CN113074034B - 地下工程柴油机烟气排放控制系统 - Google Patents

地下工程柴油机烟气排放控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下工程柴油机烟气排放控制系统，包括柴油机和调温水库，柴油机与柴油机用冷却塔相连，柴油机的烟气出口与第一换热器相连，第一换热器与烟气喷淋塔相连，第一换热器可对烟气进行初步降温，烟气喷淋塔对烟气进行二次降温并消烟然后排出工程外；调温水库的两侧分别为低温层和高温层，第一换热器与第二换热器相连，第二换热器与调温水库的低温层相连，第二换热器为烟气喷淋塔提供冷却水保障；调温水库与第三换热器相连，第三换热器与排热用冷却塔相连，排热用冷却塔通过第三换热器将调温水库高温层内的热水降温制成冷水存储至调温水库低温层内。本发明将柴油机排热过程和制冷过程利用调温水库作为中间蓄存环节实现了相对独立。

Description

地下工程柴油机烟气排放控制系统
技术领域
本发明涉及地下工程烟气处理领域，尤其涉及一种地下工程柴油机烟气排放控制系统
背景技术
我国地域辽阔，地质类型丰富、情况复杂，因此地下工程在我国工程建筑领域占有重要地位，广泛应用在铁路、水利、矿业、军事、公路、地铁、海底隧道、住宅等领域。地下工程电力应急保障最常用的是柴油发电机组，使用方便，成本较低。然而，柴油发电机组排放的烟气中含有水蒸汽、颗粒物、碳氢化合物、一氧化碳、氮氢化物、硫化物等，其中颗粒物主要是炭颗粒，在通风不好的情况下，不仅污染地下空间的空气，而且危害操作人员的健康。另一方面，当柴油发电机满负荷运行时，排烟温度大于500℃，烟气在地下工程直接排放时，烟气温度与室外温差较大，红外征候明显，易在外部产生大量水蒸汽等“白烟”现象，对于军事构筑而言无法达到隐蔽排放的目的。
目前常用的处理方法是用内部储存水进行喷淋消烟降温，但受内部水温限制，处理后的气体温度与外部温差仍较大且内部水温不能调节，不能满足设计要求；同时因直接用内部水进行喷淋，冷却水消耗量巨大，造成工程建设投资及运行费用高。
发明内容
本发明提供了一种地下工程柴油机烟气排放控制系统，将柴油机排热过程和制冷过程利用调温水库作为中间蓄存环节实现了相对独立，根据室外工况，灵活选择排热的时段，满足柴油机排风温度与室外温差的要求。
具体技术方案如下：
一种地下工程柴油机烟气排放控制系统，其中，包括柴油机和调温水库，柴油机与柴油机用冷却塔相连，柴油机用冷却塔为柴油机提供冷却水；柴油机的烟气出口与第一换热器相连，第一换热器与烟气喷淋塔相连，第一换热器可对烟气进行初步降温，烟气喷淋塔对烟气进行二次降温并消烟然后排出工程外；调温水库的两侧分别为低温层和高温层，低温层内容置有冷水，高温层内容置有热水；第一换热器与第二换热器相连，第二换热器与调温水库的低温层相连，第二换热器为烟气喷淋塔提供冷却水保障；调温水库与第三换热器相连，第三换热器与排热用冷却塔相连，排热用冷却塔通过第三换热器将调温水库高温层内的热水降温制成冷水存储至调温水库低温层内。
进一步，柴油机用冷却塔的进水口与柴油机冷却水的出水口相连，柴油机用冷却塔的冷水出水口与柴油机的冷却水进水口相连以实现柴油机的冷却水的换热循环；工程内部排风经柴油机用冷却塔的进风口进入并从柴油机用冷却塔的出风口排出。
进一步，第二换热器为水-水板式换热器，第二换热器的冷却水入口与调温水库的低温层相连，第二换热器的冷却水出口与第一换热器的冷却水入口相连；烟气喷淋塔的入水口与第二换热器的低温水出口相连，烟气喷淋塔的出水口与第二换热器的高温水入口相连。
进一步，第一换热器为烟气-水管壳式换热器，第一换热器的高温水出口与调温水库的高温层相连，柴油机的排烟口与第一换热器的进烟口相连，第一换热器的出烟口与烟气喷淋塔的进气口相连。
进一步，第三换热器为水-水板式换热器，排热用冷却塔的进水口与第三换热器的冷却水出口相连，排热用冷却塔的冷水出水口与第三换热器的冷却水入口相连，第三换热器的高温水入口与调温水库的高温层相连，第三换热器的低温水出口与调温水库的低温层相连，室外新风经排热用冷却塔的进风口进入并从排热用冷却塔的出风口排至工程外。
进一步，柴油机用冷却塔和排热用冷却塔分别与第一补水管道和第二补水管道相连，第一补水管道与调温水库的低温层相连，第二补水管道与调温水库的高温层相连，柴油机用冷却塔和排热用冷却塔内分别设置有浮球阀，浮球阀跟随柴油机用冷却塔和排热用冷却塔内水的液面上下浮动，从而控制第一补水管道和第二补水管道的打开与关闭，以实现柴油机用冷却塔和排热用冷却塔内水位降低时，调温水库可为柴油机用冷却塔和排热用冷却塔进行补水。
进一步，还包括PLC控制柜，第二换热器冷却水的入口与调温水库的低温层之间通过第二换热器进水管相连；第三换热器的高温水入口与调温水库的高温层之间通过第三换热器进水管相连；柴油机用冷却塔的冷水出水口与柴油机的冷却水进水口之间通过柴油机用冷却塔出水管相连；排热用冷却塔的冷水出水口与第三换热器的冷却水入口之间通过排热用冷却塔出水管相连；第二换热器进水管、第三换热器进水管、柴油机用冷却塔出水管以及排热用冷却塔出水管上均设置有与PLC控制柜电连接的水泵、阀门以及传感器。
进一步，烟气喷淋塔通过喷淋塔出水管道与第二换热器的高温水入口相连，第二换热器的低温水出口通过喷淋塔进水管道与烟气喷淋塔相连；喷淋塔出水管道与加药管道相连，加药管道与加药装置相连，加药装置可将药物加入至喷淋塔出水管道内与高温水进行混合，经第二换热器降温后经喷淋塔进水管道喷射至喷淋塔内。
进一步，喷淋塔进水管道和加药管道上分别设置有水泵和阀门，喷淋塔进水管道还设置有传感器，喷淋塔出水管道上设置有PH计，各个水泵、阀门、传感器以及PH计与PLC控制柜电连接。
进一步，调温水库为分层结构，层与层之间相互连通，远离设备的一侧为高温层、靠近设备的一侧为低温层。
本发明结构设计巧妙，将柴油机排热过程(也即水库蓄热过程)和制冷过程(水库排热过程)利用调温水库作为中间蓄存环节实现了相对独立，可选择室外有利气象条件运行排热用冷却塔，从而保证系统排风与室外温差较小，进而可以根据室外工况，灵活选择水库排热的时段，满足系统内各装置排风温度与室外温差的要求。每个冷却塔的排风参数均可以任意调节，通过改变水流量可以控制喷淋温度，从而控制排风状态，实现了冷却塔及系统的控温功能。采用冷却塔这种潜热蒸发的模式提供冷却水，冷却水消耗量比常规内部水直接喷淋样式降低98％-99％。另外，PLC控制器根据泵组自带的压力(温度)传感器，可实时感知因柴油机运行功率或冷却塔进风温度的变化所带来的冷却水温波动，并通过改变冷却水系统的水量及水温，使各冷却塔的排风与室外气温的温差满足设计要求。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明的地下工程柴油机烟气排放控制系统的连接原理示意图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、功能以及具体设计方案，下面结合附图，对本发明的地下工程柴油机烟气排放控制系统作进一步详细的描述。
如图1所示，本发明的地下工程柴油机烟气排放控制系统包括柴油机6和调温水库1，柴油机6与柴油机用冷却塔3相连，柴油机用冷却塔3为柴油机6提供冷却水；柴油机6的烟气出口与第一换热器11相连，第一换热器11与烟气喷淋塔4相连，第一换热器11可对烟气进行初步降温，烟气喷淋塔4对烟气进行二次降温并消烟然后排出工程外。
调温水库1为分层结构，层与层之间相互连通，远离设备的一侧(最里层)为高温层、靠近设备的一侧(最外层)为低温层，高温层与低温层之间为斜温层，斜温层至少为一层，本实施例的斜温层数量为七层；随着系统的运行，最里层不断地进入高温热水、最外层不断地进入低温冷水，两层水温在调温水库1中间的斜温层逐步实现动态温度平衡。
第一换热器11与第二换热器16相连，第二换热器16与调温水库1的低温层相连，第二换热器16为烟气喷淋塔4提供冷却水保障；调温水库1与第三换热器10相连，第三换热器10与排热用冷却塔2相连，排热用冷却塔2通过第三换热器10将调温水库1高温层内的热水降温制成冷水存储至调温水库1低温层内。
具体来说，柴油机用冷却塔3的进水口与柴油机6冷却水的出水口相连，柴油机用冷却塔3的冷水出水口与柴油机6的冷却水进水口相连以实现柴油机6的冷却水的换热循环；工程内部排风经柴油机用冷却塔3的进风口进入并从柴油机用冷却塔3的出风口排至工程外。
优选的，柴油机用冷却塔3与第一补水管道相连，第一补水管道与调温水库1的低温层相连，柴油机用冷却塔3内设置有第一浮球阀17，第一浮球阀17跟随柴油机用冷却塔3内水的液面上下浮动，从而控制第一补水管道的打开与关闭，以实现柴油机用冷却塔3内水位降低时，调温水库1可为柴油机用冷却塔3进行补水。
本实施例的第二换热器16为水-水板式换热器，烟气喷淋塔4的入水口与第二换热器16的低温水出口相连，烟气喷淋塔4的出水口与第二换热器16的高温水入口相连，以实现烟气喷淋塔4的水的内循环；第二换热器16的冷却水入口与调温水库1的低温层相连，第二换热器16的冷却水出口与第一换热器11的冷却水入口相连；从调温水库1低温层出来的冷水先对烟气喷淋塔4内循环水降温后形成温水再流入第一换热器11内。
优选的，烟气喷淋塔4通过喷淋塔出水管道与第二换热器16的高温水入口相连，第二换热器16的低温水出口通过喷淋塔进水管道与烟气喷淋塔4相连；喷淋塔出水管道与加药管道相连，加药管道与加药装置5相连，加药装置5可将药物加入至喷淋塔出水管道内与高温水进行混合，经第二换热器16降温后经喷淋塔进水管道喷射至烟气喷淋塔4内，从而消除烟气中的颗粒物、碳氢化合物、一氧化碳、氮氢化物、硫化物等。
优选的，烟气喷淋塔4下部设置有溢水管15，当烟气喷淋塔4内的液面到达一定高度时，烟气喷淋塔4内的水可经溢水管15排出，以避免烟气喷淋塔4内的水位过高而影响消烟效果。
值得注意的是，本实施例的喷淋塔进水管道和加药管道上分别设置有水泵7和阀门8，喷淋塔进水管道还设置有传感器9，传感器9为压力(温度)传感器，喷淋塔出水管道上设置有PH计14，各个水泵7、阀门8、传感器9以及PH计14与PLC控制柜13电连接，通过PH计14反馈的数据控制加药量。
本实施例的第一换热器11为烟气-水管壳式换热器，柴油机6的排烟口与第一换热器11的进烟口相连，第一换热器11的出烟口与烟气喷淋塔4的进气口相连，第一换热器11的高温水出口与调温水库1的高温层相连，第二换热器16流出的温水对高温烟气进行换热后形成高温水流入调温水库1的高温层中存储。
本实施例的第三换热器10为水-水板式换热器，排热用冷却塔2的进水口与第三换热器10的冷却水出口相连，排热用冷却塔2的冷水出水口与第三换热器10的冷却水入口相连，第三换热器10的高温水入口与调温水库1的高温层相连，第三换热器10的低温水出口与调温水库1的低温层相连，室外新风经排热用冷却塔2的进风口进入并从排热用冷却塔2的出风口排出至工程外。
优选的，排热用冷却塔2与第二补水管道相连，第二补水管道与调温水库1的高温层相连，排热用冷却塔2内设置有第二浮球阀12，第二浮球阀12跟随排热用冷却塔2内水的液面上下浮动，从而控制第二补水管道的打开与关闭，以实现排热用冷却塔2内水位降低时，调温水库1可为排热用冷却塔2进行补水。
值得注意的是，本实施例的第二换热器16冷却水的入口与调温水库1的低温层之间通过第二换热器16进水管相连；第三换热器10的高温水入口与调温水库1的高温层之间通过第三换热器10进水管相连；柴油机用冷却塔3的冷水出水口与柴油机6的冷却水进水口之间通过柴油机用冷却塔3出水管相连；排热用冷却塔2的冷水出水口与第三换热器10的冷却水入口之间通过排热用冷却塔2出水管相连；第二换热器16进水管、第三换热器10进水管、柴油机用冷却塔3出水管以及排热用冷却塔2出水管上均设置有与PLC控制柜电连接的水泵7、阀门8以及传感器9，传感器9为压力(温度)传感器。水泵7为所在管道内的水提供动力，阀门8可控制所在管道的打开和关闭以及所在管道内水的流量的大小，传感器9可检测所在管道内的水的压力和温度。
本实施例的柴油机用冷却塔3和排热用冷却塔2均为下鼓风离心式冷却塔，其工作原理是依靠冷却塔下部的风机，将冷却塔外的冷空气经管道送入塔内。高温水流入管式布水系统，并且均匀地分布到各个雾化器中，喷出高速旋转热水并向上雾化，与进塔的冷空气共同向上升并进行热交换。水雾上升到一定高度后形成雾滴自然下落，与正在上升的冷空气相遇，进行二次热交换。散热降温后的低温水最终储存在冷却塔的底部，然后经冷却塔的出水口流出。下鼓风离心式冷却塔为现有设备，其具体结构在此不做赘述。
本发明结构设计巧妙，将柴油机排热过程(也即水库蓄热过程)和制冷过程(调温水库排热过程)利用调温水库作为中间蓄存环节实现了相对独立，可选择室外有利气象条件运行排热用冷却塔，从而保证系统排风与室外温差较小，进而可以根据室外工况，灵活选择水库排热的时段，满足系统内各装置排风温度与室外温差的要求。每个冷却塔的排风参数均可以任意调节，通过改变水流量可以控制喷淋温度，从而控制排风状态，实现了冷却塔及系统的控温功能。采用冷却塔这种潜热蒸发的模式提供冷却水，冷却水消耗量比常规内部水直接喷淋样式降低98％-99％。另外PLC控制器根据泵组自带的压力(温度)传感器，可实时感知因柴油机运行功率或冷却塔进风温度的变化所带来的冷却水温波动，并通过改变冷却水系统的水量及水温，使各冷却塔的排风与室外气温的温差满足设计要求。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种地下工程柴油机烟气排放控制系统，其特征在于，包括柴油机和调温水库，柴油机与柴油机用冷却塔相连，柴油机用冷却塔为柴油机提供冷却水；柴油机的烟气出口与第一换热器相连，第一换热器与烟气喷淋塔相连，第一换热器可对烟气进行初步降温，烟气喷淋塔对烟气进行二次降温并消烟然后排出工程外；调温水库为分层结构，层与层之间相互连通，远离设备的一侧为高温层、靠近设备的一侧为低温层，高温层与低温层之间为斜温层，斜温层为多层，低温层内容置有冷水，高温层内容置有热水，两层水温在调温水库中间的斜温层逐步实现动态温度平衡；第一换热器与第二换热器相连，第二换热器与调温水库的低温层相连，第二换热器为烟气喷淋塔提供冷却水保障；调温水库与第三换热器相连，第三换热器与排热用冷却塔相连，排热用冷却塔通过第三换热器将调温水库高温层内的热水降温制成冷水存储至调温水库低温层内。
2.如权利要求1所述的地下工程柴油机烟气排放控制系统，其特征在于，柴油机用冷却塔的进水口与柴油机冷却水的出水口相连，柴油机用冷却塔的冷水出水口与柴油机的冷却水进水口相连以实现柴油机的冷却水的换热循环；工程内部排风经柴油机用冷却塔的进风口进入并从柴油机用冷却塔的出风口排出。
3.如权利要求2所述的地下工程柴油机烟气排放控制系统，其特征在于，第二换热器为水-水板式换热器，第二换热器的冷却水入口与调温水库的低温层相连，第二换热器的冷却水出口与第一换热器的冷却水入口相连；烟气喷淋塔的入水口与第二换热器的低温水出口相连，烟气喷淋塔的出水口与第二换热器的高温水入口相连。
4.如权利要求3所述的地下工程柴油机烟气排放控制系统，其特征在于，第一换热器为烟气-水管壳式换热器，第一换热器的高温水出口与调温水库的高温层相连，柴油机的排烟口与第一换热器的进烟口相连，第一换热器的出烟口与烟气喷淋塔的进气口相连。
5.如权利要求4所述的地下工程柴油机烟气排放控制系统，其特征在于，第三换热器为水-水板式换热器，排热用冷却塔的进水口与第三换热器的冷却水出口相连，排热用冷却塔的冷水出水口与第三换热器的冷却水入口相连，第三换热器的高温水入口与调温水库的高温层相连，第三换热器的低温水出口与调温水库的低温层相连，室外新风经排热用冷却塔的进风口进入并从排热用冷却塔的出风口排至工程外。
6.如权利要求5所述的地下工程柴油机烟气排放控制系统，其特征在于，柴油机用冷却塔和排热用冷却塔分别与第一补水管道和第二补水管道相连，第一补水管道与调温水库的低温层相连，第二补水管道与调温水库的高温层相连，柴油机用冷却塔和排热用冷却塔内分别设置有浮球阀，浮球阀跟随柴油机用冷却塔和排热用冷却塔内水的液面上下浮动，从而控制第一补水管道和第二补水管道的打开与关闭，以实现柴油机用冷却塔和排热用冷却塔内水位降低时，调温水库可为柴油机用冷却塔和排热用冷却塔进行补水。
7.如权利要求5所述的地下工程柴油机烟气排放控制系统，其特征在于，还包括PLC控制柜，第二换热器冷却水的入口与调温水库的低温层之间通过第二换热器进水管相连；第三换热器的高温水入口与调温水库的高温层之间通过第三换热器进水管相连；柴油机用冷却塔的冷水出水口与柴油机的冷却水进水口之间通过柴油机用冷却塔出水管相连；排热用冷却塔的冷水出水口与第三换热器的冷却水入口之间通过排热用冷却塔出水管相连；第二换热器进水管、第三换热器进水管、柴油机用冷却塔出水管以及排热用冷却塔出水管上均设置有与PLC控制柜电连接的水泵、阀门以及传感器。
8.如权利要求3所述的地下工程柴油机烟气排放控制系统，其特征在于，烟气喷淋塔通过喷淋塔出水管道与第二换热器的高温水入口相连，第二换热器的低温水出口通过喷淋塔进水管道与烟气喷淋塔相连；喷淋塔出水管道与加药管道相连，加药管道与加药装置相连，加药装置可将药物加入至喷淋塔出水管道内与高温水进行混合，经第二换热器降温后经喷淋塔进水管道喷射至喷淋塔内。
9.如权利要求8所述的地下工程柴油机烟气排放控制系统，其特征在于，喷淋塔进水管道和加药管道上分别设置有水泵和阀门，喷淋塔进水管道还设置有传感器，喷淋塔出水管道上设置有PH计，各个水泵、阀门、传感器以及PH计与PLC控制柜电连接。
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