摘要：“節能減排，降本增效”已經成為新時期各領域各行業中各企業創新發展的客觀需求與必然趨勢。而在此過程，設備改造、工藝優化是較為常見的方法。本文以康明斯發電機節能減排為研究對象，根據康明斯發電機能耗特征，提出“改造柴油發電機組，增強余熱利用率”的“節能減排，降本增效”策略，以供參考。

 

環境污染與資源短缺是世界各國普遍存在的問題，也是對人類生存與發展影響最深的問題。對此，高度重視生態文明建設建設，不斷探索“節能、減排、環保、降耗”路徑，實現可持續發展，成為各領域各行業現代化建設與發展的客觀要求。就康明斯發電機企業而言，在貫徹落實節能減排政策時，可從“熱損失”問題入手，通過科學改造柴油發電機組，進行余熱回收與利用，以達到“小改造大效益”目標。

 

1.康明斯發電機能耗的特征分析

改善康明斯發電機能效水平，做好康明斯發電機能效管理規劃，實現康明斯發電機節能減排、降本增效發展，已經成為新時期康明斯發電機制造企業以及相關工作人員關注與研究的重點問題。在對表1所示康明斯發電機的EEDI（EnergyEfficiencyDesignIndex，能效設計指數）進行計算與分析時，發現：該康明斯發電機單臺主機MCR（最大持續輸出功率）為685kw，主機由柴油推進，碳轉換系數為3.206；主機燃油消耗率達到171.45g/KWh；康明斯發電機輔機以柴油機為主，碳轉化系統為3.026；輔機燃油消耗量達到209.5g/KWh。由于康明斯發電機主機功率超過10000kw，且沒有設置軸帶發電機以及其他節能減排裝置，因此依據EEDI相關計算公式可得到康明斯發電機設計階段的EEDI值約為16.73，而根據相關規定（RequiredEEDI=17.188）可知該船不滿足康明斯發電機能效設計指數需求值的要求，市場競爭力不高。與此同時，對該船能耗情況作進一步分析，發現康明斯發電機柴油機45%以上的熱量沒有轉化成有用功，存在較為嚴重的熱損失問題。

 

2.康明斯發電機節能減排思路分析

由于上文中提到的康明斯發電機能耗設計指標不符合相關規定。對此，在康明斯發電機設計與制造過程中，設計采用行之有效的措施提升康明斯發電機能耗效率。通常情況下，康明斯發電機能耗效率提升方法主要由以下幾種：

（1）改變康明斯發電機航行速度，從康明斯發電機操作層面進行康明斯發電機能耗問題的處理；

（2）改善康明斯發電機結構，如增加康明斯發電機吃水，增加康明斯發電機載重量等進行康明斯發電機實際能效設計指數的降低；

（3）引進節能減排技術，進行機艙設備改造，如余熱回收系統的利用、可再生能源的利用、軸帶發電機的利用、燃氣推進主機的利用等。在本次研究中，設計通過“引進節能減排技術，進行機艙設備改造”進行船上節能減排。就余熱回收系統而言，目前較為常見的康明斯發電機柴油機余熱回收利用系統主要有兩種類型：

其一，將柴油機的余熱轉進行收集，用以直接驅動康明斯發電機動力渦輪機發電，實現余熱有效利用；

其二，在康明斯發電機上配置余熱鍋爐，通過余熱鍋爐回收康明斯發電機柴油機余熱，并將其轉化為蒸汽進行蒸汽發電，用以為康明斯發電機電氣設備供電。在已有經驗的基礎上，以余熱利用系統中的柴油發電機組為研究對象，通過改造柴油發電機組改善余熱利用系統整體性能，促進其在康明斯發電機節能減排任務中，應用作用的有效發揮。

 

3.基于柴油發電機組改造下康明斯發電機節能減排方案分析

3.1康明斯發電機柴油機余熱回收利用系統概述。康明斯發電機機艙中所配置的余熱回收利用系統主要由柴油發電機組、動力渦輪機、超低溫排煙余熱鍋爐以及有機工質柴油發電機組等共同構成。在運行過程中，康明斯發電機柴油機排氣會經過渦輪增壓裝置、動力渦輪機進入超低溫排煙余熱鍋爐；在余熱鍋爐高壓過熱器、低壓蒸汽等裝置共同作用下產生蒸汽，并進入柴油進行發電，從而實現康明斯發電機柴油機余熱的回收利用。

3.2柴油發電機組改造技術方案分析。在本次研究的康明斯發電機節能減排項目中，確定所選用的柴油發電機組類型為補氣凝汽式柴油發電機。柴油發電機組在運行過程中，可將余熱鍋爐產生的過熱蒸汽經由速關閥引入柴油，進行機組發電；將余熱鍋爐產生的飽和蒸汽經由補汽口引入柴油，進行機組發電。與此同時，將柴油發電后剩余蒸汽經由冷凝器、凝水泵、除氧器等裝置，在此進入鍋爐進行加熱處理，重新生成蒸汽，實現循環再利用。在本次設計過程中，為提升柴油發電機組運行的穩定性、安全性與可靠性。實現余熱回收利用系統整體性能的有效提升。設計主軸結構為轉轂結構，以提升主軸機械性能，確保柴油發電機組運行的穩定與可靠；設計柴油組整體結構為“柴油+減速箱+發電機”且與冷凝器、水泵等位于同一底盤，實現集成管控，在節約機艙空間的同時，提升機組運行效率；設計通流形式為單列調節形式。此外，根據康明斯發電機結構特征、柴油特征，在柴油發電機組設置過程中，確定：

（1）冷凝器位于排缸之下，與排缸同在一個底盤之上。

（2）冷凝器熱井形態以桶狀形態為主，便于冷凝器液位控制。

（3）油站位于底盤上，并配有濾油裝置，在使用過程中潤滑油、調節油等通過濾油裝置進行過濾后，分別進入潤滑系統與調節系統。值得注意的是潤滑油在進入潤滑系統之前，需通過冷油器。

（4）油站結構的上部需隔開，油站結構下部需連通，以降低船運行過程中，船體晃動對油站液位的不利影響。

（5）科學設計軸承回油口的位置，通常情況下回油口應安排在底部，并根據船體運行過程中的傾斜情況進行回油管的科學布置。

（6）科學選擇機組定位方法，在本次研究項目中利用軸向滑鍵進行機組前軸承座與座架的定位；利用立鍵進行機組排缸與機組底盤的定位；利用徑向鍵進行機組排缸與機組排缸座架的定位，以保證機組定位準確性、科學性、可靠性。

（7）考慮船體晃動對機組軸承存在的影響，設計運用可傾瓦形式設置徑向軸承、推力軸承；考慮船體晃動對機組耗油量存在的影響，設計回油方式為滿溢式回油。

（8）在設計過程中，為提升設計科學水平，保證柴油組布局的合理性、整體性、協調性、完整性，采用三維模型分析法，進行機組、輔機等三維模型的科學構建，實現柴油發電機組科學布局。

 

4.節能減排方法實施效益與研究成果分析

對設計的柴油發電機組進行試驗分析，發現：

（1）柴油發電機組通過CCS認證，達到柴油相關標準質量要求。

（2）柴油發電機組相對于常規柴油發電機組而言，內效率大幅度提升，達到72%以上，有利于余熱回收利用系統工作質量與效率的提升。

（3）柴油發電機組結構布局更合理，實現機艙空間有效節約。

總而言之，熱損失問題是康明斯發電機運行過程中較為常見的問題，也是導致康明斯發電機能源浪費的核心要素。隨著造船技術的不斷提升，康明斯發電機柴油機余熱利用系統得以產生并應用，但實際效果并不理想。本文通過對余熱利用系統中的柴油發電機組進行分析，旨在進行柴油發電機組有效改造，以通過提升柴油性能，提余熱系統工作效率，試驗表明該方法具有較強可行性、實用性，可達到節能減排、降本增效目的。

 

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