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利用废热回收减少废气排放
摘要
当今的减排和降低机器运作成本的趋势是进行更为有效的废热回收。通过调整苏尔寿低速二冲程船用柴油机的调试以增加废气能量,并在综合废热回收设备中同时采用蒸汽轮机及废气透平,可以获取约为发动机功率11%的电力输出。这些节省的能源在提升机器效率和减少排放方面都起到重要的作用。以现今广泛应用于大型集装箱班轮上的苏尔寿12RTA96C型柴油机为例,综合废热回收设备可以在主机工作负载时以电力形式提供达7000KW的能量。
这种综合热回收设备正在引那些起对节约燃料成本和减少废气排放感兴趣的船东们的注意。需要记住的是,现今的大型低速船用柴油机已经是高度发达的机器,单方面通过对机器效率的提升大量减少二氧化碳的排量的可能性很小。因此我们推荐的综合热回收设备在今后是实用的减排办法。
引言——为何要进行废热回收?
有关减少船用柴油机废气排放问题已经有过多篇论著,这些论著或是关注在气缸内控制废气产生,通过对废气进行再处理以消除废气排放,或是关注限制燃油规格的硫氧化物的排放。然而,当我们必须面对如何减少二氧化碳排放问题时,我们可能需要进一步放开思路去寻找控制减排的良策。
我们必须认识到的是通过改进机器热效率来解决减少船用柴油机二氧化碳排量问题的余地不大。1973年石油危机之后,人们在减少油耗问题上付出了相当大的投入,结果多年来最大缸径柴油机的整体热效率提升了50%(图一)
无论如何,现在的一个重要因素是在机器耗油率和氮氧化物排放之间存在一种自然平衡。伴随着油耗下降,氮氧化物排量自然会下升。
然而还有另外一种方法,既可以减少废气排放又可以降低燃油消耗率——利用废气能量。现代的低速柴油机效率已经高达50%,然而仍然有50%的燃料输入能量未能被有效利用。
就最大持续功率达到68,640 kw的苏尔寿12RTA96C型柴油机而言,这意味着正在浪费同样多的能量。产生68,640 kw的轴功率需要约300公吨重油的日耗油量。毋庸置疑,这些浪费的能量正在给环境带来负担的同时也在浪费我们有限的一次能源。我们有责任保护好环境并且最充分地利用我们的一次能源。这需要提出对一次能源进行更有效利用的理念。
对能源进行更充分利用的成果是缩减燃油成本并降低排放。降低排放有利于船舶的“绿色”形象,这一点在航运市场的竞争中正在逐步成为一个有利因素。
废热回收利用系统的应用有三种优势:
航运用公司因缩减了年度燃料成本而受益。
航运公司可为二氧化碳和一氧化氮这类废气的减排做出贡献。
航运公司因在航运市场上竞争力提升而获益。
在道德层面上,企业有责任谨慎对待地球上有限的能源,同时寻找到一种环保的解决办法。
为废热回收进行机器调试
机器的排气温度很高,其中约有25%的输入能量可以利用。这些能量是适用于废热回收的潜在资源。
然而通过调整机器进气温度可以使排气温度升高。在热带地区,通过涡轮增压机从机舱吸入空气,柴油机的进气温度的最高值可达45℃,如利用进气管道从机舱外吸入空气,机器的进气温度可设定为不超过35℃。(图二)
这种情况下,可再次配合使用涡轮增压器使机器热负荷重新达到机器进气温度为45℃时的值。为提升机器排气温度而进行调试时,重要的一点,是调试机器的热负荷不得超过惯常值,以便不会危害到机器的安全性能。
即便一部分排气被分流到动力涡轮机而无法由