大型集装箱船余热回收系统仿真研究

摘要

随着化石能源日益匮乏和排放法规日益严格，大型远洋船舶作为国际贸易的重要运输工具，面对当前低迷的航运市场，其节能减排技术备受关注。水蒸气朗肯循环余热回收系统具有运行成本低、安全性高及技术较成熟等优点，正用于对大型远洋船舶柴油机主机余热进行回收，取得了较好的节能减排效果。 本文以某4500 TEU大型集装箱船的单压级水蒸气朗肯循环余热回收系统为研究对象，围绕余热回收系统各设备节能潜力和余热锅炉最优换热面积，进行建模与仿真优化研究，具体研究内容如下： (1)基于热力学分析法，从质与量两方面对大型集装箱船余热回收系统进行分析，建立出余热回收系统的能量分析法数学模型与(火用)分析法数学模型，同时利用MATLAB软件根据数学模型建立出仿真模型。 (2)利用能量分析法仿真模型，分别对柴油机主机50%、75%、85%及100%负荷，给水不加热、给水被压缩空气加热到80℃及给水被压缩空气加热到120℃等多种情况进行仿真研究，并将仿真结果进行对比分析。研究结果表明：当对压缩空气余热加以利用时，余热回收系统的余热回收效率、船舶效率增加量及总效率增大；当柴油机主机运行负荷增加时，余热回收系统的余热回收效率增大，船舶效率增加量先减小后增大，船舶总效率先增大后减小。 (3)利用(火用)分析法仿真模型，对柴油机主机75%负荷、给水不加热的典型运行状态进行仿真研究。研究结果表明：余热回收系统中蒸发器、经济器及汽轮机三个设备的(火用)损率及(火用)损失系数较大，具有较高的节能潜力。 (4)利用modeFRONTIER软件联合MATLAB仿真模型采用NSGA-II算法，分别基于柴油机主机典型运行负荷和基于柴油机主机运行负荷分布图对余热锅炉的换热面积进行优化，并将优化前后的结果进行对比分析。研究结果表明：对余热锅炉的换热面积进行优化可有效减少总换热面积，且基于柴油机主机运行负荷分布图进行优化分析取得的节能减排效果更佳。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 船舶余热回收系统分类

1.3 船舶余热回收系统研究现状

1.4 论文主要工作内容

第2章 大型集装箱船余热回收系统及研究方法介绍

2.1 船舶柴油机主机余热介绍

2.2 船舶余热回收系统介绍

2.3 热力学分析法介绍

2.4 本章小结

第3章 大型集装箱船余热回收系统数学建模

3.1 数学模型概述

3.2船舶余热回收系统能量分析法数学建模

3.3船舶余热回收系统?分析法数学建模

3.4 船舶余热回收系统中工质热物性参数数学模型建立

3.5 本章小结

第4章 大型集装箱船余热回收系统仿真研究

4.1 计算机仿真介绍

4.2 船舶余热回收系统仿真建模

4.3 船舶余热回收系统仿真关键点

4.4 船舶余热回收系统仿真研究

4.5 本章小结

第5章 大型集装箱船余热回收系统优化分析

5.1 带精英策略的非支配排序遗传算法NSGA-II

5.2 modeFRONTIER优化软件

5.3 采用NSGA-II算法的余热回收系统优化分析

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

在攻读硕士学位期间获得的科研成果