專利名稱：用于從廢熱源中提取廢氣熱量同時防止回流和侵蝕的裝置的制作方法
背景技術：
本發明大體涉及廢熱回收系統，更具體地說，涉及用于從其中具有腐蝕性元素的發動機廢氣中回收廢熱的系統。
由較廣范圍的發動機和工業過程產生的廢熱能夠被用來提供許多好處，諸如發電、冷卻和水的加熱。廢熱經常處于熱氣流的形式，熱氣流有時被諸如硫和氯的腐蝕性元素污染。這些元素在其中它們保持在氣態的升高溫度下是相對良性的，但是氣體可能在冷卻器表面上冷凝并且產生酸露點侵蝕(ADC)。
熱氣廢熱流的互相連接經常受限于ADC的存在。例如，為了運行某些廢熱回收裝置，可能希望結合燃燒中等硫燃料的兩個往復式發動機的廢氣流。如果兩個發動機均在運轉，那么就不存在ADC，這是因為發動機部件和排氣管道都高于露點溫度。當發動機中的一個中止時，這種情形就改變了。現在，在運轉的發動機的廢氣的排氣豎道中的更高壓力將產生廢氣到冷的、非運轉的發動機中的回流。冷凝和侵蝕可在冷的表面上很快地發展。
發明概述簡要地說，根據本發明的一個方面，文丘里管放置在多個廢熱源中的每一個內，以便產生低于大氣環境壓力的局部壓力，并且提供風扇，用以將熱氣從歧管中抽出并且通過這些文丘里管、通過熱交換器、到達風扇并且排放到周圍環境中。這樣，當廢熱源中的一個關閉(shut down)時，來自廢熱源中的其它廢熱源的熱氣將不會流到那個廢熱源中，并且不會冷凝而產生侵蝕。
根據本發明的另一個方面，文丘里管中的每一個都具有關聯的止回閥，其允許熱氣從文丘里管通過止回閥排放到周圍環境中，但是不允許周圍環境空氣流流到止回閥內和進入文丘里管。因此，當廢熱源中的一個或多個運轉而排出熱氣、但是風扇沒有運轉時，那么歧管中的低壓狀態將使周圍環境空氣流到風扇內，通過熱交換器并且進入低壓歧管，并且排出止回閥。
根據本發明的又一個方面，跨過每一個止回閥而提供了旁通閥，使得當風扇運轉時，旁通閥可能被打開，以便允許周圍環境空氣的流入，以便淡化來自熱源的廢氣，從而用于降低到達熱交換器的流體的溫度、濃度或露點。
在如在下文中所介紹的圖示中，顯示了優選的實施例；然而，在不背離本發明真實精神和范圍的前提下，可以對其作出各種其它的更改和備選的構造。
附圖簡述
圖1是根據本發明一個實施例的廢熱回收裝置的示意圖。
優選實施例的描述現在參見圖1，顯示了本發明的熱回收系統10，其用于從多個廢熱源12和13中回收廢熱。盡管本發明將按照使用兩個廢熱源12和13來進行介紹，但是應該明白的是，本發明可適用于任何數量的并行運轉的這種系統，或可適用于以單個廢熱源的使用。
本發明的其中一個特征是，允許廢熱源中的一個或多個處于非運轉的狀態，或處于以較低速度運轉的狀態，而其它廢熱源中的一個或多個處于可以更高速度運轉的狀態。通常，在這些狀態中，來自運轉的廢熱源的熱氣存在著遷移到非運轉的廢熱源中的趨勢，其可能在那里冷凝并且產生酸露點侵蝕(ADC)。本發明旨在克服這個難題，以及熱氣在其中廢熱源中的一個或多個處于運轉狀態但是廢熱回收系統沒有運轉的期間遷移到熱交換器中的難題。
回到圖1，廢熱源12和13包括用于從那里排出熱氣的各自的排氣端口14和16。該熱氣通常可能被排放到周圍環境中，因此導致浪費能量并且影響環境。因此，本廢熱回收系統接受在500-1000溫度范圍內的廢氣，將它們應用到廢熱回收裝置中，并且排出在200-350溫度范圍內的所得氣體。
應該認識到，對于典型的往復式發動機而言，在排氣端口14和16中的壓力在運轉期間例如高于大氣壓約1/2英寸水柱的，而其內的壓力對于沒有處于運轉的任何廢熱源而言都基本上等于周圍環境壓力。
各自的文丘里管17和18定位在排氣端口14和16下游，提供它們的目的是為了加速流動并且將壓力降低到低于大氣壓力。也就是說，文丘里管17包括收斂部19、中心部21和發散部22，而文丘里管18包括收斂部23、中心部24和發散部26。文丘里管中心部21和24通過低壓歧管27互相流體連通，并且例如處于比大氣壓要低1/2英寸到5英寸水柱的負壓下。
發散部22和26使廢氣流減速，并且在廢氣流分別進入排氣通道28和29時，產生達到高于周圍環境壓力水平的相關的壓力升高。排氣通道28和29包括各自的止回閥31和32，它們允許廢氣向外流到周圍環境中，但是防止周圍環境空氣流到排氣通道28和29中。
低壓歧管27與熱交換器33流體連通，熱交換器33也與風扇34和周圍環境空氣流體連通。熱交換器33進行運轉，以便將熱量從廢熱排放氣體中移除，并且使用該熱量而借助有機液蘭金循環系統(未示出)等獲得能量。風扇34的作用在于抽吸熱氣，以便使之從低壓歧管27流出、通過熱交換器33并且排放到周圍環境中。
在運轉中，所介紹的系統必須能夠這樣運轉廢熱源12和13中的一個或多個處于運轉中，但是廢熱回收裝置(也就是熱交換器33和風扇34)或者處于運轉模式或者處于非運轉模式。這些運轉狀態中的每一個都將進行討論。
首先，假定廢熱源12處于運轉中，廢熱源13和風扇34關閉。在這些狀態下，排氣端口14中的壓力高于周圍環境壓力很多，而文丘里管中心部21中和低壓歧管27中的壓力低于周圍環境，并且排氣通道28中的壓力高于周圍環境。因此，熱氣將從止回閥31排出，并且因為文丘里管17的中心部21中的壓力小于周圍環境并且文丘里管18中心部24中的壓力基本上等于周圍環境壓力，所以，熱氣將不在歧管27內從文丘里管中心部21流到文丘里管中心部24。另外，由于風扇34處的壓力等于周圍環境壓力，因此周圍環境空氣將傾向于通過風扇34而被吸入、通過熱交換器33并且進入文丘里管17，從而被帶入流出止回閥31的廢氣中。這樣，就防止了熱氣在任何一個非運轉的熱源13或非運轉的熱交換器33中的冷凝。
現在，考慮以下運轉的狀態，其中廢熱源12是以全速運轉的，廢熱源13是以小于全速運轉的，而風扇34是沒有運轉的。在這些狀態下，由各自的文丘里管17和18形成的真空與關聯的源流率有關。也就是說，在文丘里管18內的流率和關聯的真空將比文丘里管17內的要小，使得歧管27內的流動將是從文丘里管18到文丘里管17的。在這些狀態下，由于排氣管道29中的壓力可能高于周圍環境，因此止回閥32可能關閉或可能不關閉，但是，由于文丘里管17和18內存在壓差，因此，文丘里管18內的至少一部分流體將朝著文丘里管17流動，并且因此而被帶入到將通過止回閥31排出的文丘里管17的廢氣流中。因此，流體在任何情形下都不能夠傳送到任何流量限制件的上游并因此進入廢氣源中。這個特征確保了當廢熱回收裝置沒有接合時，運轉的、節流的或不運轉的廢氣源的任何組合將不會受到ADC。
現在，考慮以下運轉的狀態，其中廢熱源中的一個或多個是運轉的，并且風扇34是運轉的，以便借助熱交換器33提取熱。為此，風扇34設計成用以提供足夠的吸力，以便克服出現在文丘里管17和18內的最高的局部真空。在這種運轉模式下，止回閥31和32將被關閉，而來自每一個源12和13的廢氣都將從文丘里管17和18中抽出，并且通過歧管27，并且然后在被風扇34排放到大氣中之前通過熱交換器33。在這個狀態下，在歧管27內將總是存在真空，而風扇34將總是克服該真空，以便在風扇34處于運轉時，流體將總是離開每一個廢熱源，而不管廢熱源是否是活動的或不活動的。該特征因此確保了當廢熱回收裝置接合時，任何運轉的、節流的或不運轉的廢氣源的任何組合將不會受到ADC。
已經認識到，在一些情況下，可能需要用周圍環境空氣來淡化來自源的廢氣，以便降低到達熱交換器33的流體的溫度、濃度或露點。通過使用分別與排氣通道28和29相關聯的旁通閥36和37，就可以容易地實現這一點。在其中熱回收裝置未啟用(即當風扇34關閉時)期間，旁通閥36和37將不起作用，這是由于它們與各自的打開的止回閥31和32并聯。然而，當風扇34運轉、并且當旁通閥36和/或37中的一個或多個是打開的時，真空將用來關閉止回閥31和32。大氣空氣將然后流過旁通閥，并且與在文丘里管和歧管27中的任何活動的廢氣源流相混合。通過對旁通閥36或37進行適當的尺寸設定或控制，可產生處于排氣端口14和16與大氣環境閥的溫度、濃度或露點之間的任何溫度、濃度或露點，以便滿足所希望的用于熱交換器33的入口狀態。
盡管已經參照附圖中所示的優選實施例對本發明進行了具體的顯示和介紹，但是本領域技術人員應該明白的是，在不背離由權利要求限定的本發明的精神和范圍的前提下，可以在其中作出各種細節變化。
權利要求
1.一種與具有廢氣的至少一個廢熱源結合的熱回收系統，所述廢氣包含腐蝕性元素，所述腐蝕性元素如果被允許在相關聯的裝置中冷凝的話，則是有害于所述裝置的，所述熱回收系統包括排氣端口，其與所述至少一個廢熱源中的各自的一個流體連通，以便從那里傳輸廢氣流；文丘里管，其與所述排氣端口中的各自的一個流體連通，所述文丘里管適于增加從中通過的廢氣的流速，并且因此將其內的壓力降低到低于周圍環境壓力的水平；低壓歧管，其與所述文丘里管流體連通，用于接收處于低于周圍環境壓力的壓力下的所述廢氣流；熱交換器，其與所述歧管流體連通；風扇，其與所述熱交換器流體連通，用于從所述文丘里管中抽出氣體并且通過所述歧管和所述熱交換器，而排放到周圍環境中；以及止回閥，其與所述文丘里管中的各自的一個流體連通，用于允許氣體從所述文丘里管排到周圍環境中，但是不允許周圍環境空氣流流到所述文丘里管內。
2.根據權利要求1所述的熱回收系統，其特征在于，所述至少一個廢熱源包括多個廢熱源，并且所述多個廢熱源中的至少一個在與所述多個廢熱源中的另一個不同的壓力下運轉。
3.根據權利要求1所述的熱回收系統，其特征在于，所述至少一個熱源包括多個廢熱源，并且所述多個廢熱源中的至少一個在另一個運轉時是關閉的。
4.根據權利要求1所述的熱回收系統，其特征在于，所述風扇設計成用于提供足以克服所述歧管內的所述低壓的吸力，使得產生從所述歧管到所述風扇的熱氣流。
5.根據權利要求1所述的熱回收系統，其特征在于，當所述風扇沒有處于運轉時，所述歧管內的低壓足以使周圍環境空氣通過所述風扇并且通過所述熱交換器而被吸入，并且然后被帶入從所述文丘里管排出的氣體中。
6.根據權利要求1所述的熱回收系統，其特征在于，包括與所述文丘里管中的至少一個的下游側流體連通的旁通閥，所述文丘里管選擇性地打開，以便在所述風扇運轉的期間提供周圍環境空氣到所述至少一個文丘里管中的流動。
7.一種用于從多個廢熱源中提取廢熱的裝置，所述廢熱源中的至少一個在另一個可運轉時是不可運轉的，所述裝置包括多個排氣端口，其中每一個都從熱源延伸，用于從其各自的廢熱源中傳輸熱氣流；多個文丘里管，其中每一個文丘里管都與所述排氣端口中的一個流體連通，并且是可操作的，以便產生達到低于周圍環境壓力水平的壓力降低；低壓歧管，其與所述多個文丘里管中的每一個都流體連接，以便在它們之間提供流體連通；與所述歧管流體連通的熱交換器；與所述熱交換器流體連通的風扇，用于從所述歧管中抽出氣體并且通過所述風扇到達周圍環境；和多個止回閥，其中每一個止回閥都與所述文丘里管中的一個流體連通，用于允許氣體從所述文丘里管排放到周圍環境中，但是不允許周圍環境空氣流到所述文丘里管中。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述多個廢熱源中的至少一個在與所述多個熱源中的另一個不同的壓力下運轉。
9.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述多個廢熱源中的至少一個在另一個運轉時是關閉的。
10.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述風扇設計成用以提供足以克服所述歧管內的低壓的吸力，以便導致熱氣流從所述歧管流到所述風扇。
11.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，當所述風扇不在運轉中時，所述歧管中的低壓足以使周圍環境空氣通過所述風扇吸入且通過所述熱交換器，并且然后被帶入到從所述文丘里管排出的氣體中。
12.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，包括連接在所述文丘里管中的至少一個的下游端的旁通閥，所述旁通閥選擇性地操作，以便在其中所述風扇處于運轉中的期間允許周圍環境空氣通過并進入所述文丘里管中。
13.一種用于防止在廢熱回收系統中的酸露點侵蝕的方法，所述系統具有至少一個廢熱源，并且適于為了廢熱回收目的而將熱氣從排氣端口排放到熱交換器中，所述方法包括步驟提供將所述排氣端口與歧管流體連通的文丘里管，用于將所述歧管中的氣體的壓力降低到低于周圍環境壓力的水平；提供在所述熱交換器下游的風扇，用于從所述歧管中抽出所述熱氣，通過所述熱交換器，然后到達所述風扇，從而排放到周圍環境中；以及提供與所述文丘里管的下游端流體連通的止回閥，以便在其中所述風扇不運轉的期間允許熱氣從所述文丘里管排放到周圍環境中。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一個廢熱源包括多個廢熱源，其中任何一個廢熱源都可以在比另一個廢熱源要低的壓力下運轉。
15.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一個廢熱源包括多個廢熱源，其中至少一個廢熱源可在其中另一個廢熱源運轉的期間關閉。
16.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，包括另外的步驟當所述至少一個熱源排放熱氣時，關閉所述風扇，以便使所述歧管通過所述風扇和所述熱交換器吸入周圍環境空氣，而使周圍環境空氣被帶到從所述文丘里管排出的氣體中。
17.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，包括步驟提供在所述文丘里管下游端的旁通閥，用于在其中所述風扇處于運轉中的期間，選擇性地允許周圍環境空氣流到所述文丘里管中。
全文摘要
在其中熱交換器從發動機廢氣中導出熱量的廢熱回收系統中，文丘里管與發動機的排氣端口流體連通，以便因此增加流率，并且降低在歧管中的壓力，該歧管流體連通地連接在文丘里管和熱交換器之間。熱交換器的下游提供有風扇，以便將熱氣從歧管中抽出、通過熱交換器，并且將其排出到周圍環境中。但是，在其中發動機處于運轉過程中而風扇沒有運轉時，低壓歧管將通過風扇并且通過熱交換器而將周圍環境空氣吸入，其中周圍環境空氣然后被帶入到從文丘里管下游的排氣通道排出的廢氣中。在一個實施例中，提供了多個熱源，其中每一個熱源都具有其自身的且連接到公共低壓歧管上的文丘里管。
文檔編號F28F27/02GK101094972SQ200580044886
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月13日 優先權日2004年12月27日
發明者T·D·拉德克利夫, D·麥科爾米克, W·小比爾鮑夫 申請人:Utc電力公司