CN110345457A - 基于余热锅炉的内燃机排烟预冷系统 - Google Patents

基于余热锅炉的内燃机排烟预冷系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于余热锅炉的内燃机排烟预冷系统，包括内燃机；烟气预冷装置；余热锅炉，其烟气进口与烟气预冷装置的烟气出口连通，当系统工作时，内燃机工作产生的高温烟气经过烟气预冷装置预冷后排至余热锅炉内，并于余热锅炉内经热交换放出热量后通过余热锅炉的烟气出口排出，同时，余热锅炉的给水吸收高温烟气释放的热量后从出水口排出，送至供热用户处放热降温后再返回烟气预冷装置，作为烟气预冷装置的冷却水，然后从烟气预冷装置出来后又作为给水送入所述余热锅炉内，形成闭式循环回路。该系统在回收内燃气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。

Description

基于余热锅炉的内燃机排烟预冷系统
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，涉及一种基于余热锅炉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，既能降低内燃机排烟管道材质要求又能回收烟气余热的基于余热锅炉的内燃机排烟预冷系统。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于余热锅炉的内燃机排烟预冷系统，所述系统包括：内燃机、烟气预冷装置、余热锅炉以及热水用户；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；热水用户包括热源水进口和热源水出口，所述热源水进口与所述余热锅炉的出水口连通，所述热源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余热锅炉的给水进口连通；所述热水用户、余热锅炉、烟气预冷装置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，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，所述烟气预冷装置还包括冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口和冷却水出口设置于所述外筒筒壁上，热水用户的热源水出口与所述烟气预冷装置的冷却水进口相连，所述热水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，所述热水用户的热源水出口与所述烟气预冷装置连通的管道上设置有增压泵。
优选地，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，所述烟气旁路连接所述三通阀和所述余热锅炉的烟气出口处的管路。
又进一步优选地，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。
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锅炉的内燃机排烟预冷系统中，在基于余热锅炉的内燃机燃烧系统中的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，得到烟气预冷装置的预先冷却，并因此使得内燃机燃烧系统涉及的烟气管道、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，将余热锅炉与热水用户连接，余热锅炉内换热吸收热量的给水通过余热锅炉的出水口送至热水用户处放热降温后，再返回烟气预冷装置，同时，再将烟气预冷装置的冷却水出口通过管道与余热锅炉的进水口连通，使得经烟气预冷装置换热吸收热量后的冷却水流回余热锅炉内，这样，形成烟气预冷装置、余热锅炉和热水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进一步回收利用；最后，本发明所述的基于余热锅炉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，在正常使用状态下关闭烟气旁路，而在排烟系统出现异常时，可通过三通阀控制烟气从烟气旁路直接送至烟气出口处，以提高系统运行稳定性。综上所述，本发明所述的基于余热锅炉内燃机排烟预冷系统具有简化的结构且易于实现，在回收内燃气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，同时还可以将余热锅炉内换热后的给水作为生活用水释放热量后，再返回烟气预冷装置，作为烟气预冷装置的冷却水，然后从烟气预冷装置出来后送入余热锅炉内，形成闭式循环回路，从而实现内燃机排烟预冷的同时回收了余热锅炉的烟气余热。
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锅炉的内燃机排烟预冷系统的结构；
图2为示意图，示出了图1所示的基于余热锅炉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锅炉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锅炉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方向，图中空心箭头示出了烟气流动方向。图2为示意图，示出了图1所示的基于余热锅炉的内燃机排烟预冷系统中烟气预冷装置的结构。如图1和图2所示，在本发明的该实施例中所述的基于余热过路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、热水用户8、增压泵9。
具体地说，内燃机1的烟气出口11与烟气预冷装置2的烟气进口21连通，使得内燃机1燃烧产生的高温烟气通过管道从烟气进口21进入到烟气预冷装置2中。烟气预冷装置2呈中空套筒状，包括相互套设的内筒22和外筒23，并于内筒22和外筒23之间形成水室24，内燃机1燃烧产生的高温烟气从烟气进口21进入烟气预冷装置2后，从内筒22中流过。
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25以及余热锅炉5的烟气进口51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52处，并与余热锅炉5的烟气出口52处设置的排烟管道53连通，这样，可以实现当本发明所述的基于余热锅炉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53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53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52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为热水式锅炉，包括出水口54和进水口55，其出水口54通过出水管道与热水用户8的热源水进口81连通，使得内燃机1工作燃烧产生的高温烟气经过烟气预冷装置2预冷后，再通过三通阀4排至余热锅炉5内完成换热，余热锅炉5内的给水吸收热量后从出水口54排出，送至热水用户8放热降温；另一方面，烟气预冷装置2外筒23筒壁上还开设有冷却水进口26和冷却水出口27，冷却水进口26通过管道与上述热水用户8的热源水出口82连通，冷却水出口27通过管道与余热锅炉5的进水口55连通，这样，热水用户8处放热降温后的给水在增压泵9的作用下返回烟气预冷装置2，进入外筒23后流经水室24，并冷却内筒22内的高温烟气，吸收热量并从冷却水出口27排出，再通过管道回到余热锅炉内，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锅炉的内燃机排烟预冷系统中，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排至余热锅炉前，得到烟气预冷装置的预先冷却，并因此使得内燃机燃烧系统涉及的烟气管道、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，降低了材质需求；另一方面，将余热锅炉与热水用户连接，余热锅炉内换热吸收热量的给水通过余热锅炉的出水口送至热水用户处放热降温后，再作为烟气预冷装置的冷却水返回烟气预冷装置，同时，再将烟气预冷装置的冷却水出口通过管道与余热锅炉的进水口连通，使得经烟气预冷装置出来的冷却水又作为余热锅炉给水返回余热锅炉内，从而形成烟气预冷装置、余热锅炉和热水用户的闭式水循环回路，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锅炉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，在正常使用状态下关闭烟气旁路，而在余热锅炉需要解列时，可通过三通阀控制烟气从烟气旁路直接排至烟气出口处，以提高系统运行灵活性。综上所述，本发明所述的基于余热锅炉内燃机排烟预冷系统具有简化的结构且易于实现，在回收内燃气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，同时还回收了烟气预冷装置和余热锅炉的烟气余热，产生热水供热水用户使用，产生良好的经济效益。
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锅炉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锅炉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)

1.一种基于余热锅炉的内燃机排烟预冷系统，其特征在于，所述系统包括：内燃机、烟气预冷装置、余热锅炉以及热水用户；
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；
热水用户包括热源水进口和热源水出口，所述热源水进口与所述余热锅炉的出水口连通，所述热源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余热锅炉的给水进口连通；
所述热水用户、余热锅炉、烟气预冷装置之间形成水循环回路。
2.如权利要求1所述的基于余热锅炉的内燃机排烟预冷系统，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，
所述烟气预冷装置还包括冷却水进口和冷却水出口，所述冷却水进口和冷却水出口设置于所述外筒筒壁上，热水用户的热源水出口与所述烟气预冷装置的冷却水进口相连，所述热水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。
3.如权利要求2所述基于余热锅炉的内燃机排烟预冷系统，其特征在于，所述热水用户的热源水出口与所述烟气预冷装置连通的管道上设置有增压泵。
4.如权利要求1所述的基于余热锅炉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，所述烟气旁路连接所述三通阀和所述余热锅炉的烟气出口处的管路。
5.如权利要求4所述的基于余热锅炉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所述的基于余热锅炉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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