CN1601198A - 天然气（油、气等）热机机组、机车及灶具伴行炉余热利用技术 - Google Patents

Abstract

一种天然气(油、气等)热机机组、机车及灶具伴行炉余热利用技术，是将热机或设备的余热气、水经过引烟系聚拢入炉，炉内设来热管、拢热胆箱(中继胆箱)、拢烟胆箱，由管束(或无管束)受热(或水体)的单、复炉的“箱—管—箱”系外的锅壳内自由流动或泵压相对流动的准静态层递交换得到热能再利用而生产蒸汽或热水的技术，是我国常规能源纵深利用和成倍节约的无燃烧炉膛的特种设备式的热机伴行炉设备，必将产生全国城乡生活用热乃至生产用热的大量节能的深远影响。

Description

天然气(油、气等)热机机组、机车及灶具伴行炉余热利用技术

本发明涉及一种天然气(油、气等)热机机组、机车及灶具伴行炉余热利用技术，尤其是设有热机尾气引烟系、拢热胆箱、管束、中继胆箱、拢烟胆箱或爆气换热、曝孔而无管束气水直接换热的立、卧圆(方)造型的生产低压蒸汽或常压热(茶)水的热机、灶具伴行炉。

目前，我国乃至全球还没有热机或灶具上的伴行炉，造成了极大地能源利用上的浪费：一台顶级水平的汽油或柴油、天然气发动机也只不过是35％以下的热效率，相应地由于所排烟气的低能量密度而无法利用，要有60～70％以上的热给白白地跑掉，散耗在大气里；一台液化气灶或油灶、煤灶，灶内火焰炽热，灶口上却只有一个平、弧面的锅底受热，其效率也不过25～30％左右，也有60～70％左右的热量无法利用；我国最近几年大力发展了天然气西气东输工程，宁波海底气田，南海海底气田(海上澳大利亚船泊进口液化天然气将每年保持在280万吨等)，普及天然气灶、天然气热机发电也将是一个时代的新面貌。可是，天然气能源用在热机和灶具上的利用率也只能是按35％粗计，要有大半热能被白白耗散到大气里去，另外尤其值得注意的是天然气的成分主要是CH₄(由氢125.6MJ/kg，碳33.7MJ/kg发热特性组比)虽然氢与碳重量比大约1∶3，但整个天然气的发热贡献的氢、碳物质比为3.7∶1，即氢远大于碳，我们可以说是氢气主热了我们的灶具和热机，而氢的燃烧产物只是水蒸气，大约每kg天然气燃烧后按有2.1～2.2kg的蒸汽，汽只能被弃之无用(约等于1100Kcal的热量被潜热蒸发带去了)若按天然气低位发热值8400Kcal/Nm³左右估计，大约14％左右被潜热废气带走了……我们一方面在灶具和热机发电上弃掉60％～70％的能源利用中的低能量密度部分的热，可另一方面又在生活上大量加耗能量取用生活能源，如果世界上有几个油田、气田、煤田供应灶具和热机燃用的话，那么就相当于必然要浪费掉本来就是可以利用的正在同时燃烧的两至三个油、气(煤)田……

本发明的目的是：通过本发明的多方面实施使中国乃至全球的灶具都有一台相配套的伴行炉，每一台热机(不论固定或移动装置)也都有一台相应配套的伴行炉，特别是天然气供应地区，均采用先行热机发电(大、小造型以适应家庭和单位)而后由本发明的伴行炉把低能量密度的部分以气、水余热介质之下充分利用下来以使这些个地区的天然气热利用率提高1～2倍以上，相当于把对应气田的开发年龄延长一倍或世上的这些个油气田倍增而实现人类化石能源的合理节约与利用的根本目的。

本发明的目的是这样实现的：在圆(方)柱形锅壳之上(侧或下边、顶)开引烟来热管(管外延法兰接引烟系)，管过水壁侧或端向通入拢热胆箱，箱递次下(或上、左、右)通烟设对流管束，管束或螺旋置或直通，或管体螺纹加工并通入下(或上、左、右位向的)拢烟胆箱，箱递下(或上、左、右向)炉外设顺逆向正、负压引烟烟颈，颈出锅壳入引风烟囱或者是每炉置开放管束端口的两箱与锅壳串并封各自法兰而炉炉串接各炉锅壳并端合，各箱首尾接力相通的烟(或热源废弃水体)从左端首炉拢热胆箱入经“管束—拢烟胆箱”接次炉“箱—管—箱”连炉串并接至尾箱通向引风机(或泵压去水)，而尾端锅壳则于尾壳侧外通入泵来水且各炉尾首壳侧设联通管直至首炉之端的锅壳侧外引来冷却吸热水体的来水管。常规的现行锅炉设有来热管侧外引引烟系通入对流换热炉膛内的横(竖)管束之下(前)的改制方案；在家用灶具或小微型热机上配套常压热水炉或者直捷简化为仅以引烟炉的爆气换气热管，管过炉壳底部经群布的爆气孔探入锅壳水空间与上角顶设的烟颈相通的热水箱伴行炉结构；烟颈引烟系及两箱系最低处设排溢水系管、槽，而常、低压伴行炉统设常规锅炉规范的出力、供水、安全系统的管、阀、网等。这样，当热机或灶具排出正常残热气流(或残热水流)热源系工作正常，则引烟系经减振拢火对接的来热管只能通来余热烟气(或余热水流)，气过拢热胆箱，箱分通若干管束，再过拢烟(中继)胆箱，箱通烟颈而去(烟气因冷却系吸热低干露点所凝之水只能经排、溢水系管排出)实现了锅壳内吸热水体的热功运行，或汽、或水、或茶、或浴而将热机和灶具的燃烧后的热能利用提高了1～2倍。如此以来，当热效率为35％的汽油发动机得到适型伴行炉的配套，则可以从热能利用绝对值角度提高了1.5倍以上。当热效率为20％的小型天然气发电机组得伴行炉配套(按爆气体行炉估计)不仅可以将燃烧热能利用率提高到极限，还能够对每燃1kg天然气要产生2.1～2.2kg的潜热蒸汽给全部热量凝水全回收。我国西气东输工程海上液化天然气进口都给所供地区的千家万户的生活能源的全天候天然气化供应提供可能。一个居民家庭如果每天燃用0.5～0.6立方米的天然气三餐用热外，经伴行炉拢热后可以额外获得50kg左右40℃～50℃的生活热水或者开水20kg；一台内燃机车(火车头)的伴行炉可以满足全列车全部旅客的茶、浴、暖用热(水)；一台仅100KW的天然气发电机组得到伴行炉配套后，不仅可以供50户居民电热三餐，还能够在一个小时内由伴行炉生产(按0.35kg天然气产一度电计)300000大卡左右的生活热水或者20万大卡的饱和蒸汽以及相当于59000大卡的废气潜热能。照此计算，我国居民燃气灶事的天然气利用率提高1.5倍至3.0倍；在冬季采暖季节里各地可采用天然气中、小型发电机组“热电联产”，若可普及，那么，发电后伴行炉用热与直接燃气用热的现行生活炉采热的生活质量没有什么大的差别，换句话说燃气锅炉用热出力的715万大卡，却远不及发电1000KWh之后经伴行炉配套后拢热热出力的615万大卡(要知道每0.35kg天然气降低了0.2～0.5元的经济性价值)来得经济。

由于采用了上述方案，本发明实现了全球热机和灶具所耗能源，特别是天然气的热效率提高1～2倍的目的。

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。

图1，是发明第一个实施例微型圆柱锅壳伴行炉中剖图示；图2，是图1的上视图。

图3，是本发明第二个实施例的固定热机大型卧式伴行炉(或串并单炉)的中剖(示意)图。

图4，是本发明第三个实施例的爆气管水火换热无管束负压热水箱伴行炉中剖(示意)图。

图5，是本发明第四个实施例的常规常、低压锅炉改性伴行炉局剖结构(示意)图。

图6，是本发明第五个实施例的多炉串体的固定、转移热机(如列车)或大型工业设备余热利用的直、弯、盘串并列组合连接的水气或水水、气气换热组合伴行炉中剖示意图。

图7，是本发明第六个实施例的小型天然气发电机组(如开普数码发电机组)组合家用生活伴行炉的剖视结构图示。

图中1、引烟(水)对接管或法兰管头栓接来热(烟、水)管(简来热管)；2、椭、圆、方各形拢热(烟)胆(整、半盒式或端接法兰组合)箱(简拢热胆箱)；3、直、弯螺旋对流火(水)行粗、细管管束(简管束)；4、拢烟(热、水)胆(整、半盒式或端接法兰组合)箱(简拢烟胆箱)；5、正、负压顺逆行烟(热、水)烟颈管(筒烟颈)；6、罐、筒式单、复(圆、方、方缺)炉锅壳(简锅壳)；7、汽、水出力、安全、供水管座口(简汽、水管口)；8、供水管口；9、上、下、左、右全保温通引烟来热(水)、聚烟(水)系(简引烟系)；10、清灰口门；11、水位计；12、排渣阀；13、人孔；14、引(真空泵)风机(烟囱)；15、底座；16、排、溢水系；17、引烟爆气水火无管束直接换热群孔管(简爆气换热管)；18、爆气孔；19、取(供)水(浴)咀阀；20、锅炉烟颈；21、汽水出力管口；22、锅炉锅壳；23、锅炉胆壁；24、锅炉横水管；25、锅炉添加横水管；26、串炉单炉端口法兰(简端法兰)；27、气、水联通管；28、水源泵；29、串接式单炉锅壳(简串炉锅壳)；30、串接锅壳直、弯串并联通布置来(去)水管(简来水管)；31、绝热封闭各单炉(内)保温层(简保温层)；32、返向行烟管束；33、法兰管板(或称凹面封头管板)；34、通烟(水)弯头锅壳(简弯头锅壳)；35、对流换热炉膛；36、燃气发电机组；37、排气管(防振)法兰；38、中继胆箱。

在图1中，是竖向立置椭圆段对称封头锅壳6内的拢热胆箱2与拢烟胆箱4由管束3连通，箱2下过壳6通外设烟颈5和左右清灰口门10，箱4左过壳6通外设来热管1，颈5且通引烟系9的主体结构。

在图2中，是图1的上视图形图，上设汽、水管口7，左侧引来热管1，管1接引烟系9。

在图3中，是卧置式端对称椭圆封头的锅壳6内偏下位设由左拢热胆箱2左起向经管束3螺旋延并通右拢烟胆箱4，箱2左侧过壳6外下通来热管1，管1延至右端接通引烟系9，箱4右过壳6外下通烟颈5，颈5延接引烟系9，系9装引风机14的主件结构。

在图4中，是长方形水箱式锅壳6内，左下角外向通入引烟系9连法兰接通壳6之底置入的爆气换热管17，管17的下半部密布爆气孔18，壳6右上角设通向上的烟颈5，颈5延接引风机14而壳6内充水经供水阀19的自来水管而附设水管口7供浴、暖的管网系统。

在图5中，是常规锅炉一侧的锅壳22，外通入来热管1到加添了锅炉添加横水管25的锅炉胆壁23之内的对流换热炉膛35的伴行合并炉。

在图6中，是每炉置开放管束3端口的拢热来热管1并法兰直接法兰管板33与炉锅壳连体，板33通管束3横向右接凹面封头管板33递至下炉炉壳29，继过对应炉管束3而一个个单炉接通下去(或向下、上由弯锅壳34并联各单炉)，而由法兰管板33与凹面封头管板33合并(或弯头锅壳34)连通整炉左端来热管1到各单炉管束3至最末(右)端外的引烟系9，由最末个炉之壳29端侧设水源泵28入通经由各单炉连接段壳29内“箱—管—箱”之外的气、水联通管27直至最右端单炉之首侧外的来水管30，且系统内外(包装之内)全保温。

在图7中，方形炉壳6右下侧缺掖下置有燃气发电机组36，组36左后设定排气管法兰37，法兰37接壳6体缺掖下右侧来热管1，通拢热胆箱2，弯置首束管束2，中继胆箱38，在经箱38返向行烟管束32，束32弯下通入拢烟胆箱4，箱4侧向左外侧通去烟颈5。

Claims (8)

1、一种天然(油、气等)热机机组、机车及灶具伴行炉余热利用技术，设有常规常、抵压锅炉的出力、供水、安全系统的汽、水管口(7)、引烟系(9)和引风机(14)，其特征是：采用引烟系(9)相通常规热机、灶具的烟囱出口之热源，在圆(方)锅壳(6)内立、卧设有经来热管(1)外通的椭、圆、方拢热胆箱(2)、中继胆箱(38)与拢烟胆箱(4)通由管束(3)或无管束的水空间接烟颈(5)，颈(5)通来热管(1)延至常压热水箱伴行炉底部爆气换热管(17)的腹下群布的曝气孔(18)的接自外部引烟系(9)的烟气流，或者在常规常、低压锅炉锅壳(22)到胆壁(23)设置来热管(1)通引烟系(9)至对流换热炉膛(32)，或者每置开放管束(3)端口的法兰管板(33)之拢热胆箱(2)和端管束(3)的法兰封头(33)之口拢烟胆箱(4)的单炉两端串炉法兰(26)串接锅壳(29)各箱(2、4)合箱接力管束(3)首尾相通推去引烟系(9)而箱(2、4)与管束(2)通道外的每单炉串锅炉壳(29)内则另外闭合相对首尾每经水气连通管(27)连接各单炉串并接通至尾炉壳(29)侧入供水水泵(28)反向递至首炉壳(29)端侧外的来水管(30)的各种热机及灶具的余热回收气水、水水、气气对流换热的伴行炉。

2、根据权利要求1所述的伴行炉余热利用技术，其特征是：在方、圆、立、卧式常、低压炉锅壳(6)内仅设有间通管束(3)的拢热胆箱(2)，拢烟胆箱(4)，箱(2、4)全对称、不对称或箱(2)与管束(3)筒化为曝气换热管(17)与置有水位限度的水空间联通来热管(1)向烟颈(5)的无燃烧炉膛的对流换热伴行炉。

3、根据权利要求1所述的伴行炉余热利用技术，其特点是：管束(3)的螺旋设排成束的防止积炭积灰的螺旋行烟伴行炉。

4、根据权利要求1所述的伴行炉余热利用技术，其特征是：采用筒式结构的仅由管束(3)联通拢热胆箱(2)、拢烟胆箱(4)的两箱(2、4)的上级炉的管板法兰(33)与本级炉的凹面封头法兰管板(33)合并的端口法兰(26)接向上(下)接力炉而来继向下(上)接力炉而去之气(水)并构成“箱-管-箱”系外锅壳(6)内相对水(气)流动(经气、水联通管27和弯头锅壳34对应接连)的多级炉递接、直曲盘竖串并统设准绝热封闭各单炉内外全保温的多炉串并体气气、气水、水水准静态层递热交换余热利用的超效大、中型伴行炉工作原理与结构特征。

5、根据权利要求4所述的伴行炉余热利用技术，其特征是：各单炉一端仅设管板法兰(33)而对应端设凹面封头法兰管板(33)而彼此单炉栓合端口法兰(26)后接力或由弯头锅壳(34)串并联叠通管(27)连成气气、气水、水水准静态层递热交换余热利用而单炉之间准绝热封闭保温成总箱包装的伴行炉结构。

6、根据权利要求1所述的伴行炉余热利用技术，其特征是：方型锅壳(6)内底部设于水空间之中曝气换热管(17)，气空间上顶设通烟颈(5)，颈(5)接引烟系(9)的无管束气水直接混合换热的天然气灶具伴行炉的工作原理与结构。

7、根据权利要求1所述的伴行炉余热利用技术，其特征是：在锅壳(22)与胆壁(23)设通来热管(1)的常、低压锅炉改造的热机、灶具等伴行炉功能的余热利用原理和设备改造技术。

8、根据权利要求1所述的伴行炉余热利用技术，其特征是：与热机随型、随形、随机配套的“拢热胆箱(2)-管束(3)-中继胆箱(38)-拢烟胆箱(4)”的生活用热常压伴行炉掖下置入天然气发电机组的组合结构。

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