内燃机排烟预冷与余热利用一体化系统的制作方法

本发明涉及内燃机烟气处理技术领域，尤其涉及一种内燃机排烟预冷与余热利用一体化系统。

背景技术：

内燃机是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。作为一种动力装置，内燃机的应用极为广泛，在工业、农业、船舶等领域均有大量应用。

由于内燃机排出的烟气温度很高，一般在400℃～500℃之间，最高可达600～650℃，内燃机的排烟温度与燃料特性(成分、热值等)、内燃机性能、运行操作(空燃比的控制)均有关系，即使是设计的排烟温度为某一定值的内燃机，在实际运行过程中也可能会由于入口燃料成分波动等原因，导致排烟温度升高。

在进行内燃机排烟管道设计时，设计温度不得低于烟气可能达到的最高工作温度。对于排烟温度较高的内燃机，其烟气管道及管道附件、烟气阀门、补偿器乃至余热锅炉的材质等级均要提高，尤其是对于烟温达500℃甚至更高的情况，普通碳素结构钢、锅炉和压力容器用钢板都已经无法满足烟气温度要求，只能使用耐高温合金钢，而使用合金钢必然导致成本大幅上升。此外，烟气温度越高，整个烟气管路的布置和热补偿就越困难，尤其是对于空间受限的情况。因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述技术问题而做出的，其目的是提供一种内燃机排烟预冷与余热利用一体化系统，以克服现有技术中存在的不足。

为了实现上述目的，本发明提供了一种内燃机排烟预冷与余热利用一体化系统，其包括：内燃机、烟气预冷装置、余热回收单元、缸套冷却单元以及热水利用单元；所述内燃机的烟气出口与所述烟气预冷装置的烟气进口通过管路相连接，所述烟气预冷装置的烟气出口与所述余热回收单元的烟气进口通过管路相连接；所述缸套冷却单元位于所述内燃机中，所述缸套冷却单元的进水口通过管路与所述热水利用单元的出水口相连接，所述缸套冷却单元的出水口通过管路与所述烟气预冷装置的进水口相连接；所述烟气预冷装置的出水口通过管路与所述热水利用单元的进水口相连接，所述热水利用单元、缸套冷却单元、烟气预冷装置之间形成循环回路。

优选地，所述烟气预冷装置包括：内筒、外筒以及形成于所述内筒和外筒之间的水室，所述内筒围成的空间与所述烟气预冷装置的烟气进口和烟气出口，所述烟气预冷装置的进水口和出水口与所述水室相连通。

优选地，所述余热回收单元为热水型余热锅炉。

优选地，所述缸套冷却单元为所述内燃机配套的水冷式缸套冷却系统。

优选地，所述热水利用单元为需求热水的终端，所述终端包括生活用户或者工业用户。

优选地，所述一体化系统还包括：烟气三通阀和烟气旁路，所述烟气三通阀位于所述烟气预冷装置和余热回收单元之间的管路上，所述烟气旁路连接所述烟气三通阀和所述余热回收单元的烟气出口处的管路。

优选地，所述一体化系统还包括：泄爆装置，所述泄爆装置位于所述烟气预冷装置和烟气三通阀之间的管路上。

优选地，所述一体化系统还包括：消音器，所述消音器位于所述余热回收单元的烟气出口处的管路上。

优选地，所述一体化系统还包括：冷却塔，所述冷却塔的进水口与所述烟气预冷装置的出水口通过管路相连接，所述冷却塔的出水口与所述缸套冷却单元的进水口通过管路相连接，所述冷却塔与所述热水利用单元并联运行。

根据上面的描述和实践可知，本发明所述的内燃机排烟预冷与余热利用一体化系统针对内燃机排烟温度高造成烟气管道及管道附件、烟气阀门、补偿器乃至余热锅炉的材质等级均要提高，导致成本大幅上升且整个烟气管路的布置和热补偿也较为困难的问题，通过构建一套烟气预冷装置，先将内燃机出口烟气温度进行预冷，使烟气流程上的管道及管件、阀门、余热锅炉等采用普通碳钢即可满足要求，降低了工程建设成本，简化了烟气管道布置难度，另一方面，本发明通过采用内燃机缸套水作为内燃机排烟的冷却介质，将换热升温后的缸套水供至热用户，经热用户利用后降温并返回至内燃机缸套水进口，重新用于内燃机的缸套冷却，从而在实现内燃机排烟预冷的同时保证了烟气热量的利用，避免了能量的大量损失。

附图说明

图1为示意图，示出了本发明的一个实施例中所述的内燃机排烟预冷与余热利用一体化系统的结构；

图2为图1中烟气预冷装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的内燃机排烟预冷与余热利用一体化系统的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

如图1所示，本发明针对内燃机1排烟温度高造成烟气管道及管道附件、烟气阀门、补偿器乃至余热锅炉的材质等级均要提高，导致成本大幅上升且整个烟气管路的布置和热补偿也较为困难的问题，提供一种内燃机1排烟预冷与余热利用一体化系统。其包括：内燃机1、烟气预冷装置2、余热回收单元5、缸套冷却单元10以及热水利用单元8。

上述内燃机1具有烟气进口和烟气出口，烟气预冷装置2具有烟气进口和烟气出口。内燃机1的烟气出口与所述烟气预冷装置2的烟气进口通过管路相连接。同时，烟气预冷装置2还具有冷却水进口和冷却水出口。

如图2所示，具体地，烟气预冷装置2包括：内筒21、外筒22以及形成于内筒21和外筒22之间的水室23。其中，内筒21围成的空间与烟气预冷装置2的烟气进口和烟气出口相连通，烟气预冷装置2的冷水进口和冷水出口与水室23相连通。

上述缸套冷却单元10具有对应的进水口和出水口，其用于提供烟气预冷装置2所需的冷却水。热水利用单元8具有对应的进水口和出水口，其用于回收利用烟气预冷装置2中与烟气换热后的热水。烟气预冷装置2的出水口通过管路与热水利用单元8的进水口相连接。从而，热水利用单元8、缸套冷却单元10、烟气预冷装置2之间形成水循环回路。

具体地，缸套冷却单元10位于内燃机1中，缸套冷却单元10的进水口通过管路与热水利用单元8的出水口相连接，缸套冷却单元10的出水口通过管路与烟气预冷装置2的进水口相连接。其中，缸套冷却单元10为内燃机1配套的水冷式缸套冷却系统，热水利用单元8为需求热水的终端，终端既可以为生活用户，也可以为工业用户。

从而，热水利用单元8排出的冷却水，进入到缸套冷却单元10中。缸套冷却单元10水通过烟气预冷装置2作为内燃机1排烟的冷却介质，将换热升温后的缸套水再次供至热水利用单元8，经热水利用单元8利用后降温并返回至内燃机1缸套水进口，重新用于缸套冷却单元10冷却，从而在实现内燃机1排烟预冷的同时保证了烟气热量的利用，避免了能量的大量损失。

此外，通过先将内燃机1出口烟气温度进行预冷，使烟气流程上的管道及管件、阀门、余热锅炉等采用普通碳钢即可满足要求，降低了工程建设成本，简化了烟气管道布置难度。

上述余热回收单元5用于回收利用经过预冷的烟气中的余热。具体地，烟气预冷装置2的烟气出口与余热回收单元5的烟气进口通过管路相连接。在一个实施方式中，余热回收单元5为热水型余热锅炉。

此外，一体化系统还包括：烟气三通阀4和烟气旁路6，烟气三通阀4位于烟气预冷装置2和余热回收单元5之间的管路上，烟气旁路6连接烟气三通阀4和余热回收单元5的烟气出口处的管路。从而，通过控制烟气三通阀4，可控制余热回收单元5的投运与解列。

进一步地，一体化系统还包括：泄爆装置3，泄爆装置3位于烟气预冷装置2和烟气三通阀4之间的管路上。通过设置上述泄爆装置3，可调节管道内的压力，有利于本发明一体化系统的安全运行。在一个实施方式中，泄爆装置3可采用泄爆阀。一体化系统还包括：消音器7，消音器7位于余热回收单元5的烟气出口处的管路上。通过设置上述消音器7，有利于降低本发明一体化系统运行时烟气排放的噪音，减少噪音污染。

一体化系统还包括：冷却塔9。此时，冷却塔9的进水口与烟气预冷装置2的出水口通过管路相连接，冷却塔9的出水口与缸套冷却单元10的进水口通过管路相连接，冷却塔9与热水利用单元8并联运行。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明所述的内燃机排烟预冷与余热利用一体化系统。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的内燃机排烟预冷与余热利用一体化系统，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。