Силовая установка

 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к силовым установкам на базе дизелей для выработки электрической энергии. Силовая установка содержит дизель с системой питания воздухом, соединенный с электрическим генератором, котел-утилизатор, соединенный газовпускным патрубком с выпускным патрубком дизеля, магистраль подачи теплоносителя в котел-утилизатор. Установка также снабжена топливным баком дизеля, баком для мазута, теплообменником для мазута, баком для светлых топливных фракций, баком для углеводородного сырья, которое используется в качестве теплоносителя. Бак для углеводородного сырья соединен с магистралью подачи углеводородного сырья в котел-утилизатор через полость углеводородного сырья теплообменника для мазута, который выходным патрубком соединен с баком для мазута. Установка также снабжена охлаждающим теплообменником с выходным патрубком, соединенным с баком для светлых фракций, испарительной колонной, соединенной входным патрубком с патрубком вывода углеводородного сырья из котла-утилизатора, верхним выходным патрубком с входным патрубком охлаждающего теплообменника, а нижним выходным патрубком с входным патрубком теплообменника для мазута, причем воздушные пространства бака для светлых топливных фракций и бака для мазута соединены трубопроводом с впускным патрубком системы питания воздухом дизеля. Изобретение позволяет повысить эффективность силовых установок, а также решить задачу получения из углеводородного сырья топлив для дизелей силовых установок, работающих в труднодоступных районах. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к силовым установкам на базе дизелей для выработки электрической энергии. Изобретение может быть использовано для повышения эффективности силовых установок путем утилизации теплоты отработавших газов дизеля с целью получения из нефти или газового конденсата (углеводородного сырья) топлив для дизелей.

Известны силовые установки, в которых теплота отработавших газов используется для теплоснабжения потребителей. Отработавшие газы используются для подогрева воды, играющей роль теплоносителя, которая затем подается к потребителю и передает ему полученную теплоту /Кривов В.Г., Синатов С.А. Повышение эффективности дизельных электроустановок путем утилизации отходящей теплоты - Двигателестроение, 1979, 10, с. 14-18/.

Однако для реализации преимуществ таких силовых установок необходимо наличие в непосредственной близости к ним потребителя тепловой энергии.

Известны силовые установки, в которых теплота отработавших газов используется для подогрева воды, которая, превращаясь в пар в испарителе, подается к турбине турбокомпрессора дизеля для совершения дополнительной работы /Кривов В.Г., Синатов С.А. Повышение эффективности дизельных электроустановок путем утилизации отходящей теплоты - Двигателестроение,1979, 10, с. 14-18/. Это позволяет увеличить мощность турбины турбокомпрессора.

Однако резервы повышения экономичности дизеля за счет увеличения мощности турбины турбокомпрессора ограничены, что не позволяет значительно повысить эффективность и экономичность силовой установки. Силовая установка существенно усложняется и требует питания водой из внешнего источника.

Наиболее близкой к заявляемой является силовая установка по авторскому свидетельству СССР 1321880, MПK F 02 G 5/02, 1985, опубл. 07.07.87, бюл. 25.

Силовая установка включает в себя дизель, соединенный с электрическим генератором, котел-утилизатор с топочной камерой, подключенный газовпускным патрубком к выхлопному коллектору дизеля, магистраль подачи питательной воды и теплоизоляционный кожух камеры. Магистраль впуска воздуха в дизель подключена к воздушной рубашке топочной камеры. Каждая из магистралей выполнена в виде двух параллельных перекрываемых ветвей. В одну из ветвей соответствующей магистрали включен водовоздушный теплообменник. Отработавшие газы из выпускного коллектора дизеля по соединительному трубопроводу подаются к выпускному патрубку регистра котла. Регистром отработавшие газы направляются в топочную камеру, в которой, благодаря наличию в них недоиспользованного в дизеле воздуха, осуществляется сгорание подаваемого в котел топлива. Образующиеся дымовые газы отдают свое тепло питательной воде. Воздух в дизель поступает из атмосферы через впускной патрубок кожуха. В цилиндры дизеля поступает подогретый воздух, что улучшает процесс сгорания и повышает температуру отработавших газов.

Однако этой силовой установке присущи следующие недостатки. Эффективное использование установки возможно лишь при наличии в непосредственной близости от нее потребителя тепловой энергии. При отсутствии такового эффективность работы силовой установки такая же, как у дизеля, работающего в ее составе. Вместе с тем, не решается проблема обеспечения топливом силовых установок, работающих в удалении от населенных пунктов, подвоз топлива к которым затруднен.

Изобретение решает задачу повышения эффективности силовых установок, работающих в удалении от потребителей тепловой энергии. Кроме того, изобретение решает задачу получения из углеводородного сырья топлив для дизелей при работе силовых установок в районах, подвоз дизельного топлива в которые затруднен.

Это достигается тем, что силовая установка, содержащая дизель, соединенный с электрическим генератором, топливный бак дизеля, котел-утилизатор, соединенный газовпускным патрубком с выпускным патрубком дизеля, магистраль подачи теплоносителя в котел-утилизатор согласно изобретению снабжена баком для углеводородного сырья, который соединен с магистралью подачи углеводородного сырья в котел-утилизатор, снабжена испарительной колонной, соединенной входным патрубком с патрубком вывода углеводородного сырья из котла-утилизатора, снабжена теплообменником для мазута, полость для углеводородного сырья которого включена в магистраль подачи углеводородного сырья в котел-утилизатор, снабжена охлаждающим теплообменником, причем теплообменники своими входными патрубками соединены соответственно с нижним и верхним выходными патрубками испарительной колонны, а также снабжена баком для мазута и баком для светлых топливных фракций, соединенных с выходными патрубками соответственно теплообменника для мазута и охлаждающего теплообменника, причем воздушные пространства бака для светлых топливных фракций и бака для мазута соединены трубопроводом с впускным патрубком системы питания воздухом дизеля.

Это позволяет использовать в качестве теплоносителя, воспринимающего в котле-утилизаторе теплоту отработавших газов дизеля, углеводородное сырье, которое при прохождении через элементы силовой установки разделяется на мазут и светлые топливные фракции (продукты широкого фракционного состава), пригодные для использования в качестве топлив в дизелях, а также позволяет подавать несконденсировавшиеся пары светлых топливных фракций и мазута во впускной патрубок системы питания дизеля воздухом для использования этих паров в качестве топлива для дизеля.

Наличие баков для углеводородного сырья, светлых топливных фракций и мазута позволяет накапливать и хранить углеводородное сырье и продукты его переработки. Наличие испарительной колонны позволяет осуществлять разделение углеводородного сырья на пары светлых топливных фракций и мазут. В охлаждающем теплообменнике происходит конденсация паров светлых топливных фракций. В теплообменнике для мазута осуществляется передача теплоты от мазута углеводородному сырью, поступающему в котел-утилизатор.

Другим отличием является соединение трубопроводом бака для светлых топливных фракций с топливным баком дизеля силовой установки. Это позволяет использовать светлые топливные фракции в качестве топлива для дизеля силовой установки.

Изобретение поясняется чертежом.

Силовая установка состоит из дизеля 1 с воздушным фильтром 2, впускным патрубком 3, турбокомпрессором 4, выпускным патрубком 5, топливным баком 6, топливными фильтрами грубой 7 и тонкой 8 очистки, топливоподкачивающим насосом 9, топливным насосом высокого давления 10. Дизель соединен с электрическим генератором 11. Выпускной патрубок 5 дизеля соединяется с газовпускным патрубком котла-утилизатора 12. Газовыпускной патрубок котла-утилизатора соединяется с выхлопной трубой 13. Магистраль подачи углеводородного сырья в котел-утилизатор включает насос 14, вентиль регулирования расхода углеводородного сырья 15, полость для углеводородного сырья теплообменника 16 для мазута. Насос 14 соединяется муфтой с валом электродвигателя 17. Магистраль углеводородного сырья котла-утилизатора соединена с входным патрубком испарительной колонны 18. На трубопроводе, соединяющем котел-утилизатор с испарительной колонной, установлен измеритель 19 температуры. Верхний выходной патрубок испарительной колонны соединен с охлаждающим теплообменником 20, имеющим воздушный вентилятор 21, установленный на валу электродвигателя 17. На трубопроводе, соединяющем испарительную колонну с охлаждающим теплообменником, и на трубопроводе подачи углеводородного сырья в теплообменник 16 для мазута установлены манометры 22. Нижний выходной патрубок испарительной колонны соединяется с мазутной полостью теплообменника 16 для мазута. Силовая установка содержит также бак 23 для углеводородного сырья, бак 24 для мазута и бак 25 для светлых топливных фракций. Каждый бак имеет трубку 26 для контроля уровня жидкости в баке. Баки для мазута и светлых топливных фракций имеют сливные патрубки с кранами соответственно 27 и 28. Бак для светлых топливных фракций соединен с топливным баком дизеля трубопроводом 29 с краном 30. Воздушные пространства бака для светлых топливных фракций и бака для мазута соединены с впускным патрубком дизеля трубопроводом 31 с вентилем 32. На трубопроводе слива светлых топливных фракций в бак 25 для светлых топливных фракций имеется смотровое окно 33.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Углеводородное сырье из бака 23 насосом 14, привод которого осуществляется от электродвигателя 17, через вентиль 15 регулирования расхода углеводородного сырья поступает в полость углеводородного сырья теплообменника 16 для мазута, где происходит подогрев сырья за счет теплообмена с горячим мазутом. Далее углеводородное сырье подается в котел-утилизатор 12. Отработавшие газы дизеля 1 из выпускного патрубка 5 поступают в котел-утилизатор 12, где передают часть теплоты углеводородному сырью, температура которого повышается до требуемой величины. Далее отработавшие газы через выхлопную трубу 13 выбрасываются в атмосферу. Из котла-утилизатора нагретое углеводородное сырье подается в испарительную колонну 18. Светлые топливные фракции превращаются в испарительной колонне в пар и поднимаются в ее верхнюю часть, откупа поступают в охлаждающий теплообменник 20, обдуваемый воздухом, который нагнетается вентилятором 21, приводимым в движение от электродвигателя 17. В охлаждающем теплообменнике происходит конденсация паров светлых топливных фракций. После этого жидкие светлые топливные фракции подаются в бак 25 для светлых топливных фракций. Мазут стекает в нижнюю часть испарительной колонны и поступает в мазутную полость теплообменника 16 для мазута, где отдает часть теплоты холодному углеводородному сырью. После этого охлажденный мазут сливается в бак 24 для мазута. Для контроля температуры углеводородного сырья на входе в испарительную колонну, давления паров светлых топливных фракций на выходе из испарительной колонны и давления углеводородного сырья на входе в теплообменник для мазута предусмотрены измеритель 19 температуры и манометры 22. Контроль уровня углеводородного сырья и продуктов его переработки осуществляется с помощью трубок 26. Для наблюдения за агрегатным состоянием светлых топливных фракций, поступающих в бак 25, предусмотрено смотровое окно 33. Поддержание температуры углеводородного сырья на входе в испарительную колонну на требуемом уровне на различных режимах работы дизеля осуществляется регулированием расхода углеводородного сырья вентилем 15. При понижении температуры отработавших газов дизеля силовой установки ниже уровня, обеспечивающего подогрев углеводородного сырья до требуемой температуры, вентиль 15 регулирования расхода углеводородного сырья закрывается.

Отбор готовых продуктов из баков осуществляется по сливным патрубкам с кранами 27 на баке 24 для мазута и 28 на баке 25 для светлых топливных фракций.

При необходимости пополнения запаса топлива в топливном баке 6 дизеля 1 кран 30 переводится в открытое положение и светлые топливные фракции из бака 25 по трубопроводу 29 перетекают в топливный бак 6 дизеля, что позволяет использовать их в качестве топлива для дизеля.

Несконденсировавшиеся пары мазута и светлых топливных фракций из воздушных пространств баков 24 для мазута и 25 для светлых топливных фракций по трубопроводу 31 с вентилем 32 поступают во впускной патрубок 3 дизеля, где перемешиваются с чистым воздухом, образую горючую топливовоздушную смесь. Это позволяет использовать пары мазута и светлых топливных фракций в качестве топлива для дизеля 1 остовой установки. Регулирование расхода паров мазута и светлых топливных фракций осуществляется вентилем 32.

Для обдува воздухом охлаждающего теплообменника 20 может быть использован вентилятор системы охлаждения дизеля. Возможен вариант соединения воздушной полости охлаждающего теплообменника 20 с впускным патрубком 3 дизеля, что позволит использовать для обдува теплообменника 20 воздух, поступающий в дизель.

Регулирование расхода углеводородного сырья может быть автоматизировано путем использования для управления вентилем 15 регулирования расхода углеводородного сырья сигнала от датчика давления наддува или от измерителя 19 температуры углеводородного сырья на входе в испарительную колонну.

Подача углеводородного сырья в установку может осуществляться за счет создания избыточного давления в воздушном пространстве бака 23 для углеводородного сырья, для чего может быть использован воздух, нагнетаемый в дизель турбокомпрессором 4. Подводя этот воздух в воздушное пространство бака 23 для углеводородного сырья, можно обеспечить подачу углеводородного сырья в установку без использования насоса 14.

Гидравлические сопротивления, возникающие при течении отработавших газов в полостях котла-утилизатора, способствуют гашению энергии волн газового потока, что снижает уровень шума выхлопа дизеля и позволяет отказаться от использования глушителя шума.

Изобретение позволяет повысить эффективность силовой установки, работающей в удалении от потребителей тепловой энергии, за счет повышенной утилизации теплоты отработавших газов дизеля, обеспечить дизель силовой установки топливом и создавать запас топлива для обеспечения работы других дизелей при работе силовой установки в районах, подвоз дизельного топлива в которые затруднен. При этом повышается степень автономности работы силовой установки и решается проблема использования несконденсировавшихся паров светлых топливных фракций и мазута, что повышает степень использования продуктов переработки углеводородного сырья и пожарную безопасность установки. Промышленная применимость: силовая установка может быть использована для выработки электрической энергии и получения дизельных топлив и мазута из углеводородного сырья в труднодоступных районах, удаленных от путей доставки топлива, где есть в наличии углеводородное сырье, например в районах, где ведется добыча нефти или газового конденсата.

Формула изобретения

1. Силовая установка, содержащая дизель с системой питания воздухом, соединенный с электрическим генератором, котел-утилизатор, соединенный газовпускным патрубком с выпускным патрубком дизеля, магистраль подачи теплоносителя в котел-утилизатор, отличающаяся тем, что снабжена топливным баком дизеля, баком для мазута, теплообменником для мазута, баком для светлых топливных фракций, баком для углеводородного сырья, используемого в качестве теплоносителя, соединенным с магистралью подачи углеводородного сырья в котел-утилизатор через полость углеводородного сырья теплообменника для мазута, который выходным патрубком соединен с баком для мазута, охлаждающим теплообменником с выходным патрубком, соединенным с баком для светлых фракций, испарительной колонной, соединенной входным патрубком с патрубком вывода углеводородного сырья из котла-утилизатора, верхним выходным патрубком с входным патрубком охлаждающего теплообменника, а нижним выходным патрубком с входным патрубком теплообменника для мазута, причем воздушные пространства бака для светлых топливных фракций и бака для мазута соединены трубопроводом с впускным патрубком системы питания воздухом дизеля.

2. Силовая установка по п. 1, отличающаяся тем, что бак для светлых топливных фракций соединен трубопроводом с топливным баком дизеля силовой установки.

РИСУНКИ

Рисунок 1