李传来；崔瑶瑶；郭志刚；陈志农；李传胜
江南造船(集团)有限责任公司
摘要：本文首先阐述了船舶主机余热的类型及利用途径，论述了船舶主机的余热利用现状，接着分析了船舶主机余热利用主要技术手段，最后对余热利用装置的管理进行了探讨。
关键词：船舶主机；余热利用
引言：
船舶主机的热利用使系统能够充分利用主机运行所产生的残余热量，从而大大提高主机的能源利用效率，减少排放，这是一项先进的船舶节能措施。随着能源短缺和运输成本上升，充分利用船舶的能源，提高船舶的能源效率，不仅降低船舶成本，而且减少主机的污染物排放。
1船舶主机余热的类型及利用途径
船舶主机是海上航行和作业的主要动力，废热约占总热效率的40%，其废气余热温度范围为350℃-410℃。如果直接向外走，就会产生大量未使用的热量，导致船舶例行程序无法充分利用正常运行中的能量。利用这部分产生的热量可以实现巨大的节能效果。
船舶主机上的热量可以分为高质量和低质量，应按质量适当利用。一般采用“按质供能，各用各的地方”的原则。对于低品质的废热，一般直接作为其他设备的热源使用，如在海水淡化装置和船用溴化锂吸收式制冷机中的应用；在高能量使用量和高温条件下，应从节能的角度使用滞留剂。一般来说，废热锅炉产生的蒸汽驱动涡轮发电机产生电能，只有这样，船舶的热量才能得到适当的利用，增加热量，节约能源。
2船舶主机的余热利用现状
2.1余热制冷
制冷技术应用于国民经济的许多领域。在当今的船舶上，冷却主要用于食品冷却、空调、运输等。此外，为了满足生产和特种设备的需要，渔船、液化气或天然气运输船、海运作业船等。制冷设备是船舶运行必不可少的设备之一，中小型渔船的冷却装置不超过两个。在码头补充冰块，冰块用完了就要返航。这种无机械的保冷不适合在海洋中作业的中小型渔船，虽然大型渔船一般都配有制冷系统，但是制冷消耗的能量很大。
许多国家已经开始控制或禁止使用氟利昂系列制冷剂，人们也在不断探索新的制冷剂和新的制冷设备。特别是在远洋渔船上，海洋的保鲜能力是巨大的。大多数渔船用压缩机冷却设备，但需要更多的燃料和较少的冷却液。国内外作业的渔船产生了较高的产量和较高的废气排放，如果这部分余热可以用于制冷，从节能环保的角度来说是一个不错的选择。
2.2余热制淡
近年来，随着科技的发展，海上作业越来越多，船只航行的距离也越来越远，这个时候对淡水的需求很大。船舶上的淡水主要用于柴油机和其他辅助机械的冷却、供水锅炉、清洁房屋和饮用。为了增加吨位的运费，远洋渔船不应携带太多淡水。为了确保渔船的淡水供应，通常安装海水淡化装置。目前船用海水淡化装置主要有蒸馏装置、电渗析装置和反渗透装置。船用海水淡化设备是船舶的重要设备。我国对利用柴油机热水和废热烟气作为海水淡化热源进行了大量的研究。
蒸馏制取淡水目前应用最广泛的技术。船舶偏差装置的能效表现直接关系到船舶的总能量供应。从海洋的能源储备中减少淡水的前景很有希望。通过将渔船各种特性的海水应用于淡水系统，可以大大降低海上淡水减少的成本，提高船舶柴油机的效率，提高海上淡水流动的效率。
2.3余热发电
考虑到远洋渔船主机负荷高，排气流稳定，热能等级高，正常航行时产生的蒸汽可以代替柴油机通过汽轮发电机组发电，以满足全船的动力负荷。如果余热不够大，余热发电不能满足全船用电需求，可以通过与柴油发电机并联运行、辅助锅炉补汽、轴发电机补汽等方式进行补充。
在国内外余热能源的利用以及为增加余热发电而采用的一些余热回收技术中，典型的发电系统有:单级单压余热发电系统、单级双压余热发电系统、双级双压余热发电系统、双级三压余热发电系统和配备热水闪蒸透平的余热发电系统。
3船舶主机余热利用主要技术手段
3.1动力涡轮余热回收技术
动力涡轮回收船舶主机余热的装置不同于涡轮增压器中的排气涡轮。动力涡轮直接从主机排气中绕过一部分流量(一般在10%左右)，带动涡轮旋转产生轴功，带动发电机发电，保证船舶的动力供应或直接输出。涡轮安装在船体上后，必须重新调整涡轮增压引擎。高工作状态下，排气阀打开，排气口分为两个不同大小的流量，每个流量由涡轮和涡轮驱动。
当主机处于低工况时，废气能量不高，所以排气旁通阀会关闭，只用涡轮增压器做功，而不经过动力涡轮。
3.2余热锅炉余热回收技术
余热锅炉回收技术利用余热锅炉回收锅炉，加热锅炉中的热水过多蒸汽，启动驱动电机发动机，并在不影响主机运行的情况下为船舶供电。当船舶在低工况下运行时，余热锅炉产生的电能不能提供足够的电力供应，需要通过其他技术手段进行补充。此时余热锅炉只为船舶提供必要的蒸汽。
3.3蒸汽轮机余热回收技术
当船舶主机在低工况下运行时，余热锅炉产生的电能不能提供足够的电力供应，需要通过其他技术手段进行补充。此时余热锅炉只为船舶提供必要的蒸汽。当主机高工况运行时，蒸汽非常高，以至于车轮可以通过铰链单元连接到驱动车轮上。发电机可以一起运行，以减少船上大型发电机的数量，大大节约成本。当主机工况较低时，产生的蒸汽量较小，需要使用小型发电机补充动力，以满足船上的供电要求。
3.4有机朗肯循环余热回收技术
有机朗肯循环余热回收技术是基于朗肯循环的相关原理，利用余热回收系统中的蒸发器吸收船舶主机在运行过程中产生的余热。将有机材料加热到过热蒸汽中，与有机材料一起输入蒸汽机中，推动汽轮机运转，推进发电机。磨床出口处的低压差通过海水冷却，形成过热液体。经工质泵抽吸加压后，再次输送至蒸发器蒸发，形成循环回路，实现废热能向电能的转化，可为船舶用电提供支撑。
4余热利用装置的管理
4.1废气锅炉的管理
(1)吹灰
废气锅炉使用一段时间后，受热面会积灰。灰渣的出现不仅影响锅炉受热面的传热效果，降低锅炉的工作效率，而且腐蚀受热面，造成烟道堵塞，必须及时清除。平时应经常检查锅炉排气管的烟道压差(U型压差表)，同时记录烟道出口温度和主机负荷，以判断加热管表面积碳程度，确定吹灰频率。如果主机运行时间较长且负载较低，正常航行后应增加吹灰次数，可采用间歇吹灰，比连续吹灰好。一般来说，在操作过程中用蒸汽或压缩空气吹。如果很难完全清除灰尘，可以在机械和水袋停止时进行清洁。
(2)水质检测和处理
日常处理锅炉时，应定期检查和处理锅炉的水质，以减少污染源，防止管道强度严重影响锅炉效率。
4.2船舶海水淡化装置的管理
(1)确保装置能保持足够的真空度，并及时清洗冷凝器
冷却水侧，以免污垢堵塞冷却水管，污染换热面，阻碍传热。为防止阻尼器内外管道的污物严重影响传热，建议定期检测和处理主机上加热介质的水质，准确控制蒸馏器的供水，避免污物过多，必要时手动清洁或去除水。
(2)废气涡轮增压器的管理
增压器压缩机的进气过滤器和中冷器应定期清洗，增压器的压缩机端和排气涡轮端应在航行中定期清洗。长期使用中冷器时，通常会将污垢(如泥土或胶水)连接到中冷器的内部管道，从而影响中冷器的热性能。因此，冷却器必须从内部定期清洗。清洗时要注意进出操作的磨损，控制污染，决定是否冲洗。一些冷却器具有u形压力表，当进气口压降大于2kPa时，表明中冷器脏污程度严重，需要拆卸进行化学清洗，清洗效果最好。
结束语：
船舶主机余热回收是一个具有理论研究价值和实际应用前景的新领域。应通过自主研发创新打破外国技术的垄断，逐步展示我国航运业利用柴油进行再生利用的技术力量，加强制定我国船舶能效指标的国际语言基准法，展示航运业的更新改造，促进整个航运业的健康发展。
参考文献：
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