科创中国

一、研发目的

船用螺杆膨胀发电机组采用有机工质朗肯循环，以有机工质R245fa 作为热力循环的工质与低温余热换热，有机工质吸热后产生高压蒸汽，推动螺杆膨胀机带动发电机发电，能够实现低温余热回收。拓宽了可以回收发电的余热资源范围，可高效利用船舶中所产生的余热资源，提高了船舶主机燃油利用率，提高了我国船舶和船舶主机的市场竞争力，为船舶可再生能源发电提供关键技术和设备。

二、创新点

船用螺杆膨胀发电机组的油冷却器采用工质冷却，提高了热量利用率，而且冷凝器采用海水冷却，可以利用充分利用自然资源。其创新点：1、发明了新型的板壳式油冷却器和板壳式回热器；2、发明了冷凝器模块和预热器模块；3、发明了与船用螺杆膨胀机组配套的烟气热水换热器并联装置。换热器具有换热效率高、结构紧凑、占地面积小的优点。采用一体化整机运输，空间占用率小、配置紧凑、能量利用率高。

“十二五”期间承担的“船舶柴油机动力系统余热利用技术研究”课题研制工作涉及到的有机工质朗肯循环发电系统，采用的膨胀机为螺杆膨胀机、工质为纯的单一有机工质R245fa，系统效率可达7%，蒸发温度约90 度，螺杆膨胀机工作温度受到限制，设计工作温度100 度以下，循环效率不高。本船用螺杆膨胀发电机组采用有机工质R245fa 作为热力循环的工质与低温余热换热，发电的最低余热资源温度可达到80℃，经专家组评审本船用螺杆膨胀发电机组的余热利用系统发电效率达到了10%，最大限度地实现了低温热源的余热回收。

三、原理

本船用螺杆膨胀发电机组总体设计拟采用撬装框架结构，将蒸发器、膨胀机、发电机、回热器、冷凝器和工质泵、以及控制系统和辅助系统等集成在一个钢架内，形成一个动力模块。船舶运行产生的高温烟气，通过烟气热水换热器，将热量传给循环热水，循环热水吸热后成为高温热水，高温热水进入船用螺杆膨胀发电机组后，将热量传递给有机工质，液态工质在蒸发器中吸热蒸发成气态，推动

螺杆膨胀机做功，驱动发电机发电做功。压力降低的气态工质在冷凝器中冷凝成液态，通过工质泵增压后进入蒸发器中吸热。放热后的高温热水温度降低，回到烟气热水换热器中，热水、工质分别在各自系统中循环，不断将热能转化为电能，从而完成一个完整的ORC循环，实现船舶余热资源的回收利用。