CN204097096U - 高压膜制氮设备内燃机排烟余热回收及增压空气加热系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高压膜制氮设备内燃机排烟余热回收及增压空气加热系统。所述膜制氮设备包括内燃机、空气压缩机、储气罐和膜组分离器，其特征在于：在内燃机的涡轮增压器出口设有余热回收装置，余热回收装置的烟气进口与内燃机的烟气出口连通，所述空气压缩机的出气管通过三通阀分成两条管路，其中一条管路与余热回收装置的冷空气进口连通，另一条管路通向连接在余热回收装置的热空气出口处的热气管，并与热气管一起通向储气罐内，储气罐的出口与膜组分离器的进口连通。本实用新型将所有的设备集成为一体，设备之间空间距离合理，结构紧凑，易操作维护，并可以充分利用内燃机的余热，既降低了经济成本，有增加了加热速度，保证了氮气的纯度。
Description
技术领域
本实用新型属于石油钻探施工用的膜制氮设备领域，具体是一种利用内燃机排烟余热来加热增压空气，加热后的增压空气进入膜制氮管中分离出氮气的集成式膜制氮设备。
背景技术
目前，市场上的膜制氮设备主要通过对压缩空气进行电辅加热，加热后的压缩空气进入膜制氮管中分离出氮气。在石油钻进领域中，电辅加热需要AC220V的交流电源，这样需要另外配备柴油发电机组。而且电辅加热的热效率比较低，加热速度慢，压缩空气无法加热至分离氮气的最佳温度，这样会影响压缩空气通过膜制氮管分离出氮气的纯度。
发明内容
本实用新型的目的是提供高压膜制氮设备内燃机排烟余热回收及增压空气加热系统，该设备充分利用了内燃气的排烟余热，大大提高了对热能的利用，提高分离氮气的纯度，达到节能减排，而且避免使用柴油发电机组和电辅加热带来的经济损失，降低经济成本的目的。
本实用新型提供的技术方案：所述高压膜制氮设备内燃机排烟余热回收及增压空气加热系统，包括内燃机、空气压缩机、储气罐和膜组分离器，其特征在于：在内燃机的涡轮增压器出口设有余热回收装置，余热回收装置的烟气进口与内燃机的烟气出口连通，所述空气压缩机的出气管通过三通阀分成两条管路，其中一条管路与余热回收装置的冷空气进口连通，另一条管路通向连接在余热回收装置的热空气出口处的热气管，并与热气管一起通向储气罐内，储气罐的出口与膜组分离器的进口连通。
本实用新型进一步的技术方案：所述内燃机、余热回收装置、空气压缩机、储气罐和膜组分离器撬装在同一底盘上。
本实用新型进一步的技术方案：所述余热回收装置采用集成余热回收装置的高效复合式排烟消声器，包括筒体和设置在筒体内的余热回收器、消音棉，在筒体的两端开设有烟气进口和烟气出口；所述余热回收器横向设置在筒体靠近进烟口的一端，所述冷空气进口和冷空气出口分别开设在筒体对应余热回收器两端的位置，且冷空气进、出口均与余热回收器的换热管连通所述消音棉铺垫在筒体的内表面，在消音棉的内侧安装有孔板，在孔板上安装有多个消音管。
所述膜组分离器是由多束半渗透中空纤维组成，中空纤维分离气体总过程包括溶解和扩散，混合气体在膜的高压侧表面，以不同的溶解度溶于膜内，然后在膜两侧压力差的推动下，混合气体的分子以不同的速度向膜的低压侧扩散，渗透速率较快的气体，比如水气、氧气透过膜后在膜透侧被富集，而渗透速率相对较慢的气体，如氮气、氩气、氙气则在滞留侧被富集，从而达到混合气体分离的目的。
本实用新型的有益效果：
1.本实用新型在内燃机的的涡轮增压器出口设有余热回收装置，可以将内燃机排烟余热回收到该装置内，空气压缩机通过三通分流阀分成两根管路，一条管路与余热回收装置连通，余热回收装置的出气口通过管道与空气压缩机的另一条管路回合后通向储气罐，利用内燃机排烟尾气的余热迅速将干冷空气加热，不需要另外配置柴油发电机组和电辅加热器，降低经济成本；
2.本实用新型通过三通阀对空气压缩机的出来的两条支路的分流情况进行控制，能够精确控制压缩空气加热后的最终温度，能够满足不同工况下的工作需求；
3.本实用新型的余热回收装置采用集成余热回收装置的高效复合式排烟消声器，将余热回收装置和消声器集成在一起，既可以进行余热回收，又能够将内燃机的排气噪音降低30db；
本实用新型将所有的设备集成为一体，设备之间空间距离合理，结构紧凑，易操作维护，并可以充分利用内燃机的余热，既降低了经济成本，有增加了加热速度，保证了氮气的纯度。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图，
图2是本实用新型的余热回收装置的横向剖视图；
图3是本实用新型的余热回收状的纵向剖视图。
图中：1—内燃机，2—余热回收装置，2-1—冷空气进口，2-2—热空气出口，2-3—筒体，2-4—余热回收器，2-5—消音棉，2-6—烟气进口，2-7—烟气出口，2-7—孔板，2-9—消音管，2-10—安装架，3—三通阀，4—空气压缩机，5—储气罐，6—膜组分离器，7—热气管，8—底盘。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。如图1所示，所述一种利用内燃机排烟余热来加热增压空气的撬装式膜制氮设备，包括内燃机1、空气压缩机4、储气罐5和膜组分离器6，其特征在于：所述内燃机1、余热回收装置2、空气压缩机4、储气罐5和膜组分离器6撬装在同一底盘8上，底盘8可以是工字钢或三角钢也可以直接为钢板；在内燃机1的涡轮增压器出口设有余热回收装置2，并通过金属波纹补偿器连接，达到减振的效果。
如图2、图3所示，所述余热回收装置2采用集成余热回收装置的高效复合式排烟消声器，包括筒体2-3和设置在筒体2-3内的余热回收器2-4、消音棉2-5，在筒体2-3的两端开设有烟气进口2-6和烟气出口2-7，余热回收装置2的烟气进口与内燃机1的烟气出口连通，烟气出口2-7直接通向外界或是一些烟气净化装置；所述余热回收器2-4横向设置在筒体2-3靠近进烟口的一端，在筒体2-3对应余热回收器2-4的两端的位置分别设有与余热回收器的换热管连通的冷空气进口2-1和冷空气出口2-2，可以使空气压缩机4出来的干冷空气部分进入余热回收器的换热管内，吸收烟气的余热进行冷热交换，对干冷空气进行加热；所述消音棉2-5铺垫在筒体2-3的内表面，在消音棉2-5的内侧安装有孔板2-8，在孔板2-8上安装有多个消音管2-9，可以消除排烟噪音。在余热回收装置的筒体2-3上方设有安装架2-10，为了安装牢固可以设置两个，并对称设置，并通过安装架安装到内燃机1的涡轮增压器出口。
如图1所示，所述空气压缩机4的出气管通过三通阀3分成两条管路，其中一条管路与余热回收器2-4的冷空气进口2-1连通，另一条管路通向连接在余热回收装置2的热空气出口2-1处的热气管7，并与热气管7一起通向储气罐5内，储气罐5的出口与膜组分离器6的进口连通，经过余热的空气便可以直接输送到膜组分离器6内进行氮气的制备。
本实用新型的工作过程：内燃机1工作时排除的烟气通向余热回收装置的筒体内，将烟气的余热回收到筒体2-3内，从空气压缩机4出来的干冷压缩空气经过三通分流阀4分为a、b两部分，a部分干冷压缩空气进入余热回收装置的换热管内，然后与排入筒体2-3内的内燃机1的排烟尾气进行热交换后，再与b部分干冷空气混合，最后两组空气进入储气罐5充分混合后，进入制氮膜管6分离出氮气。整个过程中通过调节三通分流阀4的开度来控制a、b两部分压缩空气的流量比例，最终达到控制储气罐5内的空气温度。在管路中间根据需要增加了若干控制气体通断的阀门、仪表，包括三通分流阀4，三通分流阀、仪表和PLC电控端构成自动控制系统，共同控制储气罐5内压缩空气的温度。
Claims (4)
1.一种高压膜制氮设备内燃机排烟余热回收及增压空气加热系统，包括内燃机(1)、空气压缩机(4)、储气罐(5)和膜组分离器(6)，其特征在于：在内燃机(1)的涡轮增压器出口设有余热回收装置(2)，余热回收装置(2)的烟气进口与内燃机(1)的烟气出口连通，所述空气压缩机(4)的出气管通过三通阀(3)分成两条管路，其中一条管路与余热回收装置(2)的冷空气进口(2-1)连通，另一条管路通向连接在余热回收装置(2)的热空气出口(2-1)处的热气管(7)，并与热气管(7)一起通向储气罐(5)内，储气罐(5)的出口与膜组分离器(6)的进口连通。
2.根据权利要求1所述的高压膜制氮设备内燃机排烟余热回收及增压空气加热系统，其特征在于：所述内燃机(1)、余热回收装置(2)、空气压缩机(4)、储气罐(5)和膜组分离器(6)撬装在同一底盘(8)上。
3.根据权利要求1或2所述的高压膜制氮设备内燃机排烟余热回收及增压空气加热系统，其特征在于：所述余热回收装置(2)采用集成余热回收装置的高效复合式排烟消声器，包括筒体(2-3)和设置在筒体(2-3)内的余热回收器(2-4)、消音棉(2-5)，在筒体(2-3)的两端开设有烟气进口(2-6)和烟气出口(2-7)；所述余热回收器(2-4)横向设置在筒体(2-3)靠近进烟口的一端，所述冷空气进口(2-1)和冷空气出口(2-)分别开设在筒体(2-3)对应余热回收器两端的位置，且冷空气进、出口均与余热回收器(2-4)的换热管连通；所述消音棉(2-5)铺垫在筒体(2-3)的内表面，在消音棉(2-5)的内侧安装有孔板(2-8)，在孔板(2-8)上安装有多个消音管(2-9)。
4.根据权利要求1或2所述的高压膜制氮设备内燃机排烟余热回收及增压空气加热系统，其特征在于：所膜组分离器(6)是由多束半渗透中空纤维组成。
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