一种集成储换热的内燃机余热利用系统的制作方法

1.本发明涉及能源利用技术领域，具体而言，涉及一种集成储换热的内燃机余热利用系统。


背景技术：

2.大型发电内燃机的热效率可达到40～45％，但仍有超过一般的能量以余热的方式排放出来，其中就包含了很大部分的温度高达300～500℃的高温排气。目前对于内燃机的高温排气一般采用两种方式，一种是内燃机将高温烟气直接排至大气，这就造成了严重的能源浪费；第二种是在内燃机尾部增加余热锅炉和汽轮发电系统，但是受限于内燃机排气的温度，余热锅炉产生的蒸汽温度不会太高，这就导致了由于新建余热发电系统效率很低，而整个系统的投资很高，经济收益很差。对于燃煤机组耦合内燃机的高灵活发电系统，如果能利用燃煤机组的热力系统高效的回收内燃机的余热，将对提升体统整体效率具有重要的作用，但由于发电内燃机频繁、快速的变负荷过程中，其高温烟气余热的输出波动也很大，如果直接接入燃煤机组热力系统，则可能在短时间内对热力系统造成冲击，影响机组的安全稳定运行。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供了一种集成储换热的内燃机余热利用系统，其解决了燃煤机组利用内燃机高温烟气余热时，内燃机频繁、快速时产生的波动余热对热力系统产生冲击的问题。
4.本发明的实施例通过以下技术方案实现：一种集成储换热的内燃机余热利用系统，包括内燃机，还包括连接的高压加热器和低压加热器，高压加热器通入有锅炉给水；熔盐储热换热器，熔盐储热换热器与内燃机连接，且与高压加热器连接，用以储存高温烟气热量或者传递热量给锅炉高温给水；相变材料储热换热器，相变材料储热换热器与熔盐储热换热器和低压加热器连接，用以储存烟气热量或者传递热量给锅炉低温给水；
5.进一步的，熔盐储热换热器包括腔体和熔盐，熔盐中设有高温给水换热蛇形管和高温烟气换热蛇形管；
6.进一步的，高温给水换热蛇形管和高温烟气换热蛇形管交错布置且互不接触；
7.进一步的，相变材料储热换热器包括壳体，壳体内设置有烟气隔板和储热换热管；
8.进一步的，储热换热器设有内管和外管，内管和外管之间填充有相变材料；
9.进一步的，内管和外管连接有管封头；
10.进一步的，熔盐储热换热器连接有高温给水调节阀，相变材料储热换热器连接有低温给水调节阀。
11.本发明的技术方案至少具有如下优点和有益效果：首先，通过熔盐储热换热器的设置，能够储存高温烟气热量或者传递热量给锅炉高温给水；其次，通过相变材料储热换热器的设置，能够储存烟气热量或者传递热量给锅炉低温给水，进而能够使得燃煤机组利用
内燃机高温烟气余热时，避免内燃机频繁、快速时产生的波动余热冲击热力系统，提升了系统的稳定性，提高了余热利用效率。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
13.图1为本发明实施例提供的集成储换热的内燃机余热利用系统的结构示意图；
14.图2为本发明实施例提供的集成储换热的内燃机余热利用系统的熔盐储热换热器的结构示意图；
15.图3为本发明实施例提供的集成储换热的内燃机余热利用系统的相变材料储热换热器的结构示意图；
16.图4为本发明实施例提供的集成储换热的内燃机余热利用系统的内管的结构示意图。
17.图标：1-内燃机，2-熔盐储热换热器，3-相变材料储热换热器，4-高压加热器，5-低压加热器，6-高温给水调节阀，7-低温给水调节阀，21-腔体，22-高温给水换热蛇形管，23-高温给水进口集箱，24-高温给水出口集箱，25-高温烟气换热蛇形管，26-高温烟气进口集箱，27-高温烟气出口集箱，28-熔盐，31-壳体，32-烟气隔板，33-储热换热管，34-低温给水进口，35-低温给水出口，36-烟气进口，37-烟气出口，331-内管，332-外管，333-管封头，334-相变材料。
具体实施方式
18.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
19.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.实施例
21.本实施例提供了一种集成储换热的内燃机余热利用系统，包括内燃机1，还包括连接的高压加热器4和低压加热器5，高压加热器4通入有锅炉给水；熔盐储热换热器3，熔盐储热换热器4与内燃机1连接，且与高压加热器4连接，用以储存高温烟气热量或者传递热量给锅炉高温给水；相变材料储热换热器3，相变材料储热换热器3与熔盐储热换热器2和第低压加热器5连接，用以储存烟气热量或者传递热量给锅炉低温给水。
22.值得一提的是，首先，通过熔盐储热换热器2的设置，能够储存高温烟气热量或者传递热量给锅炉高温给水；其次，通过相变材料储热换热器3的设置，能够储存烟气热量或
者传递热量给锅炉低温给水，进而能够使得燃煤机组利用内燃机高温烟气余热时，避免内燃机频繁、快速时产生的波动余热冲击热力系统，提升了系统的稳定性，提高了余热利用效率。
23.集成储换热的内燃机余热利用系统，如图1所示，包含内燃机1，熔盐储热换热器2，相变材料储热换热器3，高压加热器4，低压加热器5，高温给水调节阀6，低温给水调节阀7；内燃机1产生的高温烟气，进入熔盐储热换热器2中，熔盐储热换热器2同时具有储热和换热的能力，可储存高温烟气的热量，也可将储存的热量传递给锅炉高温给水；进入熔盐储热换热器2的高温给水从高压加热器4入口处引出，通过高温给水调节阀6调节其流量；经过熔盐储热换热器2的内燃机烟气，进入相变材料储热换热器3中，相变材料储热换热器3同时具有储热和换热的能力，可储存烟气的热量，也可将储存的热量传递给锅炉低温给水；进入相变材料储热换热器3的低温给水从低压加热器5入口处引出，通过低温给水调节阀7调节其流量；熔盐储热换热器2，如图2所示，包含腔体21，高温给水换热蛇形管22，高温给水进口集箱23，高温给水出口集箱24，高温烟气换热蛇形管25，高温烟气进口集箱26，高温烟气出口集箱27，熔盐28；熔盐28腔体21内的高度约为80～90％，上部留有少量空间，熔盐28的高度需要浸没高温给水换热蛇形管22和高温烟气换热蛇形管25；高温给水换热蛇形管22和高温烟气换热蛇形管25交错布置，互不接触，且两种蛇形管的管中心距离保持一致，管中心距离为1.5～2.5倍的管径。
24.相变材料储热换热器3，如图3所示，包含壳体31，烟气隔板32，储热换热管33，低温给水进口34，低温给水出口35，烟气进口36，烟气出口37；低温给水由低温给水进口34进入储热换热管33内流动，最后由低温给水出口35排出；烟气由烟气进口36进入壳体31内空间，被烟气隔板32导流为s型在储热换热管33外流动，最后由烟气出口37排出壳体；储热换热管33是一种内外套管的结构，如图4所示包含内管331，外管332，管封头333和内外管间填充的相变材料334；内管331和外管332的间距为3～7mm；
25.在内燃机1快速升负荷过程时，高温烟气进入熔盐储热换热器2中，一部分余热被熔盐储热换热器2中包含的熔盐28吸收并储存，另一部分热量通过高温给水换热蛇形管22传递给高温给水，从而进入燃煤机组的热力系统；同样的，烟气进入相变材料储热换热器3中，一部分余热被相变材料储热换热器3的储热换热管33中的相变材料334吸收并储存，另一部分热量通过储热换热管33传递给高温给水，从而进入燃煤机组的热力系统；
26.在内燃机1快速降负荷过程时，随着进入熔盐储热换热器2中高温烟气余热的减少，熔盐储热换热器2中包含的熔盐28开始逐渐释放热量，并将热量传递给高温给水换热蛇形管22，从而进入燃煤机组热力系统；同样的，随着进入相变材料储热换热器3中烟气余热的减少，储热换热管33中的相变材料334开始逐渐释放热量，并将热量通过储热换热管33传递给低温给水，从而进入燃煤机组热力系统；熔盐采用二元或三元硝酸盐的组成，相变材料采用二元或三元氯化盐的组成。
27.本发明的核心原理是将内燃机1产生的高温烟气通过高压换热器和低压换热器加热锅炉给水，以替代热力系统中高压加热器和低压加热器的部分功能，减少高压加热器和低压加热器的耗汽量，从而提高系统的效率；另外，增加了储热装置来储热和释放内燃机高温烟气的余热，达到缓冲余热进入热力系统的波动程度，进一步提升系统的稳定性，提高余热利用效率。
28.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种集成储换热的内燃机余热利用系统，包括内燃机(1)，其特征在于，还包括：连接的高压加热器(4)和低压加热器(5)，所述高压加热器(4)通入有锅炉给水；熔盐储热换热器(2)，所述熔盐储热换热器(2)与所述内燃机(1)连接，且与所述高压加热器(4)连接，用以储存高温烟气热量或者传递热量给锅炉高温给水；相变材料储热换热器(3)，所述相变材料储热换热器(3)与所述熔盐储热换热器(2)和所述低压加热器(5)连接，用以储存烟气热量或者传递热量给锅炉低温给水。2.如权利要求1中所述的集成储换热的内燃机余热利用系统，其特征在于，所述熔盐储热换热器(2)包括腔体(21)和熔盐(28)，所述熔盐(28)中设有高温给水换热蛇形管(22)和高温烟气换热蛇形管(25)。3.如权利要求2中所述的集成储换热的内燃机余热利用系统，其特征在于，所述高温给水换热蛇形管(22)和所述高温烟气换热蛇形管(25)交错布置且互不接触。4.如权利要求3中所述的集成储换热的内燃机余热利用系统，其特征在于，所述相变材料储热换热器(3)包括壳体(31)，所述壳体(31)内设置有烟气隔板(32)和储热换热管(33)。5.如权利要求4中所述的集成储换热的内燃机余热利用系统，其特征在于，所述储热换热器设有内管(331)和外管(332)，所述内管(331)和外管(332)之间填充有相变材料(334)。6.如权利要求5中所述的集成储换热的内燃机余热利用系统，其特征在于，所述内管(331)和所述外管(332)连接有管封头(333)。7.如权利要求1-6中任一项所述的集成储换热的内燃机余热利用系统，其特征在于，所述熔盐储热换热器(2)连接有高温给水调节阀(6)，所述相变材料储热换热器(3)连接有低温给水调节阀(7)。

技术总结
本发明提供了一种集成储换热的内燃机余热利用系统，涉及能源利用技术领域，包括内燃机，还包括连接的高压加热器和低压加热器，高压加热器通入有锅炉给水；熔盐储热换热器，熔盐储热换热器与内燃机连接，且与高压加热器连接，用以储存高温烟气热量或者传递热量给锅炉高温给水；相变材料储热换热器，相变材料储热换热器与熔盐储热换热器和低压加热器连接，用以储存烟气热量或者传递热量给锅炉低温给水；本发明适用于内燃机的余热利用，能够使燃煤机组利用内燃机高温烟气余热时，避免内燃机频繁、快速时产生的波动余热冲击热力系统，提升了系统的稳定性，提高了余热利用效率。提高了余热利用效率。提高了余热利用效率。


技术研发人员：王成 张志勇 陆利烨 王晓东 王文顺
受保护的技术使用者：华能太仓发电有限责任公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/10/11