本發(fā)明涉及節(jié)能減排技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說，是涉及一種燃料余熱動力/發(fā)電一體機(jī)及其工作方法。

背景技術(shù)：

目前，我國各類動力機(jī)生產(chǎn)已經(jīng)技術(shù)成熟，并且使用廣泛。作為燃料動力機(jī)的主要類型基本為燃油性，是方便清潔的使用方式。目前燃料動力機(jī)的利用系統(tǒng)方式兼有動力、電力和熱量提供模式，對燃料熱量的轉(zhuǎn)化利用率一般小于44-45％，并且在長期的研究中，該熱轉(zhuǎn)化效率始終難以突破；燃料中的剩余熱量除個別需求可以用于加熱使用外，基本對外排放。余熱的外排形態(tài)及方式主要有兩種(見圖1)：廢煙氣熱量和冷卻水熱量的排放，兩者的排放熱量基本相當(dāng)。排放的煙氣熱量和冷卻水熱量一般進(jìn)入大氣環(huán)境中。這樣的排放一方面造成了能源的浪費(fèi)，另一方面造成了環(huán)境的污染。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種燃料余熱動力/發(fā)電一體機(jī)及其工作方法，充分利用排放的余熱量與環(huán)境溫度之差，實現(xiàn)熱/動或熱/電轉(zhuǎn)化的效果，對節(jié)能減排的意義是十分明顯的。

本發(fā)明的目的可通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

一種燃料余熱動力/發(fā)電一體機(jī)，包括燃料動力主機(jī)，所述燃料動力主機(jī)連接有機(jī)械設(shè)備或發(fā)電機(jī)，所述燃料動力主機(jī)的缸套與氣缸余熱換熱器的管程相連通，形成循環(huán)回路，所述燃料動力主機(jī)的煙氣排放口連接有煙氣余熱換熱器，所述煙氣余熱換熱器的殼程進(jìn)口與氣缸余熱換熱器的殼程出口相連通，所述煙氣余熱換熱器的殼程出口通過管道依次連接有余熱膨脹機(jī)、冷凝器和循環(huán)泵，所述循環(huán)泵的輸出口與氣缸余熱換熱器的殼程進(jìn)口相連通，所述余熱膨脹機(jī)與機(jī)械設(shè)備或發(fā)電機(jī)相連接。

本發(fā)明的目的還可通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

一種燃料余熱動力/發(fā)電一體機(jī)的工作方法，包括以下步驟：

步驟一，燃料動力主機(jī)缸套內(nèi)的冷卻介質(zhì)進(jìn)入氣缸余熱換熱器，與氣缸余熱換熱器內(nèi)液態(tài)的工作介質(zhì)進(jìn)行熱交換，加熱工作介質(zhì)蒸發(fā)吸收氣缸排放的余熱；

步驟二，工作介質(zhì)進(jìn)入煙氣余熱換熱器內(nèi)，燃料動力主機(jī)排放的煙氣進(jìn)一步加熱工作介質(zhì)，吸收煙氣的余熱；

步驟三，工作介質(zhì)吸收氣缸和煙氣余熱后蒸發(fā)為氣體，通過管道送入余熱膨脹機(jī)，推動余熱膨脹機(jī)轉(zhuǎn)動輸出膨脹機(jī)械功，增加機(jī)械設(shè)備或發(fā)電機(jī)主軸的動力輸出量；

步驟四，輸出膨脹機(jī)械功后的氣態(tài)工作介質(zhì)進(jìn)入冷凝器被冷凝為液態(tài)；

步驟五，冷凝后的液態(tài)工作介質(zhì)由循環(huán)泵提升壓力后，進(jìn)入氣缸余熱換熱器，形成熱力循環(huán)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案所帶來的有益效果是：

(1)本發(fā)明中，在燃料動力主機(jī)的煙氣排放口設(shè)置了煙氣余熱換熱器，可使傳統(tǒng)排放煙氣由120-160℃冷卻至50℃左右排至大氣，吸收了原排放余熱的一半以上，燃料動力主機(jī)的氣缸余熱可全部回收；

(2)本發(fā)明中，氣缸余熱換熱器、煙氣余熱換熱器、余熱膨脹機(jī)、冷凝器和循環(huán)泵形成工作介質(zhì)熱循環(huán)，保證了工作介質(zhì)循環(huán)利用；

(3)本發(fā)明中，余熱膨脹機(jī)通過主軸與機(jī)械設(shè)備或發(fā)電機(jī)相連接，將廢棄煙氣和氣缸的余熱轉(zhuǎn)換為了動能或電能；

(4)本發(fā)明全部吸收的余熱用于余熱轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，實現(xiàn)5％以上的熱轉(zhuǎn)化，相當(dāng)于增加了傳統(tǒng)燃料動力機(jī)的熱轉(zhuǎn)化效率，同時也減少了排放量。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)燃料動力機(jī)的余熱排放示意圖；

圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記:1燃料動力主機(jī)；2機(jī)械設(shè)備或發(fā)電機(jī)；3氣缸余熱換熱器；4燃料輸入口；5煙氣余熱換熱器；6余熱膨脹機(jī)；7冷凝器；8循環(huán)泵；9煙氣排放口。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

設(shè)傳統(tǒng)燃料動力機(jī)的余熱排放如圖1所示,其中燃料燃燒做功后,以煙氣的形式排放大氣，另外為冷卻工作氣缸的溫度，需要使用冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，將氣缸工作產(chǎn)生的余熱排放到環(huán)境中，這兩部分余熱熱量實際上就是熱損失。本項發(fā)明的目標(biāo)就是設(shè)計出新的一體機(jī)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，其特征就是利用全部余熱量產(chǎn)生新的動力輸出或?qū)嵤┌l(fā)電，使余熱動力輸出或發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)的動力輸出和發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成一體機(jī)如圖2所示，最終的效果是新設(shè)計的一體機(jī)的熱轉(zhuǎn)化效率將明顯高于傳統(tǒng)燃料動力機(jī)。

本發(fā)明的一種燃料余熱動力/發(fā)電一體機(jī)，包括燃料動力主機(jī)1，所述燃料動力主機(jī)1設(shè)置有煙氣排放口9和燃料輸入口4，所述燃料動力主機(jī)1通過主軸連接有機(jī)械設(shè)備或發(fā)電機(jī)2，所述機(jī)械設(shè)備或發(fā)電機(jī)2通過主軸連接有余熱膨脹機(jī)6，所述燃料動力主機(jī)1、機(jī)械設(shè)備或發(fā)電機(jī)2、余熱膨脹機(jī)6呈直線型布置。所述燃料動力主機(jī)1缸套的氣缸冷卻介質(zhì)出口與氣缸余熱換熱器3的管程進(jìn)口相連通，所述燃料動力主機(jī)1缸套的氣缸冷卻介質(zhì)入口與氣缸余熱換熱器3的管程出口相連通，形成氣缸冷卻介質(zhì)的循環(huán)回路。所述燃料動力主機(jī)1的煙氣排放口9連接有煙氣余熱換熱器5，所述煙氣余熱換熱器5的殼程進(jìn)口與氣缸余熱換熱器3的殼程出口相連通，所述煙氣余熱換熱器5的殼程出口通過管道與余熱膨脹機(jī)6相連通，所述余熱膨脹機(jī)6通過管道依次連接有冷凝器7、循環(huán)泵8，所述循環(huán)泵8的輸出口與氣缸余熱換熱器3的殼程進(jìn)口相連通，形成工作介質(zhì)的循環(huán)回路。

本發(fā)明可實施動力輸出或發(fā)電，其主要的指導(dǎo)思想是充分利用排放的余熱量與環(huán)境溫度之差，實現(xiàn)熱/動或熱/電轉(zhuǎn)化的效果。工作介質(zhì)在燃料動力機(jī)的各類排熱換熱器中吸收各類形態(tài)的余熱量實現(xiàn)相變蒸發(fā)，隨即產(chǎn)生較高壓力和溫度的氣態(tài)流體。利用此種熱壓流體的膨脹特性，可利用余熱膨脹機(jī)6實現(xiàn)機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，完成動力輸出或?qū)嵤┌l(fā)電,之后再將更低溫度的余熱排放，由此可實現(xiàn)更充分利用燃料動力機(jī)資源，同時實現(xiàn)節(jié)省礦物能源和保護(hù)環(huán)境的功效。

本發(fā)明的燃料余熱動力/發(fā)電一體機(jī)的工作方法，具體包括以下步驟：

步驟一，燃料動力主機(jī)1缸套內(nèi)的冷卻介質(zhì)(可采用冷卻循環(huán)水)進(jìn)入氣缸余熱換熱器3的管程，與氣缸余熱換熱器3殼程內(nèi)液態(tài)的工作介質(zhì)進(jìn)行熱交換，加熱工作介質(zhì)蒸發(fā)成為高溫高壓氣-液兩相介質(zhì)；由于換熱的作用，致使氣缸排放的余熱得以全部回收，實現(xiàn)了此部分余熱的全部回收利用。其中，工作介質(zhì)可采用低沸點(diǎn)介質(zhì)，如CH₂FCF₃(HFC-134a)等。

步驟二，工作介質(zhì)進(jìn)入煙氣排放口9設(shè)置的煙氣余熱換熱器5殼程內(nèi)，燃料動力主機(jī)1排放的煙氣進(jìn)入煙氣余熱換熱器5管程，進(jìn)一步加熱完全氣化工作介質(zhì)；由于換熱的作用，致使排放的煙氣溫度得以大大降低，實現(xiàn)了此部分余熱的部分回收利用。

步驟三，吸收氣缸和高溫?zé)煔庥酂岷?，工作介質(zhì)蒸發(fā)變?yōu)楦邷馗邏簹怏w，通過管道送入余熱膨脹機(jī)6，推動余熱膨脹機(jī)6轉(zhuǎn)動輸出膨脹機(jī)械功，增加機(jī)械設(shè)備或發(fā)電機(jī)主軸的動力輸出量。

如果燃料動力主機(jī)1帶動的是機(jī)械設(shè)備，則余熱膨脹機(jī)6輸出的機(jī)械功采用傳動裝置連接到機(jī)械設(shè)備主軸，增加主軸的動力輸出量值，由此增加了傳統(tǒng)燃料的熱動轉(zhuǎn)化效率；如果燃料動力主機(jī)1帶動的是發(fā)電機(jī)，則余熱膨脹機(jī)6輸出的機(jī)械功采用傳動裝置連接到發(fā)電機(jī)主軸，增加主軸的動力輸出量值，由此增加了傳統(tǒng)燃料的熱電轉(zhuǎn)化效率。

步驟四，輸出膨脹機(jī)械功后的低壓氣態(tài)工作介質(zhì)進(jìn)入冷凝器7管程，被冷凝成為低壓液態(tài)。其中，冷凝器7殼程的冷卻介質(zhì)可以使用環(huán)境水體或空氣等低溫?zé)嵩唇橘|(zhì)。

步驟五，冷凝后的低壓液態(tài)工作介質(zhì)由循環(huán)泵8提升壓力后，進(jìn)入氣缸余熱換熱器3，形成工作介質(zhì)的熱力循環(huán)。

通過工作介質(zhì)的循環(huán)流量的控制，可以確保本發(fā)明燃料余熱動力/發(fā)電一體機(jī)的氣缸冷卻介質(zhì)出口和氣缸冷卻介質(zhì)入口的溫度和流量與傳統(tǒng)燃料動力機(jī)的一致性。

目前燃料動力機(jī)的熱轉(zhuǎn)化率一般在45％以內(nèi)(含動力輸出/發(fā)電轉(zhuǎn)化效率和機(jī)械轉(zhuǎn)化率)，這就意味著將有55％的燃料熱量排放到到環(huán)境中。該項技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)維持幾十年無技術(shù)性的突破。本項目預(yù)計回收余熱的熱轉(zhuǎn)化率為5-8％以上(隨季節(jié)變化波動)，如果余熱排放量為燃料消耗量的45％(20％余熱量排放散失)，則有如下計算：

實施例1：設(shè)燃料消耗為10000kW，其機(jī)械轉(zhuǎn)化率為：

10000*45％＝4500kW

假設(shè)回收的余熱量為燃料40％，其余熱轉(zhuǎn)化量為：

10000*45％*(5～8)％＝225～360kW

燃料的機(jī)械轉(zhuǎn)化率達(dá)到：

4500+(225～360)＝4725～4860kW

則相當(dāng)于實際增加總動力轉(zhuǎn)化效率增加到47.25～48.6％，這將是一項重大的技術(shù)突破，其經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益都將是不可估量的。

盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的功能及工作過程進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不局限于上述的具體功能和工作過程，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。