CN101614163A - 车船发动机余热锅炉及微冷凝低压发电装置 - Google Patents

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Abstract

一种车船发动机余热锅炉及微冷凝低压发电装置技术，尤其是利用车船发动机烟气余热配套低压余热蒸汽锅炉，锅炉联通汽轮机的低压超效发电系统，其中余热锅炉与汽轮机置于结构中心的微冷凝泵系给水设备均都采用了螺旋烟道和局成螺旋排汽道与螺旋管排和螺旋管束之管内水流的层递降温与层递升温超秩序化对流的0.5～3℃平均温差热交换热工过程的设计方案，实现了车船发动机余热电效率与原马力相当的混合动力供应。

Description

车船发动机余热锅炉及微冷凝低压发电装置
技术领域
本发明涉及一种车船发动机余热锅炉及微冷凝低压发电装置技术，尤其是利用车船发动机烟气余热配套低压余热蒸汽锅炉，锅炉联通汽轮机结合本发明人在先发明的《微冷凝发电的汽水往复热加、卸载递进内循环泵系给水技术》(200810126795.5)专利申请技术的低压超效发电系统。
背景技术
目前，公知的机车、船舰燃发动机一般是功率大(多在1200～10000KW装机)，效率低(一般只有35～40％，约占燃油所产热能总量的60～65％被排气管排向大气之中)，烟气余热温度高达600℃左右。到目前为止，只有我国南方以及国外少数利用燃油内燃机发电电厂的烟气余热发电的技术出台，但是，提高电站效率的指数仅在6～8％的水平之上。其根本原因在于余热锅炉只有低压初参数蒸汽的出力水平，而现行汽轮机在这种参数下的郎肯循环效率非常低，特别是现行车船上的发动机余热发电技术也只能以80～90％的发动机余热量被冷凝掉为代价才能有6～8％的部分被开发与利用。
发明内容
本发明的目的是：实现内燃机烟气余热蒸汽锅炉低压在0.7～1.25Mpa初参数下可保证汽轮机超效率发电，使之在微冷凝之下向余热锅炉直接内循环准全效余热利用给水，达到既大幅降低所产蒸汽的成本，又将汽轮机朗肯循环效率提高到70％左右的水平。
本发明的目的是这样实现的：余热炉依然为柴油机排烟管消音器三维随机放大的形状(以便节省或有效利用车、船机房机仓内的空间)，其外体准绝热保温，内中心设圆柱单筒芯，芯筒壁外垂直筒壁分段夹板引布并行绕三至若干根再热细管管螺旋排构成螺旋引烟匝的管排，排管绕匝间为螺旋阔烟通道的烟道，与外筒结合构成内置螺旋管排管内的水体反向于排管外螺旋烟道排烟流的热交换排气管余热锅炉，炉两头等设进、出烟的喇叭口，口设法兰；炉内入烟端的各排管头合并同一管口为再热出汽口，而出烟端的排管另一头合并同一管口为再热入水口，其中唯有一两根管独立设蓄能入水口和蓄能出汽口。汽轮机为特型制作的随形设计的普通汽轮机结构的纯低温低压汽轮机，其趁形设置在微冷给水泵系(微冷给水泵系是本人“200810126795.5”专利申请的给水泵系技术，由风、水微冷却排汽流管道一步步授热热卸载而来的末流，使之为给水泵提供密度约等于1的100℃左右的闭合循环的“水源”给预热流管道一步步受热热加载而去的“锅炉给水”流与本排汽流构成无穷多个温度彼此相差见小到平均1～3℃的对流热交换温差，从而实现了等量给水预热流最终入炉温度仅与等量汽轮机排汽流的初温亦相差1～3℃的微冷泵系的锅炉给水装置)的圆柱双芯筒内，芯筒之外夹设保温层，层外复加一层柱芯筒便形成双芯筒；作为双芯筒外壁的承压环桶内设螺旋板排汽道，道内随螺旋行绕六至若干根热交换细管匀管束构成螺旋管束，束绕匝间为排汽通道(环桶上、下设冲压脚圈)构成主体内置管管外旋排汽与管内预热水对流式微冷泵系给水的热交换器，器两头脚圈上等设排汽通道口，口设法兰；环桶腔内入汽端的管束头合并为同一闭合引出的预热出汽口，而出水端的管束另一头合并同一预热管口的预热入水口；排汽出水口接微冷器，器通入给水泵，泵压给水接向预热入水口；排汽入水端接来汽轮机未经冷凝的排汽口；而汽轮机的入汽口则接来并联出力管，管分别接锅炉再热管排的再热流出汽口和蓄能罐出力逆止阀，蓄能罐继通余热炉内的蓄能管出汽口并在罐底接蓄能泵压水经蓄能管入水口构成蓄能循环而周而复始；预热水出汽口接余热炉的再热入水口；余热炉的入烟口法兰接车船发动机的排气管口，而出烟口引废气管排出车船之外。微冷给水泵系或以设有双套管盘管接连通及外套管通来汽轮机乏汽过微冷罐后经给水泵，泵压水入内套金属管成全流预热水并由预热水出汽口供入锅炉而去的组合结构泵系体，体引汽轮机排汽流自高温端外套管口的排汽入汽口通入并过若干联接法兰连接的双套管盘管单元至低温端的外套管口的排汽出水口引出并闭合通入微冷器继进给水泵，泵续闭合推出给水流并接入低温端的内套管口的预热水入水口进系统内套管内形成正向于外套管内排汽流的反向流的预热给水流，流至系统高温端的内套管口的预热水出汽口顺以泵压推向锅炉的本人“200810126795.5”专利在先申请技术，作为本发明的前后单向通内外定向通系统循环总通的汽水往复热加、卸载递进内循环泵系给水系统。这样，当车船发动机运行正常，则排气管排出烟气余热温度高达600℃左右的废气，必将余热炉内预注之水逐步汽化并把先由控温给水泵所供之水向蓄能罐蓄能达到0.7～1.25Mpa低压初参数值(当若干蓄能罐并备之时，由于各罐依顺序彼此递后每以限压阀连通，必然是逐以每个前序罐蓄满0.7～1.25Mpa低压蒸汽后方可继蓄能于后续之罐，但每个蓄能之罐则随时由各自对应的蓄能出力逆止阀待系统再热初汽流压力稍有降低之时补充出力，从而保证系统在余热锅炉短时变化工况之时的平稳出力)后便可打开蓄能供汽阀和主给水泵启动汽轮机发电，汽轮机乏汽先由微冷给水泵系的排汽入汽口进入而逐渐降温，比及100℃左右便由排汽出水口接向微冷器再降0.5～1℃便进入泵系的主给水泵(接有富水罐)，泵推微冷之水接向预热水入水口，所入之水直流式受热于排汽流的授热而逐渐升温，比及行至预热水出水口则升温值仅与汽轮机排汽温度相差0.5～3℃左右；如此便继入余热炉内的再热管排入水口行直流再热之工，比及行至再热管排的再热流出汽口便达到了初汽压力和温度参数而进入汽轮机正常发电。当发动机因正常操作使主机出力波动，则自然由蓄能罐自动蓄、释能而保证余热发电的平稳性。
由于实施了上述方案，本发明实现了车船发动机的烟气余热锅在0.7～1.25Mpa低压初参数下蒸汽超效发电，发电后使整机燃油一次能源总热效率高达70％左右。
附图说明
下面结合说明书附图对本发明作进一步说是明。
图1、是本发明第一个实施燃机余热炉及风、水微冷凝排汽流热卸载与预热热加载往复泵系的锅炉给水装置内置汽轮机的中低压发电附混动力装置的主体结构(系统配置)主视剖面(示意)图；
图2、是图1中左侧相对独立结构的旋烟式燃机废气余热锅炉主体的B-B剖位俯视(示意)图
图3、是图1中左侧相对独立结构的汽轮机外附保温加置微冷泵系主体的A-A剖位俯视(示意)图。
图中1、单筒(端封)芯；2、垂直筒芯的再热流细管并行间隙螺旋的管排(简管排)；3、管排螺旋匝间螺旋烟道(简烟道)；4、发动机烟气余热(干热外保温壁)锅炉(简余热锅炉或称外炉壁)；5、双筒环局就的保温芯(简双筒芯)；6、汽轮机转子轴(简转子)；7、螺旋板及螺旋排汽道(简螺旋板或称排汽道)；8、预给水、蓄能(多罐之间采用限压阀串联)、控温调节、稳定发电的中低压罐(简蓄能罐)；9、主给水泵；10、常规设计的风冷却微冷通水翘片换热器(简微冷器)；11、汽轮机排汽末流出水口(简末流出口或称排汽出水口)；12、微泠泵压后预热水入管束的入水口(简预热入水口)；13、并联出力管；14、自动控温、蓄能、稳流出力逆止阀(简蓄能出力逆止阀)；15、再热性余热锅炉的再热流出汽口(简再热流出汽口)；16、燃机排气管对接气流(简排气流)；17、余热锅炉引风机(简引风机)；18、自动控温蓄能循环给水泵(简蓄能水泵)；19、再热性余热锅炉的再热流给水入水口(简再热流入水口)；20、汽轮机排汽热卸载授热流高温端入汽口(简排汽入汽口)；21、螺旋匀布排汽道管束(简管束)；22、预热热加载受热流出汽口(简预热出汽口)；23、汽轮机转轴隔热传输动力轴、轴承系(简传动系)；24、汽轮机定子密封大盖(简大盖)；25、余热锅炉出汽口对接的汽轮机初汽入口(简入汽口)；26、汽轮机乏汽排汽口(简排汽口)；27、汽轮机膨胀通流腔(简通流腔)；28、汽轮机转轴；29、蓄能罐预给水水位线(简水位线)；30、汽轮机定子密封小盖(简小盖)；31、汽轮机定子壳(简定子或称汽轮机)；32、入烟口；33、出烟口；34、内外筒壁结合两冲压脚筒结合的内承压排汽螺旋道环桶(简环桶)；35、冲压脚圈；36、陪绕于再热直流螺管并行的蓄能直流螺旋管(简蓄能管)；37、蓄能管出汽口；38、蓄能管入水口；39、准绝热保温外体(简外体)；40、汽轮机螺旋叶片(简叶片)；41、密封盖。
具体实施方式
在图1中，右侧余热锅炉4以单筒芯1为结构中心，芯筒壁外垂直筒壁分段夹板引布并行绕四根管螺旋管排2，排2管绕匝间为螺旋烟道3，与外炉壁4结合构成内置螺旋管排2管内的水体反向于排管2外螺旋烟道3排气流16的热交换排气管对接前部入烟口32的余热锅炉4，炉4两头等设入烟口32、出烟口33的喇叭口，口设法兰；炉4内入烟之前端的管排2之四管头合并同一管口设引出炉4再热出汽口15，而出烟之后端的管排2另一头对应四管合并同一管口为再热入水口19，绕芯1的最内一根为蓄能管36前部引出炉4之外接阔空间并预定预付水位的处在独立结构状态的蓄能罐8与蓄能逆止阀14和后部引出炉4之外接蓄能罐8过蓄能泵18的来水管道。左侧为低温低压汽轮机31，其置在微冷给水泵系的圆柱双筒芯5内，芯5的设承压环桶34，桶34内环腔设螺旋板构成的螺旋排汽道7，道7内随螺旋行绕六根细管匀布管束构成螺旋管束21，桶34前后各接上、下冲压脚圈35构成主体为，桶34两头冲压脚圈35上前左设末流出口11和后右设排汽入汽20口，口20与口11由排汽道7螺旋相通；环桶34腔内入汽对应后端内的管束21头合并为同一闭合引出的预热出汽口22，而出水前端内的管束21另一头合并同一预热管口的预热入水口；末流出口11接微冷器10，器10通入主给水泵9，泵9压锅炉给水接向预热入水口12；排汽入汽口20接来汽轮机31的排汽口26；而汽轮机31的入汽口25则接来并联出力管13，管13分别接锅炉再热管排2的再热流出汽口15和蓄能罐出力逆止阀14，蓄能罐8继通余热锅炉4内的蓄能管出水口37并在罐8底接蓄能水泵18压水经蓄能管入水口38构成蓄能循环而周而复始；预热出汽口22接余热炉的再热流入水口19；余热锅炉4的入烟口32法兰接车船发动机的排气管口，而出烟口33由引风机17引废气排出车船之外。
在图2中，以单芯筒1为正圆结构中心，以次是外垂直并排螺旋绕一根蓄能管36和四根细管的管排2的螺旋排管间隙式并绕的螺旋烟道3、准绝热保温外体39。
在图3中，以汽轮机转轴28为正圆结构中心，依次是垂直轴28螺旋一体有两叶片40为圆台转体形的转子6、圆台内腔的定子31、双芯筒5、环桶34、准绝热保温外体39。

Claims (5)

1、一种车船发动机余热锅炉及微冷凝低压发电装置，其特征是：一侧是余热锅炉(4)以单筒芯(1)为结构中心，芯筒(1)外垂直筒壁螺旋分布并行绕四至若干根再热流管管排(2)，排(2)管旋绕匝间为螺旋烟道(3)，与外炉壁(4)结合构成管排(2)管内的水体反向于排管(2)外螺旋烟道(3)排气流(16的热交换排气管对接燃机排气的入烟口(32)的余热锅炉(4)，炉(4)两头分别设入烟口(32)、出烟口(33)的喇叭口，口设法兰；炉(4)内入烟端的管排(2)管头合并同一管口设引出炉(4)的再热出汽口(15)，而出烟端的管排(2)另一头对应排管合并同一管口为再热入水口(19)，管排(2)与绕芯(1)的最内侧的一至若干根蓄能管(36)并排螺旋，管(36)设蓄能入水管(38)引出炉(4)之外分别接蓄能罐(8)和蓄能逆止阀(14)，阀(14)通并联出力管(13)，罐8底部过蓄能泵(18)；另一侧是汽轮机(31)置在微冷给水泵系的圆柱双筒芯(5)内的组合体，芯(5)外设承压环桶(34)，桶34环腔内设螺旋板(7)构成的排汽道7，道(7)内随螺旋行绕六至若干根细管匀布管束构成管束(21)，桶(34)两头冲压脚圈(35)上分设末流出口(11)和排汽入汽口(20)；环桶(34)腔内入汽对应端内的管束(21)头合并为预热出汽口(22)，而桶(34)腔内出水端内的管束21另一头合并为预热入水口(12)；口(11)接微冷器(10)继通入主给水泵(9)续接向预热入水口(12)；口(20)接来汽轮机(31)的排汽口(26)，机(31)的入汽口(25)则接管(13)，管13分别接余热锅炉(4)内管排(2)的再热流出汽口(15)和蓄能出力逆止阀(14)，罐(8)继通余热锅炉(4)内的蓄能管出水口(37)并在罐(8)底接去蓄能水泵(18)压水经蓄能管入水口(38)构成蓄能循环；预热出汽口(22)接余热锅炉(4)的再热流入水口(19)；余热锅炉(4)的入烟口(32)接车船燃机的排气管口，而出烟口(33)由引风机(17)引废气排出车船之外的余热发电循环系统。
2、根据权利要求1所述的车船发动机余热锅炉及微冷凝低压发电装置，其具体特征是：以环桶(34)为结构主体，内腔设螺旋板(7)单向通流排汽轮机(31)乏汽流，正与排汽道(7)内趁旋均布的预热水管束(21)内的水流反向，其机(31)的排汽口(26)单向通入汽口(20)、道(7)、排汽出水口(11)、微冷器(10)、主给水泵(9)、预热入水口(12)、管束(21)、预热出汽口(22)通入余热锅炉(4)的再热流入水口(19)、管排(2)、再热流出汽口(15)供入机(31)的入汽口(25)的泛汽轮机循环发电设备配置的微冷凝循环超效率发电系统和微冷凝给水泵系工艺过程。
3、根据权利要求2所述的车船发动机余热锅炉及微冷凝低压发电装置，其具体特征是：余热锅炉(4)内设蓄能管(36)，管(36)的蓄能入水管口(38)通来蓄能罐(8)底部水位线(29)由蓄能泵(18)压来之水，蓄能出汽管(37)分别通去罐(8)顶部和阀(14)顺由阀(14)通入并联出力管(13)的自动控温炉(4)兼行系统过热蓄存和稳平余热发电出力的泛内燃机烟气或所及排烟能源设备余热发电补偿系统。
4、根据权利要求2所述的车船发动机余热锅炉及微冷凝低压发电装置，其具体特征是：若干蓄能罐(8)依序每以限压通流阀联通下级罐(8)，每级罐(8)又各自对应于顶部设蓄能出力逆止阀(14)而同接并联出力管(13)实行急时蓄能及时调节系统出力盈亏和分段储能统筹补偿准全效余热回收和智能化稳平发电出力的泛内燃机烟气或所及排烟能源设备余热发电系统的智能调节系统。
5、根据权利要求1所述的车船发动机余热锅炉及微冷凝低压发电装置，其具体特征是：设有由管排(2)的四至若干根细管与一至若干根蓄能管(36)并排螺旋若干匝，匝间与外炉壁(4)构成螺旋烟道(3)的余热锅炉(4)，其排(2)各管外行烟气螺旋授热流出的方向与管内水、汽螺旋吸热流出的方向反向对应的泛内燃机烟气或所及排烟能源设备余热锅炉结构和工作原理。
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