一种燃料余热动力/发电一体机及其工作方法与流程

本发明涉及节能减排技术领域，更具体的说，是涉及一种燃料余热动力/发电一体机及其工作方法。

背景技术：

目前，我国各类动力机生产已经技术成熟，并且使用广泛。作为燃料动力机的主要类型基本为燃油性，是方便清洁的使用方式。目前燃料动力机的利用系统方式兼有动力、电力和热量提供模式，对燃料热量的转化利用率一般小于44-45％，并且在长期的研究中，该热转化效率始终难以突破；燃料中的剩余热量除个别需求可以用于加热使用外，基本对外排放。余热的外排形态及方式主要有两种(见图1)：废烟气热量和冷却水热量的排放，两者的排放热量基本相当。排放的烟气热量和冷却水热量一般进入大气环境中。这样的排放一方面造成了能源的浪费，另一方面造成了环境的污染。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种燃料余热动力/发电一体机及其工作方法，充分利用排放的余热量与环境温度之差，实现热/动或热/电转化的效果，对节能减排的意义是十分明显的。

本发明的目的可通过以下技术方案实现。

一种燃料余热动力/发电一体机，包括燃料动力主机，所述燃料动力主机连接有机械设备或发电机，所述燃料动力主机的缸套与气缸余热换热器的管程相连通，形成循环回路，所述燃料动力主机的烟气排放口连接有烟气余热换热器，所述烟气余热换热器的壳程进口与气缸余热换热器的壳程出口相连通，所述烟气余热换热器的壳程出口通过管道依次连接有余热膨胀机、冷凝器和循环泵，所述循环泵的输出口与气缸余热换热器的壳程进口相连通，所述余热膨胀机与机械设备或发电机相连接。

本发明的目的还可通过以下技术方案实现。

一种燃料余热动力/发电一体机的工作方法，包括以下步骤：

步骤一，燃料动力主机缸套内的冷却介质进入气缸余热换热器，与气缸余热换热器内液态的工作介质进行热交换，加热工作介质蒸发吸收气缸排放的余热；

步骤二，工作介质进入烟气余热换热器内，燃料动力主机排放的烟气进一步加热工作介质，吸收烟气的余热；

步骤三，工作介质吸收气缸和烟气余热后蒸发为气体，通过管道送入余热膨胀机，推动余热膨胀机转动输出膨胀机械功，增加机械设备或发电机主轴的动力输出量；

步骤四，输出膨胀机械功后的气态工作介质进入冷凝器被冷凝为液态；

步骤五，冷凝后的液态工作介质由循环泵提升压力后，进入气缸余热换热器，形成热力循环。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明中，在燃料动力主机的烟气排放口设置了烟气余热换热器，可使传统排放烟气由120-160℃冷却至50℃左右排至大气，吸收了原排放余热的一半以上，燃料动力主机的气缸余热可全部回收；

(2)本发明中，气缸余热换热器、烟气余热换热器、余热膨胀机、冷凝器和循环泵形成工作介质热循环，保证了工作介质循环利用；

(3)本发明中，余热膨胀机通过主轴与机械设备或发电机相连接，将废弃烟气和气缸的余热转换为了动能或电能；

(4)本发明全部吸收的余热用于余热转化系统，实现5％以上的热转化，相当于增加了传统燃料动力机的热转化效率，同时也减少了排放量。

附图说明

图1是传统燃料动力机的余热排放示意图；

图2是本发明的结构示意图。

附图标记:1燃料动力主机；2机械设备或发电机；3气缸余热换热器；4燃料输入口；5烟气余热换热器；6余热膨胀机；7冷凝器；8循环泵；9烟气排放口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

设传统燃料动力机的余热排放如图1所示,其中燃料燃烧做功后,以烟气的形式排放大气，另外为冷却工作气缸的温度，需要使用冷却水循环系统，将气缸工作产生的余热排放到环境中，这两部分余热热量实际上就是热损失。本项发明的目标就是设计出新的一体机转化系统，其特征就是利用全部余热量产生新的动力输出或实施发电，使余热动力输出或发电系统与传统的动力输出和发电系统实现有机结合，构成一体机如图2所示，最终的效果是新设计的一体机的热转化效率将明显高于传统燃料动力机。

本发明的一种燃料余热动力/发电一体机，包括燃料动力主机1，所述燃料动力主机1设置有烟气排放口9和燃料输入口4，所述燃料动力主机1通过主轴连接有机械设备或发电机2，所述机械设备或发电机2通过主轴连接有余热膨胀机6，所述燃料动力主机1、机械设备或发电机2、余热膨胀机6呈直线型布置。所述燃料动力主机1缸套的气缸冷却介质出口与气缸余热换热器3的管程进口相连通，所述燃料动力主机1缸套的气缸冷却介质入口与气缸余热换热器3的管程出口相连通，形成气缸冷却介质的循环回路。所述燃料动力主机1的烟气排放口9连接有烟气余热换热器5，所述烟气余热换热器5的壳程进口与气缸余热换热器3的壳程出口相连通，所述烟气余热换热器5的壳程出口通过管道与余热膨胀机6相连通，所述余热膨胀机6通过管道依次连接有冷凝器7、循环泵8，所述循环泵8的输出口与气缸余热换热器3的壳程进口相连通，形成工作介质的循环回路。

本发明可实施动力输出或发电，其主要的指导思想是充分利用排放的余热量与环境温度之差，实现热/动或热/电转化的效果。工作介质在燃料动力机的各类排热换热器中吸收各类形态的余热量实现相变蒸发，随即产生较高压力和温度的气态流体。利用此种热压流体的膨胀特性，可利用余热膨胀机6实现机械能的转换，完成动力输出或实施发电,之后再将更低温度的余热排放，由此可实现更充分利用燃料动力机资源，同时实现节省矿物能源和保护环境的功效。

本发明的燃料余热动力/发电一体机的工作方法，具体包括以下步骤：

步骤一，燃料动力主机1缸套内的冷却介质(可采用冷却循环水)进入气缸余热换热器3的管程，与气缸余热换热器3壳程内液态的工作介质进行热交换，加热工作介质蒸发成为高温高压气-液两相介质；由于换热的作用，致使气缸排放的余热得以全部回收，实现了此部分余热的全部回收利用。其中，工作介质可采用低沸点介质，如CH₂FCF₃(HFC-134a)等。

步骤二，工作介质进入烟气排放口9设置的烟气余热换热器5壳程内，燃料动力主机1排放的烟气进入烟气余热换热器5管程，进一步加热完全气化工作介质；由于换热的作用，致使排放的烟气温度得以大大降低，实现了此部分余热的部分回收利用。

步骤三，吸收气缸和高温烟气余热后，工作介质蒸发变为高温高压气体，通过管道送入余热膨胀机6，推动余热膨胀机6转动输出膨胀机械功，增加机械设备或发电机主轴的动力输出量。

如果燃料动力主机1带动的是机械设备，则余热膨胀机6输出的机械功采用传动装置连接到机械设备主轴，增加主轴的动力输出量值，由此增加了传统燃料的热动转化效率；如果燃料动力主机1带动的是发电机，则余热膨胀机6输出的机械功采用传动装置连接到发电机主轴，增加主轴的动力输出量值，由此增加了传统燃料的热电转化效率。

步骤四，输出膨胀机械功后的低压气态工作介质进入冷凝器7管程，被冷凝成为低压液态。其中，冷凝器7壳程的冷却介质可以使用环境水体或空气等低温热源介质。

步骤五，冷凝后的低压液态工作介质由循环泵8提升压力后，进入气缸余热换热器3，形成工作介质的热力循环。

通过工作介质的循环流量的控制，可以确保本发明燃料余热动力/发电一体机的气缸冷却介质出口和气缸冷却介质入口的温度和流量与传统燃料动力机的一致性。

目前燃料动力机的热转化率一般在45％以内(含动力输出/发电转化效率和机械转化率)，这就意味着将有55％的燃料热量排放到到环境中。该项技术指标已经维持几十年无技术性的突破。本项目预计回收余热的热转化率为5-8％以上(随季节变化波动)，如果余热排放量为燃料消耗量的45％(20％余热量排放散失)，则有如下计算：

实施例1：设燃料消耗为10000kW，其机械转化率为：

10000*45％＝4500kW

假设回收的余热量为燃料40％，其余热转化量为：

10000*45％*(5～8)％＝225～360kW

燃料的机械转化率达到：

4500+(225～360)＝4725～4860kW

则相当于实际增加总动力转化效率增加到47.25～48.6％，这将是一项重大的技术突破，其经济效益和环保效益都将是不可估量的。

尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。