一種燃?xì)狻⒉裼图俺R界二氧化碳發(fā)電船舶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種燃?xì)?、柴油及超臨界二氧化碳發(fā)電船舶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，為整個(gè)船舶提供電能，柴油機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)作為輔助發(fā)電系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)的高溫排氣作為超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的熱源，實(shí)現(xiàn)超臨界二氧化碳布雷頓動(dòng)力循環(huán)，通過(guò)二氧化碳透平拖動(dòng)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能，以上各種發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，通過(guò)電力控制系統(tǒng)分配給螺旋槳?jiǎng)恿ο到y(tǒng)以及船務(wù)配電系統(tǒng)。本發(fā)明綜合了燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、柴油機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)、超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)和螺旋槳?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，提高了能源利用效率，并提供了穩(wěn)定的供電電源，同時(shí)為燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力系統(tǒng)以及超臨界二氧化碳布雷頓動(dòng)力循環(huán)在船舶領(lǐng)域的運(yùn)用提供了新的思路。
【專利說(shuō)明】一種燃?xì)?、柴油及超臨界二氧化碳發(fā)電船舶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力能源【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種燃?xì)狻⒉裼图俺R界二氧化碳發(fā)電船舶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]海洋工業(yè)里逐日增加的能源消耗和嚴(yán)格的排放限制要求運(yùn)營(yíng)商重新評(píng)估船用動(dòng)力設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，這些趨勢(shì)為高效率能源技術(shù)應(yīng)用于商業(yè)、軍用船舶上提供了發(fā)展平臺(tái)。一個(gè)非常有潛力的解決方案是排氣熱回收(EHR)，其采用二氧化碳作為工質(zhì)，這項(xiàng)科技可以增加能源利用效率、并具有緊湊性和低維護(hù)性等有利于海洋設(shè)備的特點(diǎn)。
[0003]其基本思路與已經(jīng)使用了 100年的蒸汽動(dòng)力循環(huán)相似，但將傳統(tǒng)的水蒸汽工質(zhì)替換為二氧化碳，這樣的系統(tǒng)比原來(lái)系統(tǒng)具有更多的優(yōu)勢(shì):1.效率更高；2.溫度適應(yīng)性更廣，體積更?。?.系統(tǒng)管道腐蝕性更小，更易維護(hù)。
[0004]排汽能量的回收在蒸汽循環(huán)中是非常常見的，貨船及巡航船舶等采用余熱鍋爐從排放的蒸汽熱量中再產(chǎn)生蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽在船舶上有很多的輔助作用，包括采暖、輔機(jī)動(dòng)力、燃料預(yù)熱、船載廚房、甚至可以帶動(dòng)二氧化碳透平產(chǎn)生一定的電能。燃?xì)鈩?dòng)力的船舶同樣采用蒸汽底循環(huán)來(lái)提高總的系統(tǒng)效率。
[0005]利用超臨界流體擬臨界區(qū)物性突變現(xiàn)象，將壓縮機(jī)運(yùn)行點(diǎn)設(shè)置在擬臨界溫度附近的大密度區(qū)，將換熱器運(yùn)行點(diǎn)設(shè)置在擬臨界溫度之后的低密度區(qū)，可以在保證氣體冷卻的前提下，降低壓縮功耗，實(shí)現(xiàn)較高的效率。超臨界流體的這一性質(zhì)使其作為能量轉(zhuǎn)換工質(zhì)時(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。二氧化碳(CO2)由于其臨界壓力相對(duì)適中(7.38MPa)，具有較好的穩(wěn)定性和核物理性質(zhì)，在一定的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出惰性氣體的性質(zhì)，以及其無(wú)毒、儲(chǔ)量豐富、天然存在等特性，被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的能量傳輸和能量轉(zhuǎn)換工質(zhì)之一。由于超臨界二氧化碳(S-CO2)在一定的運(yùn)行參數(shù)范圍內(nèi)密度較大且無(wú)相變，因此以超臨界二氧化碳(S-CO2)為工質(zhì)的壓縮機(jī)、氣輪機(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小。布雷頓循環(huán)每個(gè)組合可以產(chǎn)出20MW的電力，占用空間只有四個(gè)立方米。超臨界二氧化碳(S-CO2)布雷頓(Brayton)循環(huán)輪機(jī)通常用于大型熱力和核能發(fā)電方面，包括下一代動(dòng)力反應(yīng)堆，目標(biāo)是最終取代蒸汽驅(qū)動(dòng)的朗肯循環(huán)輪機(jī)(效率較低，高溫條件存在腐蝕性，同時(shí)由于需要非常大的輪機(jī)和冷凝器來(lái)處理多余的蒸汽，占用空間是30倍)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種燃?xì)?、柴油及超臨界二氧化碳發(fā)電船舶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其能夠提高能源利用效率，提供穩(wěn)定供電電源，同時(shí)為燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力系統(tǒng)以及超臨界二氧化碳(S-CO2)布雷頓(Brayton)動(dòng)力循環(huán)在船舶領(lǐng)域的運(yùn)用提供新思路。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種燃?xì)?、柴油及超臨界二氧化碳發(fā)電船舶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、柴油機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)、超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)和螺旋槳?jiǎng)恿ο到y(tǒng)；其中，
[0009]燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)包括壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)上設(shè)有空氣進(jìn)口，壓縮機(jī)的出口與燃燒器的空氣進(jìn)口連接，燃燒器的燃料進(jìn)口與燃料儲(chǔ)存裝置的出口連接，燃燒器的出口與燃?xì)馔钙降倪M(jìn)口連接，燃?xì)馔钙酵ㄟ^(guò)軸系與燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)連接；
[0010]柴油機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)包括柴油機(jī)組，柴油機(jī)組通過(guò)軸系與柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)連接；
[0011]超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括換熱器，換熱器的乏汽進(jìn)口分別與燃?xì)馔钙降某隹诤筒裼蜋C(jī)組的排氣出口相連，換熱器的流體出口與二氧化碳透平的進(jìn)口連通，二氧化碳透平通過(guò)軸系與二氧化碳透平發(fā)電機(jī)連接，二氧化碳透平的出口與回?zé)崞鞯母邷貍?cè)流體進(jìn)口相連，回?zé)崞鞯母邷貍?cè)流體出口與冷凝器的超臨界二氧化碳進(jìn)口連接，冷凝器的超臨界二氧化碳出口與超臨界二氧化碳流體泵的進(jìn)口連接，超臨界二氧化碳流體泵的出口與回?zé)崞鞯牡蜏貍?cè)流體入口連通，回?zé)崞鞯牡蜏貍?cè)流體出口與換熱器的流體進(jìn)口相連通，冷凝器的冷卻液體出口與冷卻液體泵的進(jìn)口連通，冷凝器的冷卻液體進(jìn)口與冷卻液體泵的出口連通；
[0012]電力控制系統(tǒng)包括中央交流總線及其端口，中央交流總線的電流輸入端口分別與燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)、柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)以及二氧化碳透平發(fā)電機(jī)的電流輸出端口相連；
[0013]螺旋槳?jiǎng)恿ο到y(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)組，電動(dòng)機(jī)組的電流輸入端口與中央交流總線的電流輸出端口連接，電動(dòng)機(jī)組通過(guò)軸系與螺旋槳?jiǎng)恿ρb置連接。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:燃料儲(chǔ)存裝置的出口與燃燒器的燃料進(jìn)口連接管路上安裝有燃料控制閥門，燃?xì)馔钙降某隹谂c換熱器的乏汽進(jìn)口連接管路上安裝有燃?xì)馔钙綋Q熱排氣閥門；柴油機(jī)組的排氣出口與換熱器的乏汽進(jìn)口連接管路上安裝有柴油機(jī)組換熱排氣閥門；燃?xì)馔钙降某隹谕ㄏ虼髿獾墓艿郎习惭b有燃?xì)馔钙脚糯髿忾y門，柴油機(jī)組的排氣出口通向大氣的管道上安裝有柴油機(jī)組排大氣閥門。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:在整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)中，柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)作為輔助發(fā)電系統(tǒng)，正常工作時(shí)，關(guān)閉柴油機(jī)組換熱排氣閥門、燃?xì)馔钙脚糯髿忾y門以及柴油機(jī)組排大氣閥門，打開燃料控制閥門、燃?xì)馔钙綋Q熱排氣閥門，此時(shí)燃?xì)馔钙秸９ぷ?，帶?dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，經(jīng)由壓縮機(jī)壓縮的空氣和從燃料儲(chǔ)存裝置流出的燃料在燃燒器中混合燃燒，在燃燒器中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，形成高溫燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)馔钙阶龉?，帶?dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，做完功后，燃?xì)馔钙降姆ζM(jìn)入換熱器進(jìn)行換熱，換熱后的乏汽從換熱器氣體出口排出，為整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)提供電能；當(dāng)出現(xiàn)意外，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組不能正常工作時(shí)，此時(shí)關(guān)閉燃料控制閥門、燃?xì)馔钙綋Q熱排氣閥門、燃?xì)馔钙脚糯髿忾y門以及柴油機(jī)組排大氣閥門，打開柴油機(jī)組換熱排氣閥門，柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組開始工作進(jìn)行發(fā)電，燃料進(jìn)入柴油機(jī)組進(jìn)行燃燒，推動(dòng)柴油機(jī)組做功，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，推?dòng)柴油機(jī)組做功，柴油機(jī)組帶動(dòng)柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，燃燒后的排氣進(jìn)入換熱器進(jìn)行換熱，換熱后的排氣從換熱器氣體出口排出；
[0016]低溫低壓的二氧化碳?xì)怏w經(jīng)超臨界二氧化碳流體泵壓縮升壓，再經(jīng)回?zé)崞鞲邷貍?cè)流體預(yù)熱后，進(jìn)入換熱器進(jìn)行換熱，吸收熱量后直接進(jìn)入二氧化碳透平做功，帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電，做功后的乏氣經(jīng)回?zé)崞髦械蜏貍?cè)流體冷卻后，再由冷凝器冷卻至所需的超臨界二氧化碳流體泵入口溫度，最后從冷凝器出口進(jìn)入超臨界二氧化碳流體泵，實(shí)現(xiàn)閉式循環(huán)；
[0017]中央交流總線由電網(wǎng)接收從燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)、柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)以及二氧化碳透平發(fā)電機(jī)的電能，再由中央交流總線進(jìn)行電能分配；
[0018]電動(dòng)機(jī)組從中央交流總線獲得電能運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，再通過(guò)軸系帶動(dòng)螺旋槳?jiǎng)恿ρb置轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)船舶前進(jìn)。
[0019]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下的技術(shù)效果:
[0020]本發(fā)明通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電，為整個(gè)船舶提供電能，柴油機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)作為輔助發(fā)電系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)的高溫排氣作為超臨界二氧化碳(S-CO2)布雷頓(Brayton)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的熱源，實(shí)現(xiàn)超臨界二氧化碳(S-CO2)布雷頓(Brayton)動(dòng)力循環(huán)，通過(guò)二氧化碳透平拖動(dòng)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能，以上各種發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能，通過(guò)電力控制系統(tǒng)分配給螺旋槳?jiǎng)恿ο到y(tǒng)以及船務(wù)配電系統(tǒng)，提高了能源利用效率，并提供了穩(wěn)定的供電電源。本發(fā)明綜合了燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、柴油機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)、超臨界二氧化碳(S-CO2)布雷頓(Brayton)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)和螺旋槳?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，提高了能源利用效率，并提供了穩(wěn)定的供電電源，同時(shí)為燃?xì)廨啓C(jī)動(dòng)力系統(tǒng)以及超臨界二氧化碳(S-CO2)布雷頓(Brayton)動(dòng)力循環(huán)在船舶領(lǐng)域的運(yùn)用提供了新的思路。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明一種燃?xì)狻⒉裼图俺R界二氧化碳發(fā)電船舶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖中:1、壓縮機(jī)，2、燃燒器，3、燃?xì)馔钙剑?、燃料儲(chǔ)存裝置，5、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)，6、柴油機(jī)組，7、柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)，8、中央交流總線，9、電動(dòng)機(jī)，10、螺旋槳?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，11、換熱器，12、回?zé)崞鳎?3、二氧化碳透平，14、二氧化碳透平發(fā)電機(jī)，15、冷凝器，16、超臨界二氧化碳流體泵，17、冷卻液體泵，F(xiàn)1、燃料控制閥門，F(xiàn)2、燃?xì)馔钙綋Q熱排氣閥門，F(xiàn)3、柴油機(jī)組換熱排氣閥門，F(xiàn)4、燃?xì)馔钙脚糯髿忾y門，F(xiàn)5、柴油機(jī)組排大氣閥門。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]參見圖1，本發(fā)明一種燃?xì)狻⒉裼图俺R界二氧化碳發(fā)電船舶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、柴油機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)、超臨界二氧化碳(S-CO2)布雷頓(Brayton)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)和螺旋槳?jiǎng)恿ο到y(tǒng)。
[0025]其中，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)包括壓縮機(jī)1、燃燒器2、燃?xì)馔钙?、燃料儲(chǔ)存裝置4、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)5、燃料控制閥門Fl以及燃?xì)馔钙綋Q熱排氣閥門F2，壓縮機(jī)I的進(jìn)口與空氣進(jìn)口連通，壓縮機(jī)I的出口與燃燒器2的空氣進(jìn)口連接，燃燒器2的燃料進(jìn)口與燃料儲(chǔ)存裝置4的出口連接，燃燒器2的出口與燃?xì)馔钙?的進(jìn)口連接，燃?xì)馔钙?的出口與換熱器11的乏汽進(jìn)口連接，燃?xì)馔钙?通過(guò)軸系與燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)5連接，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)5通過(guò)電網(wǎng)與中央交流總線8連接，燃料儲(chǔ)存裝置4的出口與燃燒器2的燃料進(jìn)口連接管路上安裝有燃料控制閥門Fl，燃?xì)馔钙?的出口與換熱器11的乏汽進(jìn)口連接管路上安裝有燃?xì)馔钙綋Q熱排氣閥門F2，燃?xì)馔钙?的出口通向大氣的管道上安裝有燃?xì)馔钙脚糯髿忾y門F4 ;經(jīng)由壓縮機(jī)I壓縮的空氣和從燃料儲(chǔ)存裝置4流出的燃料在燃燒器2中混合燃燒，在燃燒器2中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，形成高溫燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)馔钙?做功，帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)5發(fā)電，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，做完功后，燃?xì)馔钙?的排氣根據(jù)情況選擇進(jìn)入換熱器11進(jìn)行換熱，換熱后的乏汽從換熱器11氣體出口排出(此時(shí)關(guān)閉燃?xì)馔钙脚糯髿忾y門F4，打開燃?xì)馔钙綋Q熱排氣閥門F2)，或者通過(guò)旁通管道直接排入大氣(此時(shí)關(guān)閉燃?xì)馔钙綋Q熱排氣閥門F2，打開燃?xì)馔钙脚糯髿忾y門F4)。
[0026]柴油機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)包括柴油機(jī)組6、柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)7以及柴油機(jī)組換熱排氣閥門F3和柴油機(jī)組排大氣閥門F5，柴油機(jī)組6通過(guò)軸系與柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)7連接，柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)7通過(guò)電網(wǎng)與中央交流總線8連接，柴油機(jī)組6的排氣出口與換熱器11的乏汽進(jìn)口連接，柴油機(jī)組6的排氣出口與換熱器11的乏汽進(jìn)口連接管路上安裝有柴油機(jī)組換熱排氣閥門F3，柴油機(jī)組6的排氣出口通向大氣的管道上安裝有柴油機(jī)組排大氣閥門F5 ;經(jīng)過(guò)預(yù)處理的燃料進(jìn)入柴油機(jī)組6進(jìn)行燃燒，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽苿?dòng)柴油機(jī)組6做功，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，帶動(dòng)柴油機(jī)發(fā)電機(jī)7進(jìn)行發(fā)電，燃燒后的排氣根據(jù)情況進(jìn)入換熱器11進(jìn)行換熱，換熱后的排氣從換熱器11氣體出口排出(此時(shí)關(guān)閉柴油機(jī)組排大氣閥門F5，打開柴油機(jī)組換熱排氣閥門F3)，或者通過(guò)旁通管道直接排入大氣(此時(shí)關(guān)閉柴油機(jī)組換熱排氣閥門F3，打開柴油機(jī)組排大氣閥門F5)。在整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)中，柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)7作為輔助發(fā)電系統(tǒng)，正常工作時(shí)，關(guān)閉柴油機(jī)組換熱排氣閥門F3、燃?xì)馔钙脚糯髿忾y門F4以及柴油機(jī)組排大氣閥門F5，打開燃料控制閥門Fl、燃?xì)馔钙綋Q熱排氣閥門F2，此時(shí)燃?xì)馔钙?正常工作，帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)5進(jìn)行發(fā)電，經(jīng)由壓縮機(jī)I壓縮的空氣和從燃料儲(chǔ)存裝置4流出的燃料在燃燒器2中混合燃燒，在燃燒器2中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，形成高溫燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)馔钙?做功，帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)5發(fā)電，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，做完功后，燃?xì)馔钙?的乏汽進(jìn)入換熱器11進(jìn)行換熱，換熱后的乏汽從換熱器11氣體出口排出，為整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)提供電能；當(dāng)出現(xiàn)意外，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組不能正常工作時(shí)，此時(shí)關(guān)閉燃料控制閥門F1、燃?xì)馔钙綋Q熱排氣閥門F2、燃?xì)馔钙脚糯髿忾y門F4以及柴油機(jī)組排大氣閥門F5，打開柴油機(jī)組換熱排氣閥門F3，柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組開始工作進(jìn)行發(fā)電，燃料進(jìn)入柴油機(jī)組6進(jìn)行燃燒，推動(dòng)柴油機(jī)組6做功，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，推?dòng)柴油機(jī)組6做功，柴油機(jī)組6帶動(dòng)柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組7進(jìn)行發(fā)電，燃燒后的排氣進(jìn)入換熱器11進(jìn)行換熱，換熱后的排氣從換熱器11氣體出口排出。
[0027]超臨界二氧化碳(S-CO2)布雷頓(Brayton)循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)包括換熱器11、回?zé)崞?2、二氧化碳透平13、二氧化碳透平發(fā)電機(jī)14、冷凝器15以及超臨界二氧化碳流體泵16，換熱器11的乏汽進(jìn)口分別與燃?xì)馔钙?的出口和柴油機(jī)組6的排氣出口相連，換熱器11的流體出口與二氧化碳透平13的進(jìn)口連通，二氧化碳透平13通過(guò)軸系與二氧化碳透平發(fā)電機(jī)14連接，二氧化碳透平發(fā)電機(jī)14通過(guò)電網(wǎng)與中央交流總線8連接，二氧化碳透平13的出口與回?zé)崞?2的高溫側(cè)流體進(jìn)口相連，回?zé)崞?2的高溫側(cè)流體出口與冷凝器15的超臨界二氧化碳進(jìn)口連接，冷凝器15的超臨界二氧化碳出口與超臨界二氧化碳流體泵16的進(jìn)口連接，超臨界二氧化碳流體泵16的出口與回?zé)崞?2的低溫側(cè)流體入口連通，回?zé)崞?2的低溫側(cè)流體出口與換熱器11的流體進(jìn)口相連通，冷凝器15的冷卻液體出口與冷卻液體泵17的進(jìn)口連通，冷凝器15的冷卻液體進(jìn)口與冷卻液體泵17的出口連通；低溫低壓的二氧化碳?xì)怏w經(jīng)超臨界二氧化碳流體泵16壓縮升壓，再經(jīng)回?zé)崞?2高溫側(cè)流體預(yù)熱后，進(jìn)入換熱器11進(jìn)行換熱，吸收熱量后直接進(jìn)入二氧化碳透平13做功，帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)14發(fā)電，做功后的乏氣經(jīng)回?zé)崞?2中低溫側(cè)流體冷卻后，再由冷凝器15冷卻至所需的超臨界二氧化碳流體泵16入口溫度，最后從冷凝器15出口進(jìn)入超臨界二氧化碳流體泵16，實(shí)現(xiàn)閉式循環(huán)。
[0028]電力控制系統(tǒng)包括中央交流總線8及其端口，中央交流總線8的電流輸入端口分別與燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)5、柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)7以及二氧化碳透平發(fā)電機(jī)14的電流輸出端口相連，中央交流總線8的電流輸出端口分別與電動(dòng)機(jī)組9和船務(wù)配電電流輸入端口連接；中央交流總線8由電網(wǎng)接收從燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)5、柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)7以及二氧化碳透平發(fā)電機(jī)14的電能，再由中央交流總線8進(jìn)行電能分配。
[0029]螺旋槳?jiǎng)恿ο到y(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)組9和螺旋槳?jiǎng)恿ρb置10，電動(dòng)機(jī)組9的電流輸入端口與中央交流總線的電流輸出端口連接，電動(dòng)機(jī)組9通過(guò)軸系與螺旋槳?jiǎng)恿ρb置10連接；電動(dòng)機(jī)組9從中央交流總線8獲得電能運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，再通過(guò)軸系帶動(dòng)螺旋槳?jiǎng)恿ρb置10轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)船舶前進(jìn)。
[0030]超臨界二氧化碳(S-CO2)布雷頓(Brayton)循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)中，由于超臨界二氧化碳(S-CO2)在一定的運(yùn)行參數(shù)范圍內(nèi)密度較大且無(wú)相變，因此以超臨界二氧化碳(S-CO2)為工質(zhì)的壓縮機(jī)、氣輪機(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小，既節(jié)約成本，又節(jié)省空間。
【權(quán)利要求】
1.一種燃?xì)狻⒉裼图俺R界二氧化碳發(fā)電船舶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、柴油機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)、超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、電力控制系統(tǒng)和螺旋槳?jiǎng)恿ο到y(tǒng)；其中， 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)包括壓縮機(jī)(1)，該壓縮機(jī)(I)上設(shè)有空氣進(jìn)口，壓縮機(jī)(I)的出口與燃燒器⑵的空氣進(jìn)口連接，燃燒器⑵的燃料進(jìn)口與燃料儲(chǔ)存裝置⑷的出口連接，燃燒器⑵的出口與燃?xì)馔钙舰堑倪M(jìn)口連接，燃?xì)馔钙舰峭ㄟ^(guò)軸系與燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)(5)連接； 柴油機(jī)組發(fā)電系統(tǒng)包括柴油機(jī)組(6)，柴油機(jī)組(6)通過(guò)軸系與柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)(7)連接; 超臨界二氧化碳布雷頓循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)包括換熱器(11)，換熱器(11)的乏汽進(jìn)口分別與燃?xì)馔钙?3)的出口和柴油機(jī)組(6)的排氣出口相連，換熱器(11)的流體出口與二氧化碳透平(13)的進(jìn)口連通，二氧化碳透平(13)通過(guò)軸系與二氧化碳透平發(fā)電機(jī)(14)連接，二氧化碳透平(13)的出口與回?zé)崞?12)的高溫側(cè)流體進(jìn)口相連，回?zé)崞?12)的高溫側(cè)流體出口與冷凝器(15)的超臨界二氧化碳進(jìn)口連接，冷凝器(15)的超臨界二氧化碳出口與超臨界二氧化碳流體泵(16)的進(jìn)口連接，超臨界二氧化碳流體泵(16)的出口與回?zé)崞?12)的低溫側(cè)流體入口連通，回?zé)崞?12)的低溫側(cè)流體出口與換熱器(11)的流體進(jìn)口相連通，冷凝器(15)的冷卻液體出口與冷卻液體泵(17)的進(jìn)口連通，冷凝器(15)的冷卻液體進(jìn)口與冷卻液體泵(17)的出口連通； 電力控制系統(tǒng)包括中央交流總線(8)及其端口，中央交流總線(8)的電流輸入端口分別與燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)(5)、柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)(7)以及二氧化碳透平發(fā)電機(jī)(14)的電流輸出端口相連； 螺旋槳?jiǎng)恿ο到y(tǒng)包括電動(dòng)機(jī)組(9)，電動(dòng)機(jī)組(9)的電流輸入端口與中央交流總線的電流輸出端口連接，電動(dòng)機(jī)組(9)通過(guò)軸系與螺旋槳?jiǎng)恿ρb置(10)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)狻⒉裼图俺R界二氧化碳發(fā)電船舶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于:燃料儲(chǔ)存裝置(4)的出口與燃燒器(2)的燃料進(jìn)口連接管路上安裝有燃料控制閥門(Fl)，燃?xì)馔钙?3)的出口與換熱器(11)的乏汽進(jìn)口連接管路上安裝有燃?xì)馔钙綋Q熱排氣閥門(F2);柴油機(jī)組(6)的排氣出口與換熱器(11)的乏汽進(jìn)口連接管路上安裝有柴油機(jī)組換熱排氣閥門(F3);燃?xì)馔钙?3)的出口通向大氣的管道上安裝有燃?xì)馔钙脚糯髿忾y門(F4)，柴油機(jī)組(6)的排氣出口通向大氣的管道上安裝有柴油機(jī)組排大氣閥門(F5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃?xì)狻⒉裼图俺R界二氧化碳發(fā)電船舶動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其特征在于: 在整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)中，柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)(7)作為輔助發(fā)電系統(tǒng)，正常工作時(shí)，關(guān)閉柴油機(jī)組換熱排氣閥門(F3)、燃?xì)馔钙脚糯髿忾y門(F4)以及柴油機(jī)組排大氣閥門(F5)，打開燃料控制閥門(Fl)、燃?xì)馔钙綋Q熱排氣閥門(F2)，此時(shí)燃?xì)馔钙?3)正常工作，帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)(5)進(jìn)行發(fā)電，經(jīng)由壓縮機(jī)(I)壓縮的空氣和從燃料儲(chǔ)存裝置(4)流出的燃料在燃燒器(2)中混合燃燒，在燃燒器(2)中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，形成高溫燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)馔钙?3)做功，帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)(5)發(fā)電，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，做完功后，燃?xì)馔钙?3)的乏汽進(jìn)入換熱器(11)進(jìn)行換熱，換熱后的乏汽從換熱器(11)氣體出口排出，為整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)提供電能；當(dāng)出現(xiàn)意外，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組不能正常工作時(shí)，此時(shí)關(guān)閉燃料控制閥門(Fl)、燃?xì)馔钙綋Q熱排氣閥門(F2)、燃?xì)馔钙脚糯髿忾y門(F4)以及柴油機(jī)組排大氣閥門(F5)，打開柴油機(jī)組換熱排氣閥門(F3)，柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組開始工作進(jìn)行發(fā)電，燃料進(jìn)入柴油機(jī)組(6)進(jìn)行燃燒，推動(dòng)柴油機(jī)組(6)做功，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，推?dòng)柴油機(jī)組(6)做功，柴油機(jī)組(6)帶動(dòng)柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組(7)進(jìn)行發(fā)電，燃燒后的排氣進(jìn)入換熱器(11)進(jìn)行換熱，換熱后的排氣從換熱器(11)氣體出口排出； 低溫低壓的二氧化碳?xì)怏w經(jīng)超臨界二氧化碳流體泵(16)壓縮升壓，再經(jīng)回?zé)崞?12)高溫側(cè)流體預(yù)熱后，進(jìn)入換熱器(11)進(jìn)行換熱，吸收熱量后直接進(jìn)入二氧化碳透平(13)做功，帶動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)(14)發(fā)電，做功后的乏氣經(jīng)回?zé)崞?12)中低溫側(cè)流體冷卻后，再由冷凝器(15)冷卻至所需的超臨界二氧化碳流體泵(16)入口溫度，最后從冷凝器(15)出口進(jìn)入超臨界二氧化碳流體泵(16)，實(shí)現(xiàn)閉式循環(huán)； 中央交流總線(8)由電網(wǎng)接收從燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)(5)、柴油機(jī)組發(fā)電機(jī)(7)以及二氧化碳透平發(fā)電機(jī)(14)的電能，再由中央交流總線⑶進(jìn)行電能分配； 電動(dòng)機(jī)組(9)從中央交流總線(8)獲得電能運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，再通過(guò)軸系帶動(dòng)螺旋槳?jiǎng)恿ρb置(10)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)船舶前進(jìn)。
【文檔編號(hào)】F02C6/00GK104481697SQ201410741203
【公開日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】謝永慧, 陳會(huì)勇, 張荻 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)