段的输出端输出蒸汽；控制器，分别与所述循环泵组和三通阀电连接，用于控制所述循环泵组和所述三通阀的工作状态。实现了在主机和辅机只要一个在工作，即可余热利用，解决能源。解决能源。解决能源。


技术研发人员：王学敏 裴韩生 林莹
受保护的技术使用者：上海应用技术大学
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2022/5/25