【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于废热回收利用，尤其涉及一种船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统及控制策略。
技术介绍
1、国际海事组织(imo)制定的tier iii排放标准已经实施，排放控制区(ecas)范围不断扩大。重型低速柴油机作为现代远洋船舶运输的主要动力源，在油价不断攀升的今天，船舶营运费用居高不下，要想实现绿色可持续发展，降低其油耗与污染物排放十分必要。船舶柴油机废热回收属于热能的二次利用，其不仅可以改善船舶动力系统的经济性能，还能满足eedi(船舶能效设计指数)对船舶co2排放量的硬性指标要求。废气再循环技术(egr)是将经过冷却与净化处理的废气再循环到发动机进气系统或扫气集管中，使进气中氧含量降低而二氧化碳含量增加，提高缸内混合工质热容，通过降低燃烧速度以及缸内最高燃烧温度，从而抑制并降低nox的生成。
2、目前，由于发动机缸内燃烧技术以及计算机辅助工程技术的日臻成熟，从优化发动机结构或缸内燃烧的角度来降低船舶能耗变得十分有限。而现有技术的低速柴油机一般应用egr技术的主要目的是降低nox的排放，而将egr管道中的废气能量释放到外界，从而降低了主机整体热效率。因此，如何在废热回收和燃烧调控两方面来提高船用低速机的综合性能，以达到节能减排目的，成为本领域的技术难题。
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统及控制策略，采用高压egr技术，降低废气中nox的排放，并回收废
2、为实现上述目的，在本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，包括柴油机主机、排气集管、余热锅炉、高压egr系统、余热回收系统和涡轮增压系统；
3、其中，所述高压egr系统包括阀组三、egr换热器、阀组五、洗涤器、除湿器、鼓风机、扫气集管；所述egr换热器内包括高温段过热器和低温段蒸发器，所述egr换热器将所述高压egr系统分为高温段和低温段；所述排气集管通过egr管道进入所述高压egr系统，所述egr管道上设有绕过所述阀组五直接进入所述洗涤器的阀组四；所述高温段过热器和低温段蒸发器；
4、所述涡轮增压系统包括从所述排气集管引出的涡轮增压管道、连接在涡轮增压管道上的涡轮增压器和阀组一，所述涡轮增压器连接所述余热锅炉；
5、所述排气集管通过废气旁通管道连通至所述余热锅炉，所述废气旁通管道上设置阀组二；
6、所述余热回收系统包括与所述低温段蒸发器进行热交换的低压回路和与所述高温段过热器机械能热交换的高压回路，所述低压回路上设阀组六，所述高压回路上设阀组七。
7、作为优选，还包括连接在所述余热回收系统中的汽轮机，所述余热回收系统回收所述高压egr系统和所述余热锅炉的热量后产生高温高压蒸汽驱动所述汽轮机发电。
8、作为优选，所述低压回路和所述高压回路并联设置，且均连接至公用汽包。
9、作为优选，所述公用汽包经强制循环泵分两路分别连接所述余热锅炉和所述低温段蒸发器。
10、作为优选，所述高压回路还包括冷凝器、热井、冷凝水泵、缸套水换热器、给水泵、空冷器；所述冷凝器连接所述汽轮机，所述空冷器连接公用汽包。
11、作为优选，所述阀组四作为备用阀组处于常闭状态，当所述余热回收系统故障时开启所述阀组四，以保证所述高压egr系统的正常运行。
12、在本专利技术的另一方面，本专利技术提供一种船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统的控制策略，基于上述任一项所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，包括eca-egr模式、non-egr模式、low-egr模式三种控制模式，根据系统运行工况的不同，切换三种控制模式以实现梯级利用所述柴油机主机的各部分废热。
13、进一步地，在所述eca-egr模式下，关闭阀组四，打开阀组三、阀组五、阀组六、阀组七。
14、进一步地，在所述low-egr模式下，关闭阀组四、阀组六，打开阀组三、阀组五、阀组七。
15、进一步地，在所述non-egr模式下，关闭阀组四、阀组三、阀组五、阀组六、阀组七。
16、本专利技术公开了以下技术效果：
17、通过将egr换热器设计成两段式，分为高温段和低温段，并把排气废热与高压egr系统中的热量串并联在一起，不仅可以实现增加废热回收量，提高综合热效率，提高经济效益，而且针对现有排放法规，还可以实现超低排放、主机工作模式切换等功能。
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1.一种船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，其特征在于，包括柴油机主机(1)、排气集管(2)、余热锅炉(9)、高压EGR系统、余热回收系统和涡轮增压系统；
2.根据权利要求1所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，其特征在于，还包括连接在所述余热回收系统中的汽轮机(13)，所述余热回收系统回收所述高压EGR系统和所述余热锅炉(9)的热量后产生高温高压蒸汽驱动所述汽轮机(13)发电。
3.根据权利要求2所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，其特征在于，所述低压回路和所述高压回路并联设置，且均连接至公用汽包(21)。
4.根据权利要求3所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，其特征在于，所述公用汽包(21)经强制循环泵(22)分两路分别连接所述余热锅炉(9)和所述低温段蒸发器(12)。
5.根据权利要求4所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，其特征在于，所述高压回路还包括冷凝器(15)、热井(16)、冷凝水泵(17)、缸套水换热器(18)、给水泵(19)、空冷器(20)；所述冷凝器(15)连接所述汽轮机(13)，所述空冷器(
6.根据权利要求1所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，其特征在于，所述阀组四(104)作为备用阀组处于常闭状态，当所述余热回收系统故障时开启所述阀组四(104)，以保证所述高压EGR系统的正常运行。
7.一种船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统的控制策略，其特征在于，基于权利要求1至6中任一项所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，包括ECA-EGR模式、NON-EGR模式、LOW-EGR模式三种控制模式，根据系统运行工况的不同，切换三种控制模式以实现梯级利用所述柴油机主机(1)的各部分废热。
8.根据权利要求7所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统的控制策略，其特征在于，在所述ECA-EGR模式下，关闭阀组四(104)，打开阀组三(103)、阀组五(105)、阀组六(106)、阀组七(107)。
9.根据权利要求7所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统的控制策略，其特征在于，在所述LOW-EGR模式下，关闭阀组四(104)、阀组六(106)，打开阀组三(103)、阀组五(105)、阀组七(107)。
10.根据权利要求7所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统的控制策略，其特征在于，在所述NON-EGR模式下，关闭阀组四(104)、阀组三(103)、阀组五(105)、阀组六(106)、阀组七(107)。
...【技术特征摘要】
1.一种船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，其特征在于，包括柴油机主机(1)、排气集管(2)、余热锅炉(9)、高压egr系统、余热回收系统和涡轮增压系统；
2.根据权利要求1所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，其特征在于，还包括连接在所述余热回收系统中的汽轮机(13)，所述余热回收系统回收所述高压egr系统和所述余热锅炉(9)的热量后产生高温高压蒸汽驱动所述汽轮机(13)发电。
3.根据权利要求2所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，其特征在于，所述低压回路和所述高压回路并联设置，且均连接至公用汽包(21)。
4.根据权利要求3所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，其特征在于，所述公用汽包(21)经强制循环泵(22)分两路分别连接所述余热锅炉(9)和所述低温段蒸发器(12)。
5.根据权利要求4所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，其特征在于，所述高压回路还包括冷凝器(15)、热井(16)、冷凝水泵(17)、缸套水换热器(18)、给水泵(19)、空冷器(20)；所述冷凝器(15)连接所述汽轮机(13)，所述空冷器(20)连接公用汽包(21)。
6.根据权利要求1所述的船用柴油机废热利用蒸汽朗肯循环系统，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯永明，郑帅超，朱元清，曲金博，吴云金，肖忠旭，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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