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某型油轮热力系统能耗分布研究

作　者: 王之瑶
导　师: 李晓明
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 热能工程
关键词: 节能减排 热力系统仿真 船舶能耗 EEDI
分类号: U674.133.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


当今社会，随着全球的化石能源储量日益减少，CO2排放标准日益严格，燃油成本日益增长，做好船舶的节能减排工作迫在眉睫。相关部门已经开始高度重视船舶污染排放造成的环境问题以及如何提高能源利用效率，IMO颁布的EEDI和SEEMP将于2013年1月1日强制实施。这意味着世界船舶航运业同时受到燃料危机和环保压力的双重难题。船舶业面临着节能减排的巨大挑战，若不对船舶进行重大改造，将无法在未来国际海域上顺利营运。本文以一艘4.8万吨油轮为研究对象。利用MATLAB/Simulink软件平台，建立其主机热力系统仿真模型，分别计算了压气机、中冷器、进气管、气缸、排气管、涡轮、增压器转子、负载八个模型的进出口温度、压力以及相应扭矩。同时把中冷器进出口温度以及主机排气温度与样本数据进行比较，变化趋势吻合，且误差均不超过5.51%，验证了该仿真模型的正确性，为日后研究船舶整体能耗分布提供仿真数据支持。然后又分别建立包括主机系统、电站系统、热站系统在内的三大系统的能耗分布模型。利用合作单位提供的设计数据，对4.8万吨油轮的能耗分布情况进行了计算，分别包括三大系统的耗能系统及用能系统的能耗分布情况。结果表明，主机是系统中能耗最大的部位，应重点从船舶主机着手；节能技术的利用对提高船舶整体能源利用效率有较好的作用，通过主机废气及冷却系统的余热回收，使船舶整体的能源利用效率提高了6.21%。根据新颁布的EEDI公式，得到该船的Attained EEDI值为5.74，符合2013年1月1日实施的指数标准，但若想让该船日后仍正常运行在国际海域，需对其进行技术改造。分别讨论了降低航速，对主机安装余热回收装置以及LNG燃料的使用三种降低EEDI值的方法。根据计算结果可以发现，MCR为16660kW，14280kW，9960kW的三种主机的EEDI值分别为9.11、7.99、5.91；采用余热回收装置可使EEDI值由5.91减低到5.50；采用LNG燃料可使EEDI值由5.91降低到4.79。这三种方法都能有效地降低Attained EEDI值，但是都各有利弊，应该综合实际情况考虑，选出最佳方案。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 研究背景  10-12
    1.1.1 国际造船业和航运业面临现状  10-11
    1.1.2 研究目的及意义  11-12
  1.2 国内外研究发展现状  12-16
    1.2.1 船舶主机仿真技术研究  12-13
    1.2.2 船舶能耗分布研究  13-14
    1.2.3 EEDI 背景研究  14-16
  1.3 本文主要工作  16-18
第2章 油轮主柴油机热力系统仿真数学模型  18-34
  2.1 建模方法  18-19
    2.1.1 容积法模型  18
    2.1.2 准稳态模型  18-19
  2.2 建模基本假设  19
  2.3 柴油机-负载物理模型  19-20
  2.4 数学模型  20-32
    2.4.1 压气机模型  20-22
    2.4.2 中冷器模型  22
    2.4.3 进气管模型  22-24
    2.4.4 气缸模型  24-27
    2.4.5 动力学负载模型  27-29
    2.4.6 排气管模型  29-30
    2.4.7 废气涡轮模型  30-32
    2.4.8 废气涡轮增压器转子轴模型  32
  2.5 本章小结  32-34
第3章 油轮主柴油机仿真与结果验证  34-42
  3.1 柴油机 Simulink 仿真模型搭建  34-35
  3.2 不同负荷下的参数确定  35-36
  3.3 主柴油机热力系统仿真结果与分析  36-40
  3.4 仿真数据与设计数据对比  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章 油轮能耗分布分析  42-64
  4.1 油轮耗能系统能量分布模型  42-55
    4.1.1 主机系统  44-50
    4.1.2 电站系统  50-53
    4.1.3 热站系统  53-55
  4.2 油轮用能系统能量分布模型  55-60
    4.2.1 用电设备  56-58
    4.2.2 用热（汽）设备  58-60
  4.3 油轮能耗分布能流图  60-62
  4.4 本章小结  62-64
第5章 EEDI 指数计算  64-78
  5.1 新版 EEDI 计算公式  64-71
  5.2 EEDI 的衡准  71-72
  5.3 4.8 万吨油轮 EEDI 值  72-73
  5.4 相关技术改造  73-77
    5.4.1 降低航速  74-75
    5.4.2 主机余热回收装置  75-76
    5.4.3 LNG 燃料的选用  76-77
  5.5 本章小结  77-78
结论  78-80
参考文献  80-85
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  85-86
致谢  86-87
附录1 压气机模型  87
附录2 中冷器模型  87-88
附录3 进气管模型  88
附录4 气缸模型  88
附录5 涡轮模型  88-89
附录6 增压转子模型  89
附录7 负载模型  89

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中图分类: > 交通运输 > 水路运输 > 船舶工程 > 各种船舶 > 运输船 > 货船 > 液货船 > 油船
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