撬裝式汽輪機應用于船用柴油機尾氣余熱發電

0 引言

受疫情影響，當今國際海運能力緊張，平均價格居高不下，國際競爭加劇，碳排放指標成為國際政治話題，船舶節能減排從而又得到了極大的關注，每個港口對停靠運輸船舶的排放都有嚴格標準，排放不達標的船舶需停靠在距離港口上百公里的海上，船東要額外花錢把船拖進或拖出港口，不利于船東的經營，同時也限制了中國船舶制造地位和海運能力。

1 EEDI介紹

國際海事組織（IMO）早在1998年就提出船舶溫室氣體的排放問題，在2011年7月11日至15日召開的國際海事組織海洋環境保護委員會第62次會議上，50多個國家就船舶能效設計指數進行投票，最終以46票贊成，5票反對，通過了強制性的船舶能效設計指數。2018年，IMO批準了溫室氣體戰略，以2008年為基準線進行折減率計算，并為實現這一目標制定了短期、中期和長期措施。短期措施將于2023年生效，對包括主機限速在內的短期措施進行了廣泛討論。隨著2050年溫室氣體戰略的實施，IMO制定了在2030年之前將航運碳排放強度降低40%，并在2050年之前降低碳排放總量50%（碳強度70%）的明確目標。根據近十年來市場驅動的船舶降速實踐，這項短期措施被公認為在CO

減排方面具有較大潛力

。

EEDI(EnergyEfficiencyDesignIndex)是一種新船設計標準，其概念是利用船舶在保證其最大載貨能力下，以一定航速航行所需的推進動力以及相關輔助功率所消耗的燃油排放的CO

排放量來表征船舶的能效水平（見表1）

。

公式1.1 EEDI計算公式

此時，投資組合的收益，方差=1.035 6，即按照此策略進行投資，投資者可以獲得20.04%的投資收益，投資比例分散在中國聯通、貴州茅臺、中國石化、美爾雅、長江投資、生益科技、航發科技和北方導航八個股票上，模型的策略具有良好的收益率和分散能力，新模型具有可行性、有效性，對投資者起到一定的指導作用。

新船（400總t以上的船舶）必須進行EEDI計算，并滿足相應的能效要求（基線值）。

我國低速柴油機產能和遠洋船舶市場并不匹配，目前國產自給率不到50%，超過一半需要進口。本文主要探討汽輪機發電，柴油機排氣通過渦輪增壓器或動力透平進入余熱鍋爐，余熱鍋爐產生的蒸汽，通過汽輪機來發電。此汽輪機一般為補汽凝汽式，余熱鍋爐產生的過熱蒸汽通過速關閥進入汽輪機里做功發電，鍋爐產生的低壓蒸汽通過補汽口進入汽輪機里做功發電。蒸汽通過汽輪機做功后進入冷凝器，凝結成水，再通過凝結水泵進入除氧器，除氧之后進入鍋爐中加熱，生成蒸汽，如此循環。

劉志武一口氣說完，邢慧第一個鼓起掌來，但她馬上發現只有自己鼓掌，眾人都似笑非笑地看著她。趙大剛諷刺地說：“劉大神探，昨天又看了美劇《奇案追蹤》來著吧？”

公式1.2新的EEDI指數

2 中國干散貨船現狀

2.1 干散貨船分類（見表2、表3）

2.2 運力現狀

14）控制系統也需實現集成化，具有系統單獨運行的能力。

據交通運輸部官網水路運力數據，截至2020年底，我國沿海省際干散貨運輸船舶（萬t以上，不含重大件船、多用途船等普通貨船）共計1 973艘，同比增加221艘，載重總量達6 794.40萬載重噸（dwt），同比增長8.75%，平均船齡11.09年，占據了水路貨物運輸船中的重要一席。干散貨運輸是海上貨物運輸的主要組成部分，國際干散貨海運量可占到國際海運量的三分之一，其中主要為鐵礦石、煤炭和谷物。

9）機組的徑向軸承和推力軸承均采用可傾瓦形式，設計成滿溢式回油模式，減小船晃動對軸承工作和耗油量的影響。

2.3 國際航運前景

在疫情的籠罩下，2021年國際航運運力周轉不暢、港口擁堵嚴重、價格大幅上漲，預計2022-2027年全球干散貨航運市場仍將保持相對較高的運價水平。如果疫情持續加重或者不能得到有效控制，船員的換班難、治病難、回家難，船舶靠岸難等國際航運的問題會更加嚴峻，各種國際綠色法規對船舶要求也會越加嚴格，應密切關注IMO、歐盟及相關國家對于航運業船舶排放及安全的相關標準。

對于2023年EEXI準則實施，船舶需做好降速航行和拆解的準備。在新造船舶時考慮應用新能源動力，密切關注全球碳達峰碳中和對航運業需求及供給的影響。關注船舶再度安裝脫硫塔的趨勢。根據新的EEDI排放指標，響應當代國際海洋運輸船舶排放標準的總體要求，符合當前中國遠洋船舶制造總體情況，是一項能源與環境、經濟與發展雙重考慮的研究課題，需要長期的、細致的工作。

3 船舶柴油機聯合余熱利用系統

目前，節能減排已成為船舶業發展的風向標，如何降低能耗、減少排放，滿足IMO EEDI要求，一直是船舶業研究的熱點之一。柴油機作為船舶的主要動力，其熱效率已接近50%，但仍有50%的能量被廢氣、冷卻介質帶走。如果能夠充分利用這部分余熱，可以明顯提高主機熱效率，降低船舶營運成本。船舶余熱利用技術是船舶柴油機減少燃料消耗，節約能源和減少CO

排放、降低EEDI指數的關鍵技術之一

。

我國還沒有掌握此項技術，國內還沒有自主知識產權的船用柴油機余熱利用裝置。國內和國際市場上，主機余熱利用裝置屬高附加值船舶配套產品，被幾家國外公司所壟斷。隨EEDI法規生效，將推動主機余熱利用系統的裝船率。

6）油站上一個濾油器，潤滑油和調節油先經過濾油器，然后調節油直接到調節系統，潤滑油再經過冷油器去潤滑系統，這樣減少了一個濾油器。

在新的排放標準的限制下，中國船舶制造面臨改造船舶動力系統的節能減排系統問題，以保證中國制造的市場地位，保證中國船舶在國際港口的停靠方便。為降低EEDI指數，需要從提高燃油經濟性、提高船舶操作性、優化推進系統設計等方面入手。國際上，MAN公司（見圖1）、Wartsila公司、三菱重工(見圖2)、西門子公司已經研發并推出了船舶柴油機聯合余熱利用系統，可以回收相當于主推力機10%運行功率的能量，主動去適應EEDI排放標準

。

一萬匹馬力以上的船舶主柴油機在運行時，其排汽具有相當的速度能量和熱能量，大量的缸套水也具備一定的熱力能量。通過煙氣透平技術回收速度能，通過余熱鍋爐把高溫煙氣的熱能轉化成蒸汽，利用蒸汽輪機回收蒸汽的熱能，再利用有機工質吸收缸套水等熱水能量進行回收發電，這便形成了整個主推力柴油機的余熱利用系統。

探索利用汽輪機對柴油機尾氣余熱進行回收發電，以達到優化主推力系統設計的目的，提高船舶柴油機動力系統能量利用效率，減少船舶碳排放，應對新船能效設計指數(EEDI)為目標，根據余熱的品質和數量，開展船舶柴油機余熱利用系統設計技術研究，以求突破關鍵技術，掌握新型高效的船舶柴油機動力裝置余熱利用技術和設計方法，助力船舶柴油機節能減排事業，幫助中國船舶制造工藝適應船舶市場需求，逐步縮小與國外在余熱利用系統技術開發上的差距，對新船的制造和老船的改造具有指導意義。

4 撬裝式汽輪機方案介紹

提到汽輪機，給人的傳統印象是投資成本高、生產周期長、安裝時間長、安裝精度高、控制系統復雜、操作要求高、占地面積大等。實際汽輪機也利用在很多余熱回收場合，在這些場合下，余熱蒸汽壓力低、溫度低、流量也不大，汽輪機可以設計成集成模塊，通常稱之為撬裝式汽輪機（見圖3）。

7）機組定位時，前軸承座與座架通過定距螺栓連接，通過軸向滑鍵定位，排缸與汽缸座架通過兩個徑向鍵定位，排缸與底盤通過立鍵定位。保證機組在船前后、左右晃動時，機組的定位不會變化。

好像下雨了。上官星雨心里想，她沒辦法將手由李離與袁安的手里抽出來，只覺得“雨點”在簌簌地由頭頂飄落下來，落在她的頭臉與身體上。仰臉細查，并不是雨，它們滑過臉頰的時候，是干爽的。也并不是雪，它們有溫潤的質感。大家抬起頭的時候，發現明亮的火光里，多出了億萬密密匝匝的光點，在繁復沖蕩的聲樂中，正向他們飄落下來。

撬裝式汽輪機組做到在工廠內全部組裝好，汽輪機、減速箱、發電機等全部組裝在底盤油站上，工廠內進行機組的空負荷試車。到用戶現場，只需通過地腳螺栓，將底盤固定在基礎上，接通汽、水、電等即可，所以撬裝式汽輪機與船舶尾氣余熱回收完美結合（見圖4）。

5 船舶的撬裝機組方案特點

考慮設備最終使用場地是船舶上，汽輪機發電機組開發設計時要有以下針對性：

1）采用撬裝、免開缸的補汽凝汽式汽輪發電機組。

2）冷凝器置于排缸下方，冷凝器和排缸固定在一個底盤上。

3）冷凝器熱井為桶狀與冷凝器通過法蘭連接，此結構減小船晃動對冷凝器液位的影響。同時循環冷卻水為海水，需要考慮到海水的腐蝕性，帶鹽分空氣的腐蝕性等。

4）軸承座回油口設置在底部，回油管考慮船傾斜造成的影響。

5）油站為底盤油站，油站結構上面隔開，下面連通，減小船傾斜對其液位造成的影響。

研究組、對照組治療前與治療后FBG、2 hPBG水平存在顯著差異，且研究組治療后FBG、2 hPBG水平明顯高于對照組，差異有統計學意義（P<0.05）。見表1。

(2) 借助Matlab軟件對數據進行擬合，得到優化后的助力特性曲線和表達式.通過對比改進前后的三維曲面圖，在保證節能減排的基礎上，使助力的穩定性和轉向平衡性等得到顯著提高.

我們挑著魚興高采烈地回家去了，在路上我們碰見一個老奶奶要買魚，她挑了一條大魚，爸爸用手掂了掂說道：“這條大魚大概六到七斤左右。”老奶奶拿出自家的小秤稱了一下，果真六斤八兩。我很快算出了12元×6斤=72元，但是八兩該怎么辦，媽媽見我犯了愁，告訴我八兩還不夠一斤，所以用小數點代替就是0.8斤了，再用12元乘0.8等于9.6元，加上前面的72元，一共是81.6元。我仔細聽著媽媽的計算，原來生活中是有數學的。

百雀羚三個主渠道勢必會出現三個價格體系，對于不同終端形式之間的沖突，線上線下的沖突不絕于耳消費者早已麻木。這種以渠道利益最大化布局的商業模式，僅僅是將消費者作為購買者，而不是商業鏈的關鍵一環。縱觀跨國護膚品成名品牌，除了日韓品牌會為某一渠道特別定制外，歐美品牌始終會用單一產品載體對接消費者，始終虔誠地以顧客利益為原點展開市場與營銷工作，通過顧客購買企業獲取盈利。關注重點是在“渠道如何賣”，還是“顧客如何買”，其實就是本土品牌與跨國品牌的差距鴻溝所在的終極因素。

二維路由是一種新型路由協議，它在進行路由決策的時候，不僅僅考慮目的地址，還要考慮源地址。傳統路由協議中，去往相同目的地址的報文的下一跳往往是相同的（不考慮等價多路徑）；但是在二維路由中，目的地址相同、源地址不相同的報文，其下一跳可能不同。二維路由的這種特性帶來2方面的好處：一是流量控制的粒度變細，網絡管理者可以更加靈活地管理網絡，如進行流量調度、策略路由等；二是用戶的多樣化需求可以被更好地滿足，例如：享受專門的轉發通道等。

撬裝式汽輪機可以驅動水泵、風機、異步電動機、同步發電機等，主要有背壓式和冷凝式兩種形式。為了減少整個裝置的占地空間，將汽輪機、減速箱、被驅動設備等集成在同一個底盤油站上，機組在出廠時將所有內部管路及儀表安裝好，所有對外接口引至機組邊緣，到了用戶現場只需接通汽、水、電，機組即可運轉起來

。

8）撬塊底盤與油站做分體設計，通過螺栓連接，方便加工與運輸，同時降低起吊要求。

在人體被泡球蚴感染后寄生蟲長期在宿主體內寄生，能刺激宿主免疫系統發生特殊的變化，棘球絳蟲長期寄生于宿主體內，為了抵抗宿主免疫系統的殺傷，包蟲能引起宿主免疫系統發生一系列免疫反應，宿主和包蟲的免疫系統都做出了相應調整才能達到動態平衡的“共生”狀態。在泡球蚴感染的早期，為了避免自身遭受傷害，宿主通過體內免疫細胞的增殖及分化使淋巴細胞轉化功能增強，有排除異己、控制泡球蚴早期生長和轉移的作用；而隨著病程的進展，淋巴細胞轉化功能有所下降，宿主的免疫反應受抑制，泡球蚴在體內長期寄生并發育[9]。

10）除了凝結水泵外，機組所有輔機均集成在一個底盤上，保證機組布置的緊湊性，最大程度縮小占地空間。

11）考慮整機運輸，需在設計時考慮運輸主軸的定位，到了現場后，復檢中心數據。

12）啟動、停機程序簡單化。一般現場汽輪機臺數都較多，用戶現場有經驗豐富的汽輪機操作人員，他們對汽輪機的啟、停程序都比較熟悉。機組啟動后一般很少停機。但是在船上，操作工人有限，不能按照常規的啟、停程序對操作人員要求過高。同時船用汽輪機啟停比較頻繁，一到兩周就會啟停一次，常規的啟動程序已經不合適，需考慮把啟停程序自動化、簡單化，減少人工操作。

13）需考慮整個汽輪發電機組的高度集成性，盡可能減少與用戶的交接點，需內部將汽、水、油全部集成好，只給用戶一個交接口。

智研咨詢發布的《2021-2027年中國沿海運輸船行業發展模式分析及投資前景預測報告》顯示，由于市場調節作用和國家老舊運輸船舶提前報廢更新政策鼓勵，航運企業主動調整運力結構，船齡結構得到進一步優化，沿海運輸船舶數量呈下降態勢，至2020年，中國沿海運輸船舶數量10 352艘，較2015年減少369艘。

15）滿足船級社認證，包括但不限于中國船級社認證和國際船級社認證。

再次，“百家宴”活動中的各種表演不僅豐富了農村文化生活，而且對農村的精神文明建設也有重大意義。以前的泰順說是窮鄉僻壤也不為過，現在人們物質生活水平雖然已有很大提高，但精神生活仍然十分匱乏，不良風氣甚多，而傳統的民間歌舞、民間戲曲等表演在娛樂的同時能夠給民眾傳遞中華民族的傳統美德和正確的價值取向。

16）只有船舶在運行時，汽輪發電機組才會投入使用，船開到不同的地點對應著不同的天氣，同時也意味著環境條件改變。

干散貨船的種類不同，船艙條件也不一樣，更多的設計邊界條件要針對每種船舶的特點，量體裁衣式設計，本文探討的是設計方向，不代表最終方案。根據以上設計特性，汽輪發電機組最大程度適應了船用場地要求，最大程度實現了集成化，集中化布置，并且可以實現出廠總裝，撬裝免開缸的特點，便于安裝，縮短施工周期，有利于船東早日回收成本，同時也便于運行，簡化操控，減少運行人員的數量，適應船上的人員配置條件（見圖5和圖6）。

6 撬裝式汽輪發電機組適用對象

以某10 000 kW的船舶柴油機余熱利用系統試驗項目為例（見表4、表5、表6）。

若采用柴油機發電系統：柴油機發電系統一用一備（柴油機+配套發電機），單套出力600 kW計，兩套合計1 200 kW。所配置的柴油機符合國際排放標準。配置：2×200萬元/套=400萬元（一次性投入，系統壽命30年計，與汽機相同）。此系統油耗0.2 kg/kWh，柴油市場價格8 000元/t，即1.6元/kWh。設該類型船每年保底運行時間200 d，即4 800 h，即4 800×1 200×1.6=921.6萬元/a。考慮實際運行時系統受中途停港、主推柴油機負荷變化及供電需求限制，假設出力偏離度50%，即平均出力600 kW（符合船上常備用電需求），則年耗油成本為：921.6×50%=460.8萬元/a（連續投入）。故原柴油發電系統成本約：400（一次性）+460.8（逐年遞增）=860.8萬元。

若采用透平余熱回收發電系統：考慮到余熱鍋爐和透平機（余壓透平、蒸汽透平、有機工質透平）的定期檢修，那么原柴油機發電系統仍需至少保留一套作為檢修時備用發電。透平余熱回收發電裝置可以吸收余壓余熱能源并將之轉化為電力，從而實現完全取代原系統的油耗部分，節能減排的同時還能每小時產生1 200 kW的電量供應，一次性投入成本預計1 200萬元。

作為一款水陸兩棲飛機，我們將“鯤龍”AG-600比作是可以飛起來的船，或者是可以游泳的飛機都可謂恰如其分。它對于陸地機場跑道的要求是長度不小于1800米、寬度不小于35米，對于水域起降條件的要求也僅僅是長1500米、寬200米、深2.5米。同時，“鯤龍”AG-600在機身下方設置了7個水密艙，即使相鄰的兩個水密艙出現破損，飛機仍然能夠安全地穩定漂浮。并且，它還可以在2米高海浪的復雜氣象條件下進行起飛和降落。

根據Wartsila、MAN、三菱等公司的柴油機尾氣余熱回收系統裝船應用情況，柴油機最小功率為9 600 kW，因此考慮到成本收益情況，主力船型功率在1 000~70 000 kW的船舶主柴油機適用尾氣余熱回收發電裝置，采用余熱利用系統后預計柴油機等效油耗降低5%～9%，余熱利用系統總發電比7.5%～8%。

7 結果與分析

1）EEDI正在影響船舶行業的發展。

2）受制于疫情因素，國際航運市場向上，中國急需發展自己的柴油機尾氣余熱利用系統。

基面鑿毛→沖洗→濕潤→刷一遍凈漿→填充砂漿或細石混凝土（4～5cm）→用木錘錘平（直至泛漿）。對于鑿除深度較淺的采用砂漿填充；對于鑿除深度較深的采用細石混凝土填充，表面用水泥漿抹平。

3）采用撬裝式的汽輪機組方案可以有效實現節能減排，并替代部分柴油發電機的工作。

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