[发明专利]基于配气活塞式热气机的船舶余热发电装置及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种船舶余热发电装置及其工作方法，尤其涉及一种基于配气活塞式热气机的船舶余热发电装置及其工作方法，其属于节能环保领域。

背景技术

目前，主机余热发电主要有两种形式：一是利用主机烟气排热加热水产生高温高压蒸汽驱动汽轮发电机组。存在系统庞大，管路布置复杂，投资较高，对排热温度要求高等缺点，且从主机尾气取热会增大排气阻力，降低主机的有效输出功率。二是利用温差发电原理的温差电池板，高温烟气和循环冷却水分别流经高低温侧，在电池板两侧形成电势差。存在低温侧所需面积大，循环冷却水功耗较高，且发电功率比较小的缺点。由于目前船舶主机烟气经余热锅炉回收后的排气温度仍可达200℃，船上发电柴油机排热可达400℃左右，而其水舱及周围海水的温度只有20摄氏度甚至更低，这样就构成了一个巨大的温差能体系。若能充分利用这部分能量来发电，一方面可减少对船上柴油发电机组的依赖，避免从主机排气取热而影响主机功率；另一方面由于斯特林循环是不依赖燃烧的闭式循环，不会增加任何排放问题，可满足日益严格的海洋环保法规的要求。

热气机有三种结构形式，分别是双动力活塞式（α型），配气活塞式（β或者γ型），其中双动力活塞式热气机的动力活塞和配气活塞分列于两个气缸，而配气活塞式热气机动力活塞和配气活塞处于同一气缸。对于上述温度范围（200-400℃）的中温废热，适合采用配气活塞式热气机，要求配气活塞缸径大，冲程短，扫气容积比较大，转速较低。

发明内容

本发明提供一种基于配气活塞式热气机的船舶余热发电装置及其工作方法，该装置可以将温差能转化为机械功，再转化成高品位的电能，热源主要来自船舶余热锅炉的排气和船上发电柴油机的排热；冷源来自天然海水；该装置可减少对柴油发电机组的依赖，避免从主机排气取热所造成的对主机功率的影响。当余热锅炉或发电柴油机发生故障时，也可以将主机一次烟气作为备用高温热源继续工作。本发明实现了结构紧凑、经济性好、使用方便的余热发电，有利于节能减排、低碳环保。

本发明采用如下技术方案：一种基于配气活塞式热气机的船舶余热发电装置，其特征在于：所述基于配气活塞式热气机的船舶余热发电装置由热源，冷源，配气活塞式热气机发电系统组成；

所述热源由主机燃烧室、一次烟气输出管、余热锅炉、二次烟气输出管、单向阀、第二输海水管、海水淡化装置、淡水管、热淡水/蒸汽管、发电柴油机燃烧室、发电柴油机排烟管组成，其中所述主机燃烧室烟气出口与一次烟气输出管的进口连接，一次烟气输出管的第一出口与余热锅炉的热流体进口连接，余热锅炉的热流体出口与二次烟气输出管的进口连接，第二输海水管的出口与海水淡化装置的进口连接，海水淡化装置的出口与淡水管的进口连接，淡水管的出口与余热锅炉的冷流体进口连接，余热锅炉的冷流体出口与热淡水/蒸汽管的进口连接，发电柴油机燃烧室的烟气出口与发电柴油机排烟管的进口连接，发电柴油机排烟管的出口与二次烟气输出管的进口连接，一次烟气输出管的第二出口与单向阀的进口连接，单向阀的出口与二次烟气输出管的进口连接；

所述冷源由冷水源组成，其中，冷水源为船舱外海水，冷水源的第二出口与所述热源的第二输海水管的进口连接；

所述配气活塞式热气机发电系统由余热回收装置、加热器、回热器、冷却器、配气活塞、动力活塞、摆盘机构、联轴节、发电机、第一输海水管、第一海水管、换热器、第二海水管、三次烟气输出管、排烟管组成，所述加热器安装于余热回收装置内，所述余热回收装置外敷用以减少热量散失的保温层，所述加热器与回热器的第一端连接，回热器的第二端与冷却器连接，配气活塞与动力活塞分别通过连通管同时连接于所述摆盘机构上，所述摆盘机构通过联轴节与发电机连接，余热回收装置的烟气进口与所述热源的二次烟气输出管的出口连接，余热回收装置的烟气出口与三次烟气输出管的进口连接，三次烟气输出管的出口与换热器的热流体进口连接，换热器的热流体出口与排烟管连接，第一输海水管的进口与所述冷源的冷水源的第一出口连接，第一输海水管的出口与冷却器的进口连接，冷却器的出口与换热器的冷流体进口经第一海水管连接，换热器的冷流体出口与所述热源的海水淡化装置的进口经第二海水管连接。

本发明还采用如下技术方案：一种基于配气活塞式热气机的船舶余热发电装置的工作方法，其包括如下步骤：

步骤一：热源中主机燃烧室燃烧后的烟气经一次烟气输出管进入余热锅炉，余热锅炉的排烟和发电柴油机燃烧室排出的烟气同时经二次烟气输出管送至余热回收装置，在所述余热锅炉或发电柴油机组运行故障时打开单向阀把主机燃烧室的烟气直接经二次烟气输出管输入余热回收装置中；