船舶柴油機余熱利用系統(tǒng)熱經(jīng)濟學分析及優(yōu)化.pdf

1、隨著國際原油價格的持續(xù)上漲，燃料費用所占船舶營運成本的比例也越來越大，如何提高主機燃油能量利用率已成為航運界普遍關心的問題。同時，為了緩解溫室效應，減少CO2的排放，國際海事組織(IMO)頒布了EEDI(Energy Efficiency DesignIndex，船舶能效設計指數(shù))法案，對能耗不達標的船舶，船東需繳納相應數(shù)量的罰金以補償對環(huán)境的破壞。在船舶柴油機后搭建余熱利用系統(tǒng)能夠有效地回收主機廢氣和冷卻水中的熱量，減少柴油機因排氣和

2、冷卻造成的能量損失，從而提高船舶整體的能量利用率，實現(xiàn)船舶的節(jié)能減排。
　　本文以基于6S50ME-C8.2型柴油機搭建的船舶余熱利用系統(tǒng)為研究對象，建立余熱利用系統(tǒng)各主要設備的火用分析模型，完成船舶柴油機余熱利用系統(tǒng)的熱平衡和火用平衡分析，得到系統(tǒng)各主要設備的火用損失、火用效率、火用損失系數(shù)和火用損率等參數(shù)，進而對余熱利用系統(tǒng)的熱力性能進行了準確評價，并找出了系統(tǒng)的用能薄弱環(huán)節(jié)；此外，研究了主機負荷變化對主機排氣火用損失、冷卻火

3、用損失和主機火用效率的影響，以及蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電量、有機工質朗肯循環(huán)發(fā)電量和動力渦輪發(fā)電量隨主機負荷的變化規(guī)律。
　　本文根據(jù)矩陣模式熱經(jīng)濟學基本理論，通過明確各子系統(tǒng)燃料和產(chǎn)品的數(shù)學表達式，確立事件矩陣，建立補充方程，計算了余熱利用系統(tǒng)各股流及各子系統(tǒng)的火用成本和單位火用成本；此外，結合系統(tǒng)各主要設備投資成本的估算方程，計算了各股流及各子系統(tǒng)的熱經(jīng)濟學成本和單位熱經(jīng)濟學成本，對系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性能進行評估，并研究了不同主機負荷下系統(tǒng)

4、的熱經(jīng)濟性能。研究發(fā)現(xiàn)，隨主機負荷的增加，各股流和各子系統(tǒng)的單位火用成本及單位熱經(jīng)濟學成本都是先減小后增大，且當主機負荷為75％時，系統(tǒng)有著較小的單位火用成本和單位熱經(jīng)濟學成本。
　　本文最后使用遺傳算法對主機處于75％負荷下的船舶柴油機余熱利用系統(tǒng)進行了熱經(jīng)濟學優(yōu)化，以系統(tǒng)所消耗的外部資源成本、設備總投資成本與各設備火用損失成本之和作為目標函數(shù)，并選取與余熱鍋爐、汽輪機、有機工質蒸發(fā)器和有機工質汽輪機等設備設計和運行相關的22個