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节能
ENERGY CONSERVATION
2016年第2期（总第401期）
船舶柴油机废气余热驱动热电发电性能研究
熊兵"2，陈林根”，孟凡凯”，顾含
（1.中国卫星海上测控部，江苏无锡214431；2.海军工程大学动力工程学院，湖北武汉430033）
摘要：针对船触荣油机度气余热的特点，建立了空冷式染油机废气余热驱动两级热电发电装置的有服时间热力学模型，获得了热阻分布和温度分布特征，在变温热源条件下，分新了热源参数、模块系数等对装置单位面积发电量、热电转换效率的影响。结果表明：对于350°C的荣油机度气，利用热电发电
技术处理后下降约30℃/m，单位面积最大发电量为0.65kW。关键调油机度气：余热园收；两熟电发电机；有限时间热力学
中图分类号：U664,121;TK115;TP391.9文献标识码：A文章编号：1004-7948(2016)02000407 doi;103969/j. issn. 1004 7948. 2016. 02. 001
引言
目前，大型船舶动力推进主要采用柴油机动力，而柴油机在其运行过程中，由于存在燃烧不充分、摩擦损失、排烟废热损失等各种不可逆因素，其有效功转化效率仅为燃料燃烧发热量的40%左右，而仅排烟废热损失一项约占总损失的60%左右[]。因此，国内外许多公司、学者针对柴油机余热回收开展了一系列研究。
针对其利用形式不同，可分为“动力回收”和“热回收”。动力回收主要是利用废气余热产生锅炉蒸汽，而后推动汽轮机发电[2]；热回收主要为利用废气余热预热洗浴用水，或预热燃油油脂[3-5]。总结对比两种回收利用方案，动力回收方式需添置较多、大型附属装置，增加了成本，且装置尺寸较大，不利于空间布置。而热回收只是基于生活便利上季节性的应用而已，如夏天等炎热天气利用范围较小，热量回收利用效率仍不高。
半导体热电发电装置是一种直接能源转换装置，利用Seebeck效应和Peltier效应(6）工作，理论上分析，只要热电模块冷热端面存在温度差，若外部接上负载电阻形成闭合回路，就会在连通的回路中形成电流。因此，不仅可对高品位热能进行回收，也可利用低品位的热能。随着热电装置的研究
基金项目：国家自然科学基金（项目编号：11305266；51576207）万方数据
进一步深人，其利用的热源也逐渐向多样化、低温化发展，对废热、余热的回收利用目前已成为研究热点[7-10]。随着热电材料的研发和成本的下降，将热电发电技术应用到船舶柴油机废气余热回收也逐渐成为可能"]。
有限时间热力学(FTT)理论(12-14)以热力学、传热学、流体力学相结合促使热力学发展为基本特征，在有限时间和有限尺寸约束下，分析各种不可逆因素对实际装置的影响规律，主要目标是减少系统不可逆性以及寻求热力过程与实际装置的性能极限。20世纪90年代以来，许多学者应用有限时间热力学理论对单级[15-18)、两级[*,19-20]、多级(21-2]热电装置进行了研究，建立了考虑更多不可逆因素的、更接近实际的热力学模型，得到了一系列与传统分析结果不同的新结论。
针对船舶柴油机废气余热资源量大、回收利用率低的现状，已有相关学者利用热电发电技术对柴油机废气余热的应用进行了研究(23-2)，但其采用水冷散热方式，需要额外加装水泵、冷却水通道等，装置结构较为复杂且初始投资成本较高。考虑简化装置结构、降低成本，文献[25]设计了一种空冷式工业烟气余热单级热电发电装置。
在文献[25]的基础上，以船舶主机排烟废气为余热热源，研究空冷式废气余热驱动两级热电发电装置的性能，探究其不同内外部不可逆因素导致的性能差异。