專利名稱：化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種動力與能源領(lǐng)域的燃?xì)廨啓C(jī)。
背景技術(shù)：
燃?xì)廨啓C(jī)是一種動力裝置，主要有壓氣機(jī)，燃燒室和渦輪組成。由于其單機(jī)功率大，比質(zhì)量小，機(jī)動性好，振動噪聲小，壽命長，運(yùn)行平穩(wěn)，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)得到了普遍地承認(rèn)，得到了廣泛地應(yīng)用。目前燃?xì)廨啓C(jī)研究的重點(diǎn)是提高循環(huán)熱效率和降低污染物排放量。燃?xì)廨啓C(jī)可分為簡單循環(huán)和復(fù)雜循環(huán)。簡單循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)，燃燒室和渦輪等主要部件組成，提高其循環(huán)效率主要手段是提高渦輪前溫度，壓氣機(jī)壓比和部件的效率。復(fù)雜循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)是在簡單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的基礎(chǔ)上添加一些其他部件，主要是收集燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱，加熱燃燒室入口前工質(zhì)，以此來提高循環(huán)效率。為降低污染物排放，簡單循環(huán)主要是改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu)，提高燃燒室效率，改進(jìn)燃燒室燃燒機(jī)理；復(fù)雜循環(huán)在簡單循環(huán)的基礎(chǔ)上可以利用其他部件改善燃料組成，燃燒室加入燃燒輔助物質(zhì)，減少燃燒時產(chǎn)生的污染物質(zhì)。當(dāng)前靠提高部件效率的方法提高簡單循環(huán)整體效率的方法提升效果已經(jīng)不甚明顯，復(fù)雜循環(huán)的研究越來越受到重視。當(dāng)前各種復(fù)雜循環(huán)的研究已經(jīng)展開，注蒸汽循環(huán)在電站已經(jīng)應(yīng)用，間冷回?zé)嵫h(huán)在英國艦船得到裝備，濕壓縮循環(huán)等技術(shù)也逐漸應(yīng)用。復(fù)雜循環(huán)大幅提升循環(huán)效率，降低污染物排放，如何保證循環(huán)裝置的緊湊性，協(xié)調(diào)燃?xì)廨啓C(jī)變工況時的性能，這是本技術(shù)領(lǐng)域目前面對的首要問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供提高循環(huán)熱銷率并減低污染物排放的化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，其特征是包括燃燒室、渦輪、壓氣機(jī)、裂解器、過熱器、飽和器、冷凝器、高壓閃蒸器、廢水池、排氣煙道，渦輪與壓氣機(jī)同軸，壓氣機(jī)連接燃燒室的進(jìn)氣端，渦輪連接燃燒室的排氣端，裂解器連接燃燒室和油路，裂解器、過熱器、飽和器、排氣煙道依次相連，飽和器還與冷凝器和高壓閃蒸器分別相連，高壓閃蒸器還與過熱器和廢水池分別相連。本發(fā)明還可以包括1、還包括輸出功帶動負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的動力渦輪，動力渦輪安裝在渦輪與裂解器之間。2、還包括低壓閃蒸器和蒸餾水箱，低壓閃蒸器安裝在高壓閃蒸器與廢水池之間，低壓閃蒸器和蒸餾水箱分別與冷凝器相連。本發(fā)明的優(yōu)勢在于本發(fā)明不但能大幅提高燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)熱效率，并且能改善燃燒狀況，降低污染物排放，還能提供淡水供應(yīng)，適用于船舶推進(jìn)和沿海電場建設(shè)。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1，本發(fā)明所要解決的技術(shù)目的是，將燃?xì)廨啓C(jī)渦輪出口煙氣的高溫余熱充分回收提高循環(huán)的熱效率；并利用煙氣余熱對燃?xì)廨啓C(jī)燃料進(jìn)行處理，降低污染物的排放。本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題在于保證余熱回收系統(tǒng)和燃料處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊。本發(fā)明另一個要解決的技術(shù)問題是保證余熱回收系統(tǒng)和燃料處理系統(tǒng)的加入不影響燃?xì)廨啓C(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證燃?xì)廨啓C(jī)變工況運(yùn)行性能。以上技術(shù)問題的解決方案是提供一種化學(xué)回?zé)嵫h(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)，它具有壓氣機(jī)，燃燒室和渦輪這些燃?xì)廨啓C(jī)的主要部件，一個利用渦輪出口高溫?zé)煔庥酂崽幚砣剂系牧呀馄骱鸵惶桌脽煔馐Ｓ嘤酂岙a(chǎn)生用于燃料處理所需的水蒸汽和副產(chǎn)品飲用水的水處理系統(tǒng)——水系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)主要是由壓氣機(jī)，燃燒室和渦輪組成，空氣經(jīng)由壓氣機(jī)提升壓力和溫度進(jìn)入燃燒室；燃燒室中高壓空氣和燃料燃燒得到高溫高壓的燃?xì)?；高溫高壓的燃?xì)膺M(jìn)入渦輪并推動渦輪做功，帶動壓氣機(jī)轉(zhuǎn)動并對外輸出軸功；剩余燃?xì)獗慌欧懦鱿到y(tǒng)，排除系統(tǒng)外的燃?xì)獗环Q為煙氣。高溫高壓的燃?xì)庾龊笫Ｓ酂煔馊匀痪哂泻芨叩臏囟?，一般煙氣溫度?00°C上下。為了充分利用這部分煙氣所剩余的熱量，通常采用回?zé)崞鲗⑦@部分熱量利用起來，減少燃料消耗?，F(xiàn)在的回?zé)嵫h(huán)多是利用煙氣加熱壓氣機(jī)出口高壓空氣，將熱量帶入燃燒室，稱之為簡單回?zé)嵫h(huán)；還有就是利用煙氣余熱產(chǎn)生水蒸汽注入燃燒室，減少燃料消耗并改善燃燒狀況。本發(fā)明采用化學(xué)反應(yīng)吸收熱量的方式來吸收煙氣的余熱，并利用化學(xué)反應(yīng)(本發(fā)明具體為燃油-水蒸汽裂解反應(yīng))來改善燃料成分，充分利用煙氣余熱，既提高了循環(huán)熱效率，也降低了污染物的排放量。本發(fā)明首先加入了一個裂解器，煙氣流動方向位于渦輪之后，燃料和水蒸汽在催化劑的作用下發(fā)生裂解反應(yīng)，吸收煙氣余熱，并改善燃料成分。所述的裂解器基于換熱器設(shè)計，換熱器主體的一端設(shè)置燃油和水蒸汽摻混器，另一端設(shè)置催化反應(yīng)裝置。摻混器設(shè)計為一種套管結(jié)構(gòu)，燃油由內(nèi)部管道引入，水蒸汽采用引射裝置進(jìn)入外部管道，在摻混段充分混合，充分混合的摻混氣易于裂解反應(yīng)的進(jìn)行。摻混氣進(jìn)入換熱部分的低溫側(cè)入口，換熱部分的高溫側(cè)通入渦輪出口煙氣。摻混氣被加熱后通入催化反應(yīng)裝置，催化反應(yīng)裝置填裝裂解反應(yīng)催化劑，設(shè)計為回轉(zhuǎn)流路，延長摻混氣的停留時間，利于裂解反應(yīng)充分進(jìn)行。本發(fā)明中，裂解反應(yīng)需要水蒸汽的參與，而且裂解器出口煙氣溫度在300°C以上。為了充分利用剩余煙氣余熱并生產(chǎn)裂解反應(yīng)所需的水蒸汽，本發(fā)明提出了一套水系統(tǒng)用來利用煙氣余熱生產(chǎn)水蒸汽并得到副產(chǎn)品飲用水。所述的水系統(tǒng)由高壓閃蒸器HPF，低壓閃蒸器LPF，飽和器ST，冷凝器⑶和過熱器SH組成，構(gòu)成煙氣流路，補(bǔ)給水加熱為高溫水蒸汽的流路和低溫水蒸汽冷凝為飲用水的流路；沿高溫?zé)煔饬鲃臃较蛞来卧O(shè)置過熱器SH，飽和器ST ；沿補(bǔ)給水加熱方向依次設(shè)置冷凝器CD，飽和器ST，高壓閃蒸器HPF和過熱器SH ；沿低壓水蒸汽冷凝方向依次設(shè)置低壓閃蒸器LPF和冷凝器⑶。所述的過熱器SH位于水系統(tǒng)煙氣流動方向的起點(diǎn)，位于裂解器之后，是煙氣流路和高壓水蒸汽的交匯點(diǎn)，將來自高壓閃蒸室HPF的水蒸汽加熱到過熱狀態(tài)。所述的飽和器ST是煙氣流動方向和補(bǔ)給水加熱方向的交匯點(diǎn)，煙氣流動方向位于過熱器SH之后，補(bǔ)給水加熱流動方向位于冷凝器CD之后，用來利用煙氣剩余熱量將補(bǔ)給水加熱至飽和狀態(tài)。所述的冷凝器CD是低壓水蒸汽冷凝方向和補(bǔ)給水加熱方向的交匯點(diǎn)，位于補(bǔ)給水方向的起點(diǎn)和低壓水蒸氣冷凝方向的末端，用來冷凝低壓水蒸氣為飲用水并預(yù)熱補(bǔ)給水。所述的高壓閃蒸器HPF將飽和水閃蒸成為高壓水蒸汽，飽和水來源于飽和器ST，并將得到的高壓水蒸汽通入過熱器SH。所述的低壓閃蒸器LPF將高壓閃蒸器LPF剩余的飽和水充分閃蒸得到低壓飽和水，充分利用剩余能源和水資源；低壓水蒸汽通入冷凝器CD。本發(fā)明屬于復(fù)雜循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，現(xiàn)有復(fù)雜循環(huán)主要以提高效率為目標(biāo)，但本發(fā)明不但能大幅提高燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)熱效率，并且能改善燃燒狀況，降低污染物排放，還能提供淡水供應(yīng)，適用于艦船推進(jìn)和沿海電場建設(shè)。本發(fā)明將燃?xì)廨啓C(jī)三大件壓氣機(jī)，燃燒室和渦輪與裂解器，水系統(tǒng)有機(jī)集合，形成燃?xì)廨啓C(jī)化學(xué)回?zé)嵫h(huán)。本發(fā)明大幅提高了燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)熱效率，整體循環(huán)熱效率能達(dá)到46%，并將NOx排放量降到Ippm以下。本發(fā)明的化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)提高功率和熱效率的理論依據(jù)機(jī)原理是裂解器中發(fā)生的裂解反應(yīng)是一種吸熱反應(yīng)，吸收了渦輪出口煙氣的余熱，而且進(jìn)入裂解器中的水蒸汽在汽化過程中吸收了剩余煙氣的余熱，大幅提高了循環(huán)的熱效率，并且裂解混合氣相對于燃油的長鏈分子，從理論上來說更易燃燒，可提高燃燒室的燃燒效率。因此與簡單循環(huán)相比，同樣的燃料供應(yīng)可以輸出更高的功率，大幅提高循環(huán)效率。本發(fā)明的化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)降低污染物主要是NOx的排放量的理論依據(jù)及原理是裂解混合氣由燃料和水蒸汽發(fā)生裂解反應(yīng)生成短鏈的分子，而且含有部分水蒸汽。燃燒反應(yīng)時，短鏈分子易于反應(yīng)，燃燒完全，減少CO生成；而且燃燒時由于水蒸汽的加入，降低了燃燒反應(yīng)核心區(qū)的溫度，大幅降低了 NOx的排放量。 化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)CP，燃燒室CB，高壓渦輪HT，動力渦輪PT，裂解器RF和水系統(tǒng)組成。水系統(tǒng)又由高壓閃蒸器HPF，低壓閃蒸器LPF，飽和器ST，冷凝器⑶和過熱器SH組成。整套系統(tǒng)有三種物料的供入，分別是燃油f，空氣a和水w，分別按三種物料的路徑進(jìn)行詳細(xì)描述?？諝鈇經(jīng)由壓氣機(jī)CP，壓力增加；進(jìn)入燃燒室CB，在燃燒室CB中，高壓空氣和裂解器RF產(chǎn)生的裂解氣rf燃燒反應(yīng)生成燃?xì)?，燃?xì)膺M(jìn)入高壓渦輪HT ；高壓渦輪產(chǎn)生的功用于壓氣機(jī)CP壓縮空氣；高壓渦輪出口燃?xì)鈍進(jìn)入動力渦輪PT，動力渦輪輸出功帶動負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)；動力渦輪出口煙氣進(jìn)入裂解器RF，作為高溫側(cè)工質(zhì)提供熱量；裂解器出口煙氣進(jìn)入水系統(tǒng)，水系統(tǒng)中，煙氣首先進(jìn)入過熱器加熱水蒸汽，然后進(jìn)入飽和器加熱預(yù)熱水，最后排入煙道EH。燃油f供入裂解器RF，在裂解器RF中與來自過熱器的水蒸汽s混合，然后作為低溫側(cè)工質(zhì)吸收煙氣余熱，在裂解器催化劑區(qū)域進(jìn)行裂解反應(yīng)，產(chǎn)生裂解混合氣rf ；裂解混合氣rf在燃燒室CB中燃燒產(chǎn)生燃?xì)狻Ｋ畐被引入冷凝器CD，在冷凝器CD中被預(yù)熱，并將冷凝器高溫側(cè)的水蒸汽冷凝為水；被預(yù)熱的水進(jìn)入飽和器ST，作為低溫側(cè)工質(zhì)吸收高溫側(cè)煙氣余熱并達(dá)到飽和狀態(tài)；飽和水進(jìn)入高壓閃蒸室HPF，在其中閃蒸，產(chǎn)生高壓水蒸汽進(jìn)入過熱器SH，剩余飽和水進(jìn)入低壓閃蒸室LPF ；進(jìn)入低壓閃蒸室的飽和水繼續(xù)閃蒸得到低壓水蒸氣進(jìn)入冷凝器被冷凝為飲用淡水儲存在蒸餾水箱DW，并預(yù)熱給水，剩余濃鹽水排入廢水箱WW ；高壓閃蒸室出口的高壓水蒸汽進(jìn)入過熱器SH作為低溫側(cè)吸收高溫側(cè)煙氣的余熱，被加熱到過熱狀態(tài)后進(jìn)入裂解器RF，在其中和燃油f混合吸熱并發(fā)生裂解反應(yīng)。本發(fā)明中水系統(tǒng)還能獨(dú)立為水處理單元，利用多種熱源進(jìn)行水處理，特別是可以接入多種動力設(shè)備用來收集煙氣余熱并生產(chǎn)飲用水。
權(quán)利要求
1.化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，其特征是包括燃燒室、渦輪、壓氣機(jī)、裂解器、過熱器、飽和器、冷凝器、高壓閃蒸器、廢水池、排氣煙道，渦輪與壓氣機(jī)同軸，壓氣機(jī)連接燃燒室的進(jìn)氣端，渦輪連接燃燒室的排氣端，裂解器連接燃燒室和油路，裂解器、過熱器、飽和器、排氣煙道依次相連，飽和器還與冷凝器和高壓閃蒸器分別相連，高壓閃蒸器還與過熱器和廢水池分別相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，其特征是還包括輸出功帶動負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的動力渦輪，動力渦輪安裝在渦輪與裂解器之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，其特征是還包括低壓閃蒸器和蒸餾水箱，低壓閃蒸器安裝在高壓閃蒸器與廢水池之間，低壓閃蒸器和蒸餾水箱分別與冷凝器相連。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供化學(xué)回?zé)嵫h(huán)燃?xì)廨啓C(jī)，包括燃燒室、渦輪、壓氣機(jī)、裂解器、過熱器、飽和器、冷凝器、高壓閃蒸器、廢水池、排氣煙道，渦輪與壓氣機(jī)同軸，壓氣機(jī)連接燃燒室的進(jìn)氣端，渦輪連接燃燒室的排氣端，裂解器連接燃燒室和油路，裂解器、過熱器、飽和器、排氣煙道依次相連，飽和器還與冷凝器和高壓閃蒸器分別相連，高壓閃蒸器還與過熱器和廢水池分別相連。本發(fā)明不但能大幅提高燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)熱效率，并且能改善燃燒狀況，降低污染物排放，還能提供淡水供應(yīng)，適用于船舶推進(jìn)和沿海電場建設(shè)。
文檔編號F02C7/22GK102562313SQ20121000709
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者劉倩, 張智博, 李智明, 楊仁, 楊洪磊, 潘褔敏, 鄭洪濤 申請人:哈爾濱工程大學(xué)