CN113739125A - 一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海洋钻井平台内燃机节能技术领域，尤其涉及一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，包括柴油机，用汽设备、蓄热换热器、缸套水预热换热器、水箱、水泵，柴油机废气管接蓄热换热器组成烟气余热回收管路，缸套水预热换热器接柴油机缸套水组成缸套水预热换热回路，水箱、缸套水预热换热器、蓄热换热器、用汽设备组成循环水回路；本发明通过缸套水对循环水进行预热后再输送到蓄热换热器，通过回收烟气余热进一步提高循环水的温度，使循环水形成湿蒸汽，提供给用汽设备使用；实现对大型柴油机余热的高效率回收，进一步提高柴油机节能性能。

Description

一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统
技术领域
本发明涉及海洋钻井平台内燃机节能技术领域，尤其涉及一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统。
背景技术
海洋石油平台动力系统设备分散、功率不一且工况多变，余热回收难度较大，国内对海洋石油平台余热资源综合利用系统的研究少且需求迫切。
蓄热式换热器在很多工业过程中都有所应用。但是由于目前的蓄热材料的问题使得蓄热式换热器存在一些问题，主要表现在：换热能力较差；相变蓄热材料化学稳定性较差；蓄热材料对换热器管道腐蚀比较严重；
发明内容
本发明的目的是提供一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，充分利用了大型柴油机大量高温排气的余热资源，提高了能量的利用率，柴油机的高温排气通过该换热器后排到环境中的温度可以降低到120℃，有利于环保和节能，成本较低，可为企业带来可观的经济效益和社会效益。
本发明的目的是通过下述的技术方案实现的：
一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，包括柴油机，用汽设备，所述柴油机设有废气管，所述用汽设备设有供汽管、回水管，还包括蓄热换热器、水箱、水泵，所述蓄热换热器设有烟气进、出口和第一循环水进、出口，所述水箱设有供、回水口；所述废气管与烟气进口连接；所述供水口与水泵连接，水泵与第一循环水进口连接，第一循环水出口与供汽管连接，回水管与回水口连接；所述水泵装设于供水口处。
进一步的，所述烟气出口连接引风机，还包括凝汽器，所述凝汽器设有凝汽进、出口，所述凝汽进口与回水管连接，凝汽出口与回水口连接，还包括汽水分离器、阀门A，所述汽水分离器设有进汽口、供汽口、排水口；所述进汽口与第一循环水出口连接，供汽口与供汽管连接；阀门A一端与进汽口连接，另一端与凝汽进口连接，还包括截止阀，所述截止阀与第一循环水出口串联，位于凝汽器和阀门A的上游，使流体只能自第一循环水出口流向凝汽器和阀门 A，所述第一循环水和截止阀之间连接有压力表、温度计、流量计。
更进一步的，所述柴油机设有第一缸套水进出口，还包括缸套水预热换热器，缸套水预热换热器设有第二缸套水进出口、第二循环水进出口；所述第一缸套水进出口分别与第二缸套水进出口连接，所述第二循环水进口与供水口连接，第二循环水出口与第一循环水进口连接。
更进一步的，所述第二循环水出口和第一循环水进口之间串联有流量计，所述蓄热换热器的换热管是封装有蓄热材料的螺旋换热管，所述柴油机废气管和烟气进口之间连接有消音器。
更进一步的，一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收方法，首先高温烟气流经蓄热换热器，蓄热换热器吸收和储存高温烟气带来的热能，然后循环水流经缸套水预热换热器，通过缸套水预热换热器将缸套水的热能交换给循环水，对循环水进行预热，最后预热后的循环水输送到蓄热换热器，吸收蓄热换热器中储存的热能后进一步提高温度，生成湿蒸汽，再将湿蒸汽输送到用汽设备，经用汽设备循环后的循环水再通过回水管回流至水箱内，完成柴油机余热回收
本发明的有益效果是：1.稳定性好，该蓄热式换热器实现了集蓄热与非蓄热式换热方式于一体的目标，使得换热器可以在柴油机负荷较小、热源不足的情况下仍可持续工作。2.整个余热回收系统所占空间小，将蓄热式换热器应用于海洋钻井平台节约了占地面积，满足海洋钻井平台的现场空间有限制的要求，有利于现场实施。3.实现了能量的梯级利用，自来水首先在缸套水预热换热器中与缸套冷却水进行换热，被加热的自来水在蓄热式换热器中与柴油机高温烟气进行换热，从而实现了能量的梯级利用，有利于提高能量利用效率。4.整个余热回收系统换热效果高效、节能可靠、成本低。
附图说明
图1为本发明的海洋钻井平台余热利用系统与烟气余热回收系统流程图；
图2为本发明的蓄热式换热器整体示意图。
图中：1阀门，2阀门A，3压力表，4缸套水预热换热器，5截止阀，6蓄热换热器，7引风机，8凝汽器，9水泵，10温度计，11汽水分离器，12水箱，13 减压阀，14流量计，15消音器，16柴油机，17废气管，18用汽设备，181供汽管，182回水管，121供水口，122回水口，61第一循环水进口，62第一循环水出口，63烟气进口，64烟气出口，161第一缸套水进口，162第一缸套水出口，41第二缸套水进口，42第二缸套水出口，43第二循环水进口，44第二循环水出口，111进汽口，112供汽口，113排水口，81凝汽进口，82凝汽出口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详述：
实施例一，如图1所示，一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，包括柴油机16、蓄热换热器6、引风机7、水箱12、缸套水预热换热器4、消音器15、压力表3、温度计10、流量计14、水泵9、阀门A2、截止阀 5以及管路中其他用于控制管路通断的阀门1，其中，蓄热换热器6可设置为多台串联，以提高余热回收效率，图中为两台；温度计10为万象型双金属温度计；流量计14为涡轮流量计；压力表3位船用压力计；阀门1为配有金属硬密封的蝶阀。
柴油机16上设有废气管17、第一缸套水进出口161和162；废气管17上装设消音器15，用汽设备18上设有供汽管181、回水管182，蓄热换热器上设有烟气进出口63和64、第一循环水进出口61和62，缸套水预热换热器上设有第二缸套水进出口41和42、第二循环水进出口43和44，水箱上设有供回水口 122和121。
蓄热换热器和缸套水预热换热器内部均设有两路换热管，其中，蓄热换热器中的一路换热管为烟气余热回收管，另一路为循环水管；缸套水预热换热器中的一路换热管为缸套水余热回收管，另一路也是循环水管；蓄热换热器中的烟气余热回收管中填充有相变蓄热材料，蓄热换热器中的循环水管为螺旋换热管，穿插于蓄热材料中，高温烟气经过蓄热材料，将热能储存到蓄热材料中，低温的循环水流经螺旋换热管时再将蓄热材料中的热能吸收，实现余热回收和蓄热。
废气管、消音器、蓄热换热器中的烟气余热回收管、引风机依次连通组成烟气余热回收管路，消音器和蓄热换热器之间还装设有配有金属硬密封蝶阀的三通装置，用于余热回收系统停用时排出废气使用。
水箱供水口、水泵、缸套水预热换热器中的循环水管、蓄热换热器中的循环水管、供汽管、用汽设备、回水管、水箱回水口依次连通组成循环水回路，水泵提供水循环的动力。
第一缸套水出口、缸套水余热回收管、第一缸套水进口依次连通组成缸套水循环回路。
蓄热换热器的第一循环水进出口处分别装设压力计、温度计，用于获取管路中流体的压力、温度等参数，及时监控系统工作状态；回水管和回水口之间的管路上串联凝汽器8和流量计，用于将管路中未完全冷凝的蒸汽冷凝后再输送到水箱同时计量管路中流体流量；第一循环水出口处装设截止阀5，截止阀5 位单向截止阀，使管内流体只能从蓄热换热器流向用汽设备；截止阀5和用汽设备之间连接汽水分离器11，汽水分离器供汽口接供汽管，排水口接回水管。
工作时，带有补水装置的水箱中的循环水，经过水箱的出水口球阀，由水泵9抽吸先经过进水口球阀1进入缸套水预热换热器4，在缸套水预热换热器4 中与来自柴油机的缸套水进行换热，柴油机缸套水先后分别经过缸套水出水口球阀1、预热换热器4和缸套水进水口球阀1回到柴油机水箱中进行循环。自来水与缸套水预热换热器进行预热加热之后流经预热换热器出水口球阀1、超声波流量计14、减压阀PI和蓄热换热器6进水口前的球阀1、万象型双金属温度计 10、船用压力计3后进入到带有相变蓄热材料的蓄热换热器6。同时柴油机的排气先后经过自带消音器15、配有金属硬密封蝶阀的三通装置、蓄热换热器烟气进口前的金属硬密封蝶阀和万象型双金属温度计进入蓄热换热器6对自来水进行加热。在蓄热式换热器6中自来水同时与蓄热材料和来自柴油机的高温烟气进行换热，柴油机高温烟气与自来水在蓄热换热器中换热完成之后，废气经过蓄热换热器配有万象型双金属温度计10和气体涡轮式流量计14的烟气出口由引风机排到外界环境中；自来水在蓄热换热器6中经过加热之后则变成了湿蒸汽，湿蒸汽从蓄热换热器出口流出后依次流经压力表3、万象型双金属温度计 10、减压阀13、截止阀5后进入一个三通阀。当使用蒸汽时，那么蒸汽就走球阀-汽水分离器11(蒸汽输出到用汽设备)-疏水阀-凝汽器8这段流程；不使用蒸汽时，那么蒸汽就直接走球阀-凝汽器8流程，不管蒸汽走哪条流程都最终流经凝汽器8，然后经过超声波流量计14和水箱回水口的球阀流回水箱完成循环。
实施例二：
一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，包括柴油机、蓄热换热器、截止阀、用汽设备、凝汽器、水箱。
所述柴油机设有废气管，所述用汽设备设有供汽管、回水管，还包括蓄热换热器、水箱、水泵，所述蓄热换热器设有烟气进、出口和第一循环水进、出口，所述水箱设有供、回水口；所述废气管与烟气进口连接；所述供水口与水泵连接，水泵与第一循环水进口连接，第一循环水出口与供汽管连接，回水管与回水口连接；所述水泵装设于供水口处。
所述烟气出口连接引风机，还包括凝汽器，所述凝汽器设有凝汽进、出口，所述凝汽进口与回水管连接，凝汽出口与回水口连接，所述截止阀与第一循环水出口串联，位于凝汽器和阀门A的上游，使流体只能自第一循环水出口流向凝汽器和阀门A，所述第一循环水和截止阀之间连接有压力表、温度计、流量计。
所述柴油机设有第一缸套水进出口，还包括缸套水预热换热器，缸套水预热换热器设有第二缸套水进出口、第二循环水进出口；所述第一缸套水进出口分别与第二缸套水进出口连接，所述第二循环水进口与供水口连接，第二循环水出口与第一循环水进口连接。
所述第二循环水出口和第一循环水进口之间串联有流量计，所述蓄热换热器的换热管是封装有蓄热材料的螺旋换热管，所述柴油机废气管和烟气进口之间连接有消音器。
实施例三：
一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收方法，首先高温烟气流经蓄热换热器，蓄热换热器吸收和储存高温烟气带来的热能，然后循环水流经缸套水预热换热器，通过缸套水预热换热器将缸套水的热能交换给循环水，对循环水进行预热，最后预热后的循环水输送到蓄热换热器，吸收蓄热换热器中储存的热能后进一步提高温度，生成湿蒸汽，再将湿蒸汽输送到用汽设备，经用汽设备循环后的循环水再通过回水管回流至水箱内，完成柴油机余热回收
本发明通过缸套水循环回路回收缸套水余热，对循环水进行一次预热，提高循环水温度，然后再输送到蓄热换热器，通过回收烟气余热，对循环水进行二次换热，进一步提高循环水温度，经过两次加热后，循环水变为湿蒸汽，从而提供用汽设备所需蒸汽，实现大型柴油机余热回收，回收效率高、将循环水加热为蒸汽后，能够提高其利用率和应用范围、实用性，实现了集蓄热与非蓄热式换热方式于一体的目标，使得换热器可以在热源不足的情况下仍可持续工作。采用本方案后的安全性好，稳定性强，且实现了能量的梯级利用，降低运行成本，提高热能利用效率；在蓄热换热器中经过加热之后产生的湿蒸汽可用于海生物灭活、舱室取暖、液仓保温等领域。

Claims (11)

1.一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，包括柴油机，用汽设备，所述柴油机设有废气管，所述用汽设备设有供汽管、回水管，其特征在于，还包括蓄热换热器、水箱、水泵，所述蓄热换热器设有烟气进、出口和第一循环水进、出口，所述水箱设有供、回水口；所述废气管与烟气进口连接；所述供水口与水泵连接，水泵与第一循环水进口连接，第一循环水出口与供汽管连接，回水管与回水口连接；所述水泵装设于供水口处。
2.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，其特征在于，所述烟气出口连接引风机。
3.根据权利要求1所述的一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，其特征在于，还包括凝汽器，所述凝汽器设有凝汽进、出口，所述凝汽进口与回水管连接，凝汽出口与回水口连接。
4.根据权利要求3所述的一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，其特征在于，还包括汽水分离器、阀门A，所述汽水分离器设有进汽口、供汽口、排水口；所述进汽口与第一循环水出口连接，供汽口与供汽管连接；阀门A一端与进汽口连接，另一端与凝汽进口连接。
5.根据权利要求4所述的一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，其特征在于，还包括截止阀，所述截止阀与第一循环水出口串联，位于凝汽器和阀门A的上游，使流体只能自第一循环水出口流向凝汽器和阀门A。
6.根据权利要求5所述的一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，其特征在于，所述第一循环水和截止阀之间连接有压力表、温度计。
7.根据权利要求1-5任一所述的一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，其特征在于，所述柴油机设有第一缸套水进出口，还包括缸套水预热换热器，缸套水预热换热器设有第二缸套水进出口、第二循环水进出口；所述第一缸套水进出口分别与第二缸套水进出口连接，所述第二循环水进口与供水口连接，第二循环水出口与第一循环水进口连接。
8.根据权利要求7所述的一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，其特征在于，所述第二循环水出口和第一循环水进口之间串联有流量计。
9.根据权利要求8所述的一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，其特征在于，所述蓄热换热器的换热管是封装有蓄热材料的螺旋换热管。
10.根据权利要求1-5或8、9任一所述的一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收系统，其特征在于，所述柴油机废气管和烟气进口之间连接有消音器。
11.一种具有蓄热功能的海洋钻井平台柴油机余热回收方法，其特征在于，首先高温烟气流经蓄热换热器，蓄热换热器吸收和储存高温烟气带来的热能，然后循环水流经缸套水预热换热器，通过缸套水预热换热器将缸套水的热能交换给循环水，对循环水进行预热，最后预热后的循环水输送到蓄热换热器，吸收蓄热换热器中储存的热能后进一步提高温度，生成湿蒸汽，再将湿蒸汽输送到用汽设备，经用汽设备循环后的循环水再通过回水管回流至水箱内，完成柴油机余热回收。
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