CN110345455A - 基于余热回收的内燃机排烟预冷系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于余热回收的内燃机排烟预冷系统，其包括：内燃机、烟气预冷装置、余热锅炉、汽包以及热用户，本发明通过烟气预冷装置对内燃机出口高温烟气进行预冷，然后再通过余热锅炉对降温后的烟气进行回收。烟气预冷装置采用蒸汽用户来的凝结水作为冷却水，烟气预冷装置出口作为给水进入汽包，汽包与余热锅炉相连，余热锅炉产生的蒸汽经过汽包分离后进入蒸汽用户，然后又冷凝成凝结水进入烟气预冷装置，形成闭式循环。本发明在实现内燃机排烟预冷的同时又保证了烟气热量的利用，烟气预冷可使烟气流程上的管道及管件、阀门、余热锅炉等采用普通材质即可满足要求，降低了工程建设成本，也简化了烟气管道布置难度，具有重要的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机烟气处理及余热回收技术领域，具体地说，涉及一种基于余热回收的内燃机排烟预冷系统。
背景技术
内燃机是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。作为一种动力装置，内燃机的应用极为广泛，在工业、农业、船舶等领域均有大量应用。
由于内燃机排出的烟气温度很高，一般在400℃～500℃之间，最高可达600～650℃，内燃机的排烟温度与燃料特性(成分、热值等)、内燃机性能、运行操作(空燃比的控制)均有关系，即使是设计的排烟温度为某一定值的内燃机，在实际运行过程中也可能会由于进口燃料成分波动等原因，导致排烟温度升高。
在进行内燃机排烟管道设计时，设计温度不得低于烟气可能达到的最高工作温度。对于排烟温度较高的内燃机，其烟气管道及管道附件、烟气阀门、补偿器乃至余热锅炉的材质等级均要提高，尤其是对于烟温达500℃甚至更高的情况，普通碳素结构钢、锅炉和压力容器用钢板都已经无法满足烟气温度要求，只能使用合金钢，而使用合金钢必然导致成本大幅上升。此外，烟气温度越高，整个烟气管道的布置和热补偿就越困难，尤其是对于空间受限的情况。因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
发明内容
本发明是为了解决上述技术问题而做出的，其目的是提供一种具有简化结构且易于实现，既能回收烟气余热又能降低内燃机排烟管道材质要求的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种内燃机烟气预冷系统，所述内燃机烟气预冷系统包括：内燃机、烟气预冷装置、余热锅炉、汽包以及热用户；所述内燃机的烟气出口与所述烟气预冷装置的烟气进口连通，所述烟气预冷装置的烟气出口与所述余热锅炉的烟气进口连通；所述汽包与所述余热锅炉之间通过上升管和下降管连通，形成闭式汽水循环回路，所述汽包对所述余热锅炉产生的汽水混合物进行汽水分离；热用户包括蒸汽进口和凝结水出口，所述热用户的蒸汽进口与所述汽包的蒸汽出口连通，所述热用户的凝结水出口与所述烟气预冷装置的冷却水进口连通；所述烟气预冷装置的冷却水出口与所述汽包的给水进口连通；所述热用户、烟气预冷装置、余热锅炉、汽包之间形成水循环回路。
优选地，所述烟气预冷装置呈中空套筒状，可以包括相互套设的内筒和外筒，并于所述内筒和外筒之间形成水室，其中，所述冷却水进口和冷却水出口设置于所述外筒筒壁上，所述热用户的出水作为冷却水进入到所述烟气预冷装置的外筒内，同时，所述内燃机燃烧产生的烟气从所述内筒内通过，冷却水与烟气于所述烟气预冷装置内完成换热。
进一步优选地，所述热用户的凝结水出口与所述烟气预冷装置的进水口之间安装有中间水箱和增压泵，所述热用户的凝结水出口与所述中间水箱、所述增压泵以及所述烟气预冷装置的进水口之间沿给水流向依次连通。
优选地，还可以包括三通阀和烟气旁路，所述三通阀位于所述烟气预冷装置和所述余热锅炉之间的管道上，所述烟气旁路的进口和出口分别与所述三通阀和所述余热锅炉的烟气出口连通。
又进一步优选地，所述余热锅炉的烟气出口处可以设置有排烟管道，所述烟气旁路与所述排烟管道连通，且所述排烟管道的出口位置处还设置有消音器。
优选地，所述三通阀与所述烟气预冷装置连通的管道上设置有泄爆装置。
根据上面的描述和实践可知，本发明所述的基于余热回收的内燃机烟气预冷系统中，在内燃机烟气出口位置处增设烟气预冷装置，内燃机燃烧产生的高温烟气在送至余热锅炉前，通过烟气预冷装置预先冷却，从而使得内燃机烟气系统中的烟气管道、管道附件、烟气阀门、补偿器以及余热锅炉的材质无需采用昂贵的合金钢，降低了材质要求；另一方面，余热锅炉对烟气预冷装置预冷降温后的烟气余热进行再次回收，余热锅炉通过上升管和下降管与汽包连通，形成闭式汽水循环回路，汽包对余热锅炉产生的汽水混合物进行汽水分离；汽包的蒸汽出口与热用户的蒸汽进口连通，热用户吸收蒸汽的热量，产生的冷凝水流至中间水箱，中间水箱中的水通过增压泵送至烟气预冷装置，作为烟气预冷装置的冷却水，烟气预冷装置的冷却水出口通过管道与汽包的给水进口连通，从而形成烟气预冷装置、汽包、余热锅炉和热用户的闭式循环回路，在实现内燃机排烟预冷的同时实现了对烟气余热的回收利用；最后，本发明所述的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统中还在余热锅炉和烟气预冷装置之间设置三通阀和烟气旁路，通过三通阀的切换与控制，在正常使用状态下关闭烟气旁路，而在余热锅炉出现异常时，烟气从烟气旁路直接送至烟气出口处。综上所述，本发明所述的内燃机排烟预冷系统具有简化的结构且易于实现，在回收内燃机排烟余热的同时又降低了内燃机出口烟气管路上的设备材质要求，具有较好的实用价值；同时，通过余热锅炉对烟气预冷装置降温后的烟气余热进行回收，产生的汽水混合物通过汽包分离后送至热用户，热用户对蒸汽利用后产生的冷凝水送回至烟气预冷装置，然后又进入汽包和余热锅炉，形成闭式循环，从而实现了烟气余热的利用。
附图说明
图1为示意图，示出了本发明的一个实施例中所述的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统的结构；
图2为示意图，示出了图1所述的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统中烟气预冷装置的结构。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明所述的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
图1为示意图，示出了本发明的一个实施例中所述的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统的结构，图中实心箭头示出了系统中给水流动方向，图中空心箭头示出了烟气流动方向。如图1所示，在本发明的该实施例中所述的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统包括内燃机1、烟气预冷装置2、泄爆装置3、三通阀4、余热锅炉5、烟气旁路6、消音器7、汽包8、热用户9、中间水箱10以及增压泵11。
上述内燃机1具有烟气进口和烟气出口，烟气预冷装置2具有烟气进口和烟气出口。内燃机1的烟气出口与所述烟气预冷装置2的烟气进口通过管路连接，同时，烟气预冷装置2还具有冷却水进口和冷却水出口。
图2为示意图，示出了图1所述的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统中烟气预冷装置的结构。具体地说，如图2所示，烟气预冷装置2包括：内筒21、外筒22以及形成于内筒21和外筒22之间的水室23。其中，内筒21围成的空间与烟气预冷装置2的烟气进口和烟气出口相连通，烟气预冷装置2的冷却水进口和冷却水出口与水室23相连通。
烟气预冷装置2通过三通阀4与余热锅炉5连通，三通阀4安装于余热锅炉5烟气进口前的管道上，三通阀4的分别与烟气预冷装置2的烟气出口以及余热锅炉5的烟气进口连通，烟气旁路6的一端与三通阀4连通，其另一端延伸至余热锅炉5的烟气出口处，并与余热锅炉5的烟气出口处设置的排烟管道连通，这样，可以实现当本发明所述的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统处于正常运行时，控制三通阀4以关闭烟气旁路6的出口，使得烟气经过烟气预冷装置预冷后，通过三通阀4进入到余热锅炉5内，当余热锅炉出现故障或其他原因需要解列时，则通过控制三通阀4打开烟气旁路6的出口，并关闭其通往烟气预冷装置2的出口，使得烟气通过烟气旁路6直接排至排烟管道中排出。另外，烟气预冷装置2与三通阀4连通的管道上还设置有泄爆装置3，泄爆装置3用于烟气管道中剩余可燃气体发生爆燃导致管道内压力迅速升高时对管道内进行泄压，保护烟气下游的余热锅炉5；而排烟管道上设置有消音器7，消音器7一侧与余热锅炉5的烟气出口以及烟气旁路6连通，另一侧与大气连通，消音器7用于减小烟气排放时的噪音。
余热锅炉5为蒸汽型锅炉，余热锅炉5通过上升管和下降管与汽包8连通，形成闭式循环回路，汽包8对余热锅炉5产生的汽水混合物进行汽水分离。热用户9包括蒸汽进口和凝结水出口，其蒸汽进口与汽包8的蒸气出口连通，其凝结水出口与中间水箱10连通，这样，热用户9处放热降温后冷凝的给水流至中间水箱10内，再在增压泵11的作用下使得中间水箱10内的给水返回烟气预冷装置2，进入外筒22后流经水室23，并冷却内筒21内的高温烟气，吸收热量并从冷却水出口排出，再通过管道回到汽包8内，以形成闭式循环回路。
根据上面的描述和实践可知，本发明所述的基于余热回收的内燃机烟气预冷系统中，在内燃机烟气出口位置处增设烟气预冷装置，内燃机燃烧产生的高温烟气在送至余热锅炉前，通过烟气预冷装置预先冷却，从而使得内燃机烟气系统中的烟气管道、管道附件、烟气阀门、补偿器以及余热锅炉的材质无需采用昂贵的合金钢，降低了材质要求；另一方面，余热锅炉对烟气预冷装置预冷降温后的烟气余热进行再次回收，余热锅炉通过上升管和下降管与汽包连通，形成闭式汽水循环回路，汽包对余热锅炉产生的汽水混合物进行汽水分离；汽包的蒸汽出口与热用户的蒸汽进口连通，热用户吸收蒸汽的热量，产生的冷凝水流至中间水箱，中间水箱中的水通过增压泵送至烟气预冷装置，作为烟气预冷装置的冷却水，烟气预冷装置的冷却水出口通过管道与汽包的给水进口连通，从而形成烟气预冷装置、汽包、余热锅炉和热用户的闭式循环回路，在实现内燃机排烟预冷的同时实现了对烟气余热的回收利用；最后，本发明所述的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统中还在余热锅炉和烟气预冷装置之间设置三通阀和烟气旁路，通过三通阀的切换与控制，在正常使用状态下关闭烟气旁路，而在余热锅炉出现异常时，烟气从烟气旁路直接送至烟气出口处。综上所述，本发明所述的内燃机排烟预冷系统具有简化的结构且易于实现，在回收内燃机排烟余热的同时又降低了内燃机出口烟气管路上的设备材质要求，具有较好的实用价值；同时，通过余热锅炉对烟气预冷装置降温后的烟气余热进行回收，产生的汽水混合物通过汽包分离后送至热用户，热用户对蒸汽利用后产生的冷凝水送回至烟气预冷装置，然后又进入汽包和余热锅炉，形成闭式循环，从而实现了烟气余热的利用。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明所述的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
Claims (6)
1.一种基于余热回收的内燃机烟气预冷系统，其特征在于，所述基于余热回收的内燃机烟气预冷系统包括：内燃机、烟气预冷装置、余热锅炉、汽包以及热用户；
所述内燃机的烟气出口与所述烟气预冷装置的烟气进口连通，所述烟气预冷装置的烟气出口与所述余热锅炉的烟气进口连通；
所述汽包与所述余热锅炉之间通过上升管和下降管连通，形成闭式汽水循环回路，所述汽包对所述余热锅炉产生的汽水混合物进行汽水分离；
热用户包括蒸汽进口和凝结水出口，所述热用户的蒸汽进口与所述汽包的蒸汽出口连通，所述热用户的凝结水出口与所述烟气预冷装置的冷却水进口连通；
所述烟气预冷装置的冷却水出口与所述汽包的给水进口连通；
所述热用户、烟气预冷装置、余热锅炉、汽包之间形成汽水循环回路。
2.如权利要求1所述的基于余热回收的内燃机烟气预冷系统，其特征在于，所述烟气预冷装置呈中空套筒状，包括相互套设的内筒和外筒，并于所述内筒和外筒之间形成水室，其中，
所述冷却水进口和冷却水出口设置于所述外筒筒壁上，所述热用户的出口凝结水作为冷却水进入到所述烟气预冷装置的外筒内，同时，所述内燃机燃烧产生的烟气从所述内筒内通过，冷却水与烟气于所述烟气预冷装置内完成换热。
3.如权利要求2所述的内燃机烟气预冷系统，其特征在于，所述热用户的凝结水出口与所述烟气预冷装置的进水口之间安装有中间水箱和增压泵，所述热用户的凝结水出口与所述中间水箱、所述增压泵以及所述烟气预冷装置的进水口之间沿给水流向依次连通。
4.如权利要求1所述的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统，其特征在于，还包括三通阀和烟气旁路，所述三通阀位于所述烟气预冷装置和所述余热锅炉之间的管道上，所述烟气旁路的进口和出口分别与所述三通阀和所述余热锅炉的烟气出口连通。
5.如权利要求4所述的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统，其特征在于，所述余热锅炉的烟气出口处设置有排烟管道，所述烟气旁路与所述排烟管道连通，且所述排烟管道的出口位置处还设置有消音器。
6.如权利要求4所述的基于余热回收的内燃机排烟预冷系统，其特征在于，所述三通阀与所述烟气预冷装置连通的管道上设置有泄爆装置。
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