CN103527275B - 高温气体余热利用分轴式动力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高温气体余热利用分轴式动力装置，所述动力装置是一个带余热气体进口的主换热器通过管道分别串连接回热器和离心式压气机，并串连接高压涡轮和带动力输出轴的动力涡轮，在动力涡轮上设有管道与回热器相连，高压涡轮传动轴与离心式压气机相连，使用时，主换热器与余热气体管相连接，离心式压气机将常温空气输入，经主换热器通过换热后的空气驱动高压涡轮并驱动动力涡轮输出动力供使用，同时，高压涡轮带动离心式压气机运转，本发明可充分利用700℃以上的高温气体余热，使之转换为轴传动动力使用，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体余热利用装置，具体的说是一种高温气体余热利用分轴式动力装置。
背景技术
很多耗能设备在运行过程中，都会产生大量的余热排放，近几年随着节能降耗和低碳环保的要求加强，很多生产厂家都在开发研究余热利用设备，但目前所进行研发的生产厂家中，大多集中在低温和中温余热的利用方面，而700℃以上的高温余热利用由于难度高仍处于空白状态，特别是高压锅炉和热电设备的尾气余热利用设备更是难点。
发明内容
本发明的目的在于解决上述存在的高温余热利用的难点问题，提供一种高温气体余热利用分轴式动力装置，可将700℃以上的气体余热转换为动力输出而充分加以利用。
本发明包括动力装置的主换热器和离心式压气机、高压涡轮以及动力涡轮，所采用的技术方案在于：所述动力装置是一个带有余热气体进口的主换热器通过管道分别连接常温空气输入设备和高压涡轮并串连接动力涡轮；在高压涡轮和常温空气输入设备之间连接有传动轴，动力涡轮设置有动力输出轴。运行正常后，高压涡轮通过传动轴带动常温空气输入设备运行，动力涡轮的动力输出轴向外用设备提供动力，高压涡轮和动力涡轮采用航空同类设备，航空类高压涡轮和动力涡轮可在带压高温气体情况下，会由于高温气体膨胀作功而产生动力。
上述技术方案中：所连接的常温空气输入设备是一个带有常温空气入口的离心式压气机。
在主换热器与离心式压气机之间通过管道串连接有一个回热器。
为了将余热更好利用，动力涡轮设有回收余热气体的管道与回热器相连接。动力涡轮在运行时，其带有余热的气体排放再通过该管道回收到回热器，被离心式压气机送入回热器的空气加以利用。
本发明通过上述技术方案，由于采用了一个可与高温余热气体设备相连的主换热器，将高温余热气体输入，并通过管道分别连接有常温空气输入和动力输出设备，安装后运行时，高温余热气体可通过主换热器与回热器将常温空气和循环空气转换为具有一定压力的高温空气通过膨胀推动高压涡轮和动力涡轮运转，并经动力涡轮采用传动轴输出动力利用，同时带动离心式压气机运行，加之运行后的余热还可再次回收循环利用，整体结构非常科学合理，解决了现有技术中高温余热气体难以回收利用的难点问题，可广泛推广到各企业单位与高压锅炉以及热电设备配置使用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详述。
附图为本发明结构示意图。
图中：1、主换热器，2、回热器，3、离心式压气机，4、高压涡轮，5、动力涡轮，6、余热气体连接口，7、常温空气入口，8、管道，9、传动轴，10、动力输出轴。
具体实施方式
附图实施例所示：动力装置是一个带有余热气体进口6的主换热器1通过管道8分别连接常温空气输入设备和高压涡轮4并串连接动力涡轮5；在高压涡轮4和常温空气输入设备之间连接有传动轴9，动力涡轮5设置有动力输出轴10。所连接的常温空气输入设备是一个带有常温空气入口7的离心式压气机3。在主换热器1与离心式压气机3之间通过管道串连接有一个回热器2。动力涡轮5设有回收余热气体的管道8与回热器2连接相通。
本发明技术方案中，采用高压涡轮4和动力涡轮5分别为两个轴进行传动，即传动轴9和动力输出轴10分轴方式，由于高压涡轮4输入的是高温气体，高压涡轮4和传动轴9均带有高温，同时转速高，不利于直接输出动力，本发明单一的动力涡轮5和动力输出轴10作为动力输出，巧妙的避免了动力输出时高温气体对使用设备的不利影响。
本发明运行状态时，主换热器1通过余热气体进口6与余热气体产生的设备相连接，主换热器1即通过换热方式将离心式压气机3输入的常温空气加热为高温空气输入到高压涡轮4和动力涡轮5推动其运转，其中高压涡轮4通过传动轴9带动离心式压气机3正常运行，动力涡轮5通过动力输出轴10输出动力使用；在运行过程中，使用后的高温余热空气再经动力涡轮5输入到回热器2与离心式压气机3输入的常温空气进行热交换后再输入到主换热器1进行循环换热。本发明在整体结构组合中，主换热器1起到了主要的余热气体转换利用的作用，离心式压气机3泵入常温空气使之换热，同时，加设串连了一个回热器2，可在整套装置中起到循环利用的作用，加之采用了高压涡轮4通过传动轴9与离心式压气机3连接传动和动力涡轮5通过动力输出轴10进行动力输出，由此构成了分轴结构，互不干扰和影响，运行时可使输出动力平稳强劲，加之整体形成的循环结构，可让余热得到充分的利用。
本发明经制作样机测试：余热气体连接口6与高压锅炉尾部的烟气排放口进行连接，设备运行时，吸入主换热器1内的余热气体温度为900℃、离心式压气机3先采用辅助设备带动运行，其常温空气吸入温度为20℃、常压为0.1MPA、流量为2Kg/秒，即常温常压空气；经离心式压气机3吸入时由于作功和加压，常温常压空气其温度上升到135℃，压力升高到0.28MPA，正常运行后，高温气体已使高压涡轮4和动力涡轮5正常运行，高压涡轮4的传动轴9即带动离心式压气机3正常运行，动力涡轮5经动力输出轴10将动力输出后，经动力涡轮5利用后的带压高温气体经管道8将再用带温气体回收到回热器2内，与来至离心式压气机3温度为135℃、压力为0.28MPA的空气进行热能交换，由此回热器2的进入主换热器1的温度已升至590℃，压力为0.27MPA；再通过主换热器1将来自高压锅炉900℃的余热烟气进行热能交换，所交换后的气体温度已升至870℃，压力为0.26MPA，此带压的870℃气体进入高压涡轮4后，由于带压的高温气体的膨胀作用，驱动高压涡轮4高速运转，此后，经测试从高压涡轮4进入动力涡轮5时的温度为735℃，压力为0.15MPA，此带有一定压力的高温气体继续在动力涡轮5内膨胀作功，使其运转输出动力，最后经动力涡轮5利用后的高温气体经测试温度为670℃，压力为0.11MPA，此温度的气体再经管道8循环回收后到回热器2反复利用，由此构成了完整的余热循环的充分利用。本实施例样机测试的结果：其动力涡轮5所输出的功率为140千瓦。
本实施例中的样机所涉及的主换热器1、回热器2、离心式压气机3和高压涡轮4以及动力涡轮5均采用现有的技术设备或现有技术进行制造。
Claims (4)
1.一种高温气体余热利用分轴式动力装置，包括动力装置的主换热器(1)和常温空气输入设备、高压涡轮(4)以及动力涡轮(5)，其特征在于：所述动力装置是一个带有余热气体进口(6)的主换热器(1)通过管道(8)分别连接常温空气输入设备和高压涡轮(4)，高压涡轮(4)串连接动力涡轮(5)；在高压涡轮(4)和常温空气输入设备之间连接有传动轴(9)，动力涡轮(5)设置有动力输出轴(10)。
2.根据权利要求1所述的高温气体余热利用分轴式动力装置，其特征在于：所连接的常温空气输入设备是一个带有常温空气入口(7)的离心式压气机(3)。
3.根据权利要求1所述的高温气体余热利用分轴式动力装置，其特征在于：在主换热器(1)与离心式压气机(3)之间通过管道串连接有一个回热器(2)。
4.根据权利要求1或3所述的高温气体余热利用分轴式动力装置，其特征在于：所述动力涡轮(5)设有回收余热气体的管道(8)与回热器(2)连接相通。
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