專(zhuān)利名稱：用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種廢熱利用與減排裝置，尤指一種用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾 氣的廢熱利用與減排裝置。
背景技術(shù)：
目前石油鉆井作業(yè)大多釆用一臺(tái)或多臺(tái)內(nèi)燃機(jī)合力帶動(dòng)鉆機(jī)和泥槳泵，來(lái) 滿足生產(chǎn)動(dòng)力所需。但除了生產(chǎn)動(dòng)力所需外，其熱能所需主要包括有井臺(tái)熱水 吹掃、鉆具清洗、各類(lèi)保溫、宿營(yíng)釆暖、洗洛用熱、炊事用熱等，在以往其熱
能所需主要靠蒸發(fā)量為1T/h的鍋爐來(lái)滿足，這不僅要耗費(fèi)燃料，同時(shí)將造成排 放污染。而石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)在滿足了作業(yè)中所需的生產(chǎn)動(dòng)力后，在工作過(guò)程 中還會(huì)產(chǎn)生大量的尾氣，并且該尾氣的溫度在450度以上，若經(jīng)熱交換處理產(chǎn) 生蒸汽的話可以產(chǎn)生0.2MPa的飽和蒸汽1T/h，而目前動(dòng)力燃機(jī)的尾氣是未予 利用直接進(jìn)行排放，造成了熱量的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種能充分回收利用內(nèi)燃機(jī)排放的尾氣熱量的 廢熱利用與減排裝置。
本發(fā)明中用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置包括有蒸汽發(fā) 生器、汽水分離器、除氧器、集水缸、水處理設(shè)備、給水箱及熱量使用裝置， 所述蒸汽發(fā)生器的進(jìn)氣口經(jīng)管道、閥門(mén)與內(nèi)燃機(jī)的尾氣輸出口連通，所述蒸汽 發(fā)生器內(nèi)螺旋形盤(pán)管的輸入端與輸出端分別通過(guò)管道連通所述汽水分離器的給 水輸出端和汽水混合物輸入端，所述汽水分離器的蒸汽輸出口經(jīng)管道、閥門(mén)及 疏水器連通所述熱量使用裝置，同時(shí)所述汽水分離器的給水輸入口、熱水輸出 口均連通所述除氧器，而所述除氧器又通過(guò)管道依次連通所述水處理設(shè)備、給 4水箱、集水缸，同時(shí)所述集水缸用于收集回收所述汽水分離器、熱量使用裝置 在運(yùn)輸蒸汽過(guò)程中經(jīng)疏水器排出的凝結(jié)水及所述除氧器產(chǎn)生的凝結(jié)水，所述螺 旋形盤(pán)管內(nèi)水、汽的流經(jīng)方向與所述內(nèi)燃機(jī)輸出的尾氣流經(jīng)所述蒸汽發(fā)生器的 方向相反。
所述蒸汽發(fā)生器包括有密封圓桶形的殼體及設(shè)置在所述殼體內(nèi)部的所述螺 旋形盤(pán)管，所述殼體的上部、下底部設(shè)置有所述出氣口和進(jìn)氣口。
所述螺旋形盤(pán)管為由一根光鋼管連續(xù)環(huán)繞并交錯(cuò)疊置而成，即由一根光管 從里到外，再由從外到里，接著從里到外依次從下往上或從上往下的方式環(huán)繞 而成，并在上下兩端設(shè)置有延伸出所述殼體的輸入端與輸出端。
所述螺旋形盤(pán)管由多根相對(duì)較短的光管先連續(xù)環(huán)繞并交錯(cuò)疊置成螺旋形盤(pán) 管單元，即每根光管從里到外，再由從外到里，接著從里到外依次從下往上或 從上往下的方式環(huán)繞成所述螺旋形盤(pán)管單元，再將每根鋼管的首尾端依次焊接 密封，形成由多級(jí)螺旋形盤(pán)管單元串聯(lián)而成的螺旋形盤(pán)管。
所述熱量使用裝置包括有吹掃噴頭、供暖系統(tǒng)、管線伴熱、罐體保溫及蓄
執(zhí)器
m、節(jié)P"。
所述蓄熱器由多個(gè)依次串聯(lián)的蓄熱罐連接而成。
所述疏水器在內(nèi)部中空部位的一端形成有汽液分離腔室，同時(shí)在所述疏水 器內(nèi)部的中空部位形成有用于連通所述汽液分離腔室與外界，且直徑由小逐漸 增大的至少三級(jí)射孔，在所述射孔的一端周?chē)椅挥谒銎悍蛛x腔室內(nèi)形成 有迎流錐。
所述射孔位于疏水器最外端的孔徑大于等于所述汽液分離腔室的直徑。 所述汽水分離器為具有受控水位的在蒸汽壓力下的一個(gè)容器，該容器不僅 能從蒸汽和水的混合物中分離出蒸汽和水，而且能提供熱量去預(yù)熱給水，所述 汽水分離器通過(guò)內(nèi)置的固定式葉片系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)蒸汽和水的分離，使分離后的干 蒸汽從所述容器的頂部輸出，在所述汽水分離器的邊上安裝有疏水器，使汽水 混合物中分離出的熱水返回集水缸，提供預(yù)熱給水。
本發(fā)明中用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置配有自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以安全可靠、靈活方便的實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)尾氣的熱量的充分利用與回收。 該控制系統(tǒng)功能強(qiáng)大、人機(jī)界面友好、可適應(yīng)惡劣環(huán)境的使用。


圖1為本發(fā)明中廢熱利用與減排裝置的示意圖； 圖2為本發(fā)明蒸汽發(fā)生器中內(nèi)盤(pán)旋管的結(jié)構(gòu)示意圖一； 圖3為本發(fā)明蒸汽發(fā)生器中內(nèi)盤(pán)旋管的結(jié)構(gòu)示意圖二； 圖4為本發(fā)明中疏水器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明中的具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖l所示，本發(fā)明中用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置 包括有蒸汽發(fā)生器l、汽水分離器2、除氧器3、集水缸4、水處理設(shè)備5、給 水箱6、熱量使用裝置7及連接在管道中的多個(gè)閥門(mén)8和多個(gè)疏水器9。其中
蒸汽發(fā)生器1包括有密封圓桶形的殼體15，在殼體15的上部、下底部分 別設(shè)置有能使內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的尾氣輸出及進(jìn)入的出氣口 13與進(jìn)氣口 14,同時(shí)在 殼體15內(nèi)設(shè)置有螺旋形盤(pán)管10,如圖2和圖3所示，該螺旋形盤(pán)管IO可以由 一根光鋼管在消除應(yīng)力后連續(xù)環(huán)繞并交錯(cuò)疊置而成，即由一根光管從里到外， 再由從外到里，接著從里到外依次從下往上或從上往下的方式環(huán)繞成，為單根 的連續(xù)性盤(pán)管，并在上、下兩端設(shè)置有延伸出殼體15外的輸入端11與輸出端 12。利用該特制的螺旋形盤(pán)管IO可以實(shí)現(xiàn)自由膨脹，從而可以與進(jìn)入殼體15 內(nèi)的尾氣進(jìn)行充分的熱交換，充分吸收尾氣中的熱量，使進(jìn)入螺旋形盤(pán)管10 內(nèi)的水轉(zhuǎn)換成飽和的蒸汽，可以滿足生產(chǎn)及生活的各種需求。
本發(fā)明中的螺旋形盤(pán)管IO為了減化加工工藝及能消除應(yīng)力，也可以由多根 相對(duì)較短的光管先連續(xù)環(huán)繞并交錯(cuò)疊置成螺旋形盤(pán)管單元，再將每根鋼管的首 尾端依次焊接密封，從而形成由多級(jí)螺旋形盤(pán)管單元串聯(lián)而成的螺旋形盤(pán)管。
汽水分離器2為具有受控水位的在蒸汽壓力下的一個(gè)容器，該容器不僅能從蒸汽和水的混合物中分離出蒸汽和水，而且能提供熱量去預(yù)熱給水，其中預(yù)
熱給水經(jīng)汽水分離器2的給水輸出端21及泵25進(jìn)入螺旋形盤(pán)管10的輸入端 11，即給水輸出端21經(jīng)泵25與螺旋形盤(pán)管10的輸入端11連通，預(yù)熱給水在 螺旋形盤(pán)管10內(nèi)與尾氣熱交換后產(chǎn)生蒸汽與水的混合物，經(jīng)由輸出端12、及 與輸出端12連通的汽水分離器2的汽水混合物輸入端22進(jìn)入汽水分離器2內(nèi)， 并通過(guò)汽水分離器2內(nèi)置的固定式葉片系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)蒸汽和水的分離，使分離后的 干蒸汽從容器的頂部即蒸汽輸出口 20輸出，而分離出的熱水經(jīng)熱水輸出口 23 進(jìn)入除氧器3，為除氧器3預(yù)熱給水提供所需的熱量。同時(shí)除氧器3又能將由 水處理設(shè)備5提供的給水經(jīng)除氧處理后提供給汽水分離器2的給水輸入口 24， 進(jìn)入汽水分離器2內(nèi)，進(jìn)一步提供給蒸汽發(fā)生器l。
在汽水分離器2的蒸汽輸出口 20外的管道上安裝有蒸汽疏水器9，可以分 離出蒸汽中的凝結(jié)水，蒸汽疏水器9用管道與集水缸4連通，可以回收凝結(jié)水， 再由集水缸4將回收的凝結(jié)水返回到給水箱6，提供系統(tǒng)給水，還可用于洗浴 用水、炊事用熱水、吹掃噴頭等生活所需。由于汽水分離器2僅僅使用其分離 功能，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是容易實(shí)現(xiàn)的，因此不再另行說(shuō)明。
除氧器3為大氣熱力式除氧，去除氧氣和不可冷凝的氣體，預(yù)熱的溫度為 95'C左右。
集水缸4用于收集各蒸汽疏水器9、熱量使用裝置7分離出的凝結(jié)熱水或 在使用過(guò)程中產(chǎn)生的凝結(jié)水。同時(shí)除氧器3也備有連接至集水缸4的管路，即 集水缸4經(jīng)管道分別與每個(gè)蒸汽疏水器9、熱量使用裝置7及除氧器3連通。
水處理設(shè)備5是向水中加入定量的化學(xué)藥劑的專(zhuān)用設(shè)備，對(duì)水進(jìn)行凈化、 軟化處理，由于此水處理設(shè)備5、除氧器3、集水缸4等設(shè)備均為現(xiàn)有技術(shù)，因 此對(duì)其結(jié)構(gòu)與原理不再另行說(shuō)明。
給水箱6用于儲(chǔ)存給水，并作為補(bǔ)水的存放設(shè)備。給水箱6通過(guò)管道、閥 門(mén)與集水缸4及熱量使用裝置7連通，用于回收蒸汽輸送過(guò)程中排出來(lái)的凝結(jié) 水，實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水的回收利用，從而充分利用熱能。
熱量使用裝置7包括有吹掃噴頭70、供暖系統(tǒng)71、蓄熱器72、管線保溫73、罐體保溫74等等，這些熱量使用裝置7通過(guò)閥門(mén)8、管道、集汽缸75與 汽水分離器2頂部的蒸汽輸出口 20連通，使汽水分離器2分離出的干蒸汽用于 生產(chǎn)與生活方面的熱量所需，而在使用后產(chǎn)生的凝結(jié)水直接回到集水缸4或給 水箱6。
如圖4所示，疏水器9呈中空的圓柱狀，在疏水器9內(nèi)部中空部位的一端 形成有汽液分離腔室卯，同時(shí)在疏水器9內(nèi)部的中空部位形成有用于連通汽液 分離腔室卯與連通集水缸4的管道，且直徑由小逐漸增大的至少三級(jí)射孔91, 該射孔91的截面呈圓形，相鄰兩級(jí)射孔之間形成的端面93為傾斜面，便于凝 結(jié)水的輸出。在射孔91的一端周?chē)椅挥谄悍蛛x腔室90內(nèi)形成有迎流錐92。
另，為了能更好的導(dǎo)出凝結(jié)水，可以使射孔91位于疏水器9最外端的孔徑 大于等于汽液分離腔室90的直徑，以及為了進(jìn)一步增加汽液分離腔室90內(nèi)蒸 汽的壓力，可以在汽液分離腔室90的內(nèi)底部沿周壁形成有擴(kuò)壓槽94。
在疏水器9與蒸汽輸送主管道之間可以連接有一過(guò)濾器lll，該過(guò)濾器111 與疏水器9之間可以是法蘭、螺紋等可拆卸的連接，也可以是焊接接口等固定 連接。同時(shí)疏水器9也可以直接通過(guò)法蘭、螺紋等與汽水分離器2可拆卸的連 接，也可以是焊接接口等固定連接。該過(guò)濾器111呈Y形，在Y形的分支lOl 中設(shè)置有能夠拆卸、并進(jìn)行清洗的過(guò)濾網(wǎng)110。
本發(fā)明中的廢熱利用與減排裝置將來(lái)自動(dòng)力內(nèi)燃機(jī)的尾氣進(jìn)入蒸汽發(fā)生器 1的殼體后，在尾氣壓力和自生通風(fēng)力的作用下，從殼體自下而上流經(jīng)蒸汽發(fā) 生器l，且尾氣在內(nèi)置的螺旋形盤(pán)管IO的作用下形成強(qiáng)有力的湍流流動(dòng)，消除 跗面層的影響，增大換熱系數(shù)。同時(shí)，在擴(kuò)容與彈性降噪的作用下降低噪音。
在尾氣輸入蒸汽發(fā)生器1的同時(shí)給水箱6往水處理設(shè)備5給水，由水處理 設(shè)備5進(jìn)行軟化處理后進(jìn)入除氧器3,由除氧器3對(duì)給水進(jìn)行預(yù)熱并作除氧處 理，使給水溫度在95。C左右，經(jīng)除氧器3除氧后的預(yù)熱給水進(jìn)入汽水分離器2， 進(jìn)一步進(jìn)入蒸汽發(fā)生器l的螺旋形盤(pán)管10，與尾氣進(jìn)行逆流換熱，預(yù)熱給水在 螺旋形盤(pán)管10中形成雙旋渦流，進(jìn)一步強(qiáng)化換熱。在螺旋形盤(pán)管10內(nèi)獲得充 分熱量的水形成飽和的蒸汽與水的混合物，重新進(jìn)入汽水分離器2，在汽水分離器2內(nèi)部固定式葉片系統(tǒng)的作用下分離出飽和蒸汽，由頂部蒸汽輸出口 20 進(jìn)入熱量使用裝置7，即可以分別供給吹掃噴頭70、設(shè)備保溫71、以及蓄熱器 72。其中吹掃主要用于井臺(tái)吹掃、泥漿配料、清掃鉆具與套管絲扣、清掃接頭、 大鉗、閘閥等油污、清掃鉆具游動(dòng)系統(tǒng)設(shè)備油污及液控系統(tǒng)清掃。同時(shí)，對(duì)鉆 井平臺(tái)控制與操作室供暖、對(duì)儲(chǔ)備油罐加熱保溫、對(duì)壓縮空氣罐、管路、生產(chǎn) 用水罐及管線進(jìn)行保溫、防凍。而在蓄熱工況下，由汽水分離器2輸出來(lái)的蒸 汽也可以進(jìn)入高溫蓄熱器72,該蓄熱器72可以由多個(gè)蓄縶熱罐依次串聯(lián)形成 蓄熱器組，對(duì)熱量進(jìn)行儲(chǔ)存，而在需要時(shí)再進(jìn)行利用。
另，本發(fā)明中用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置還進(jìn)一步 包括有在應(yīng)急狀態(tài)時(shí)能夠臨時(shí)使用的電熱蒸汽發(fā)生器30，以便在尾氣供應(yīng)不足 或停止時(shí)可以臨時(shí)起用。
本發(fā)明中還配有自動(dòng)控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。
綜上所述，本發(fā)明中的廢熱利用與減排裝置可以有效地實(shí)現(xiàn)熱量的回收利用。
權(quán)利要求
1、一種用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置，其包括有蒸汽發(fā)生器、汽水分離器、除氧器、集水缸、水處理設(shè)備、給水箱及熱量使用裝置，其特征在于，所述蒸汽發(fā)生器的進(jìn)氣口經(jīng)管道、閥門(mén)與內(nèi)燃機(jī)的尾氣輸出口連通，所述蒸汽發(fā)生器內(nèi)螺旋形盤(pán)管的輸入端與輸出端分別通過(guò)管道連通所述汽水分離器的給水輸出端和汽水混合物輸入端，所述汽水分離器的蒸汽輸出口經(jīng)管道、閥門(mén)及疏水器連通所述熱量使用裝置，同時(shí)所述汽水分離器的給水輸入口、熱水輸出口均連通所述除氧器，而所述除氧器又通過(guò)管道依次連通所述水處理設(shè)備、給水箱、集水缸，同時(shí)所述集水缸用于收集回收所述汽水分離器、熱量使用裝置在運(yùn)輸蒸汽過(guò)程中經(jīng)疏水器排出的凝結(jié)水及所述除氧器產(chǎn)生的凝結(jié)水，所述螺旋形盤(pán)管內(nèi)水、汽的流經(jīng)方向與所述內(nèi)燃機(jī)輸出的尾氣流經(jīng)所述蒸汽發(fā)生器的方向相反。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置，其特征在于，所述蒸汽發(fā)生器包括有密封圓桶形的殼體及設(shè)置在所述殼體內(nèi)部的所述螺旋形盤(pán)管，所述殼體的上部、下底部設(shè)置有所述出氣口和進(jìn)氣口。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置，其特征在于，所述螺旋形盤(pán)管為由一根光鋼管連續(xù)環(huán)繞并交錯(cuò)疊置而成，即由一根光管從里到外，再由從外到里，接著從里到外依次從下往上或從上往下的方式環(huán)繞而成，并在上下兩端設(shè)置有延伸出所述殼體的輸入端與輸出端。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置，其特征在于，所述螺旋形盤(pán)管由多根相對(duì)較短的光管先連續(xù)環(huán)繞并交錯(cuò)疊置成螺旋形盤(pán)管單元，即每根光管從里到外，再由從外到里，接著從里到外依次從下往上或從上往下的方式環(huán)繞成所述螺旋形盤(pán)管單元，再將每根鋼管的首尾端依次焊接密封，形成由多級(jí)螺旋形盤(pán)管單元串聯(lián)而成的螺旋形盤(pán)管。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置，其特征在于，所述熱量使用裝置包括有吹掃噴頭、供暖系統(tǒng)、管線伴熱、罐體保溫及蓄熱器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置，其特征在于，所述蓄熱器由多個(gè)依次串聯(lián)的蓄熱罐連接而成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置，其特征在于，所述疏水器在內(nèi)部中空部位的一端形成有汽液分離腔室，同時(shí)在所述疏水器內(nèi)部的中空部位形成有用于連通所述汽液分離腔室與外界，且直徑由小逐漸增大的至少三級(jí)射孔，在所述射孔的一端周?chē)椅挥谒銎悍蛛x腔室內(nèi)形成有迎流錐。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置，其特征在于，所述射孔位于疏水器最外端的孔徑大于等于所述汽液分離腔室的直徑。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置，其特征在于，所述汽水分離器為具有受控水位的在蒸汽壓力下的一個(gè)容器，該容器不僅能從汽水混合物中分離出蒸汽和水，而且能夠提供熱量用于預(yù)熱給水，該汽水分離器通過(guò)內(nèi)置的固定式葉片系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)蒸汽和水的分離，使分離后的干蒸汽從所述容器的頂部輸出，在所述汽水分離器的邊上安裝有疏水器，使蒸汽中分離出的熱水返回集水缸，提供預(yù)熱給水。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置，其特征在于，還進(jìn)一步包括有在應(yīng)急狀態(tài)時(shí)能夠臨時(shí)使用的電熱蒸汽發(fā)生器。
全文摘要
一種用于石油鉆井動(dòng)力燃機(jī)尾氣的廢熱利用與減排裝置包括有蒸汽發(fā)生器、汽水分離器、除氧器、集水缸、水處理設(shè)備、給水箱及熱量使用裝置。蒸汽發(fā)生器的進(jìn)氣口經(jīng)管道、閥門(mén)與內(nèi)燃機(jī)的尾氣輸出口連通，蒸汽發(fā)生器內(nèi)螺旋形盤(pán)管的輸入端與輸出端分別連通所述汽水分離器的給水輸出端和汽水混合物輸入端，汽水分離器的蒸汽輸出口連通熱量使用裝置，同時(shí)汽水分離器的給水輸入口、熱水輸出口均連通除氧器，而除氧器又通過(guò)管道依次連通水處理設(shè)備、給水箱、集水缸，同時(shí)集水缸用于收集回收汽水分離器、熱量使用裝置在運(yùn)輸蒸汽過(guò)程中經(jīng)疏水器排出的凝結(jié)水及除氧器產(chǎn)生的凝結(jié)水，螺旋形盤(pán)管內(nèi)水、汽的流經(jīng)方向與所述內(nèi)燃機(jī)輸出的尾氣流經(jīng)所述蒸汽發(fā)生器的方向相反。
文檔編號(hào)F02G5/02GK101660463SQ20091009304
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者孫賓來(lái), 張貴喜, 房震宇, 李東明, 李寶山, 王鈺潔, 鄒士毅, 陳保東 申請(qǐng)人:中能紀(jì)(北京)國(guó)際科技有限公司