專利名稱：可移動式廢熱發(fā)電設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于生產蒸汽和電力的可移動式廢熱發(fā)電設備。
發(fā)明的
背景技術：
為城鎮(zhèn)、工廠等服務的電力和/或蒸汽公共供能系統(tǒng)的容量和/或效率有時不足以完全地和/或有效地滿足對這些系統(tǒng)所提出的電力和/或蒸汽動力的需求?，F有的電力和/或蒸汽公用供能系統(tǒng)的這種不足和/或低效率可能例如是由于低效率的設計，系統(tǒng)故障、自然災害，需求的迅速增加，沒能預見的例外的高需求期以及其它一些情況所造成的。
目前存在著一種對輔助供電系統(tǒng)的需求，這種輔助供電系統(tǒng)可以方便地和迅速地安裝，并且(a)對現有的工業(yè)或城市公用供能系統(tǒng)增補電力和/或蒸汽的輸出量，和/或(b)改進現有公用供能系統(tǒng)的總體能量效率。此外，存在有一種對剛才所述類型的輔助供電系統(tǒng)的需求，該供電系統(tǒng)能夠被快速和方便地傳輸到基本上任何所要求的地方。尤其存在對一種對剛才所述類型的輔助供能系統(tǒng)的需求，即這種系統(tǒng)能快速和方便地傳輸到遠距離的內陸地方。
發(fā)明概要本發(fā)明提供一種廢熱發(fā)電設備，它包括用于運送廢熱發(fā)電設備的運輸裝置，該裝置包括一個支架；安裝在該支架上的、用于產生電流的發(fā)電機裝置；安裝在該支架上的用于驅動發(fā)電機裝置的驅動裝置，該驅動裝置在其運行時產生一種廢氣；以及安裝在該支架上的用于從廢氣中回收熱量的熱量回收裝置。本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備也最好包括(a)一個廢氣排放裝置，用于在至少一部分廢氣進入該熱量回收裝置之前將該部分廢氣排放掉，(b)一個轉向裝置，用于有選擇性地將所述部分的廢氣轉向到廢氣排放裝置中。
在本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備中使用的轉向裝置最好具有這樣的特征一個具有一進口和一出口的殼體；一個可轉動地安裝在殼體中的閥件支承件；一個設置在殼體中的閥件；和一個用于使閥體與閥件支承件相聯的轉動裝置，以使得閥件能相對于閥件支承件沿大致任何方向轉動到至少某一程度范圍。轉動裝置最好包括一個球形支承組件，它有一個與閥支承件相連接的第一部分和與閥件連接的第二部分。
轉向裝置最好進一步有這樣的特征(a)該殼體也包含一第二出口；(b)閥件可以通過轉動閥件支承件來定位，以便有選擇性地密封出口，以使得在閥件定位到完全關閉出口中的一個所選擇的出口位置時，另一個出口則是開啟的；(c)閥件可定位到至少每個出口是部分地開啟的；(d)當將閥件定位到關閉第一出口時，轉動裝置在必要時可以使閥件相對于閥件支承件轉動，以使得閥件基本上完全接觸一第一出口密封件；(d)當閥件定位到關閉第二出口時，轉動裝置在必要時可以使閥件相對于閥件支承件轉動，以使得閥件基本上完全接觸一第二出口密封件；(e)第一出口密封件安置在殼體中，以使得該第一出口密封件基本上完全包圍著第一出口；和(f)第二出口密封件安置在殼體中，以使得該第二出口密封件基本上完全包圍著第二出口。
在本發(fā)明的設備中使用的熱量回收裝置最好是一個鍋爐，其特征是它包括一個具有一個進口和一個出口的殼體；一個第一蒸汽鍋筒；一個第二蒸汽鍋筒；一個第一組鍋爐豎直管，它們設置在鍋爐殼體之中；一個第二組鍋爐豎直管，它們設置在鍋爐殼體之中；管道部件，用于(a)將水從至少其中一個蒸汽鍋筒傳送到第一組鍋爐管；(b)在蒸汽鍋筒之間傳送水；(c)將水從至少其中一個鍋筒傳送到第二組鍋爐管；(d)將蒸汽從第一組鍋爐管傳送到至少其中一個鍋筒，和(e)將蒸汽從第二組鍋爐管傳送到至少其中一個鍋筒中。
在鍋爐中使用的管道裝置最好包括用于將水從至少其中一個鍋筒傳送到第一組鍋爐管的一第一管道裝置；用于將水在鍋筒之間傳送并將水傳送到第二組鍋爐管的第二管道裝置；用于將蒸汽從第一組鍋爐管傳送到至少其中一個鍋筒的一第三管道裝置；和用于將蒸汽從第二組鍋爐管傳送到至少其中一個鍋筒的第四管道裝置。第三管道裝置最好是可運行用來將在第一組鍋爐管中產生的大致所有的蒸汽供給到其中一個鍋筒中，以使得第一組鍋爐管中產生的蒸汽沒有被第三管道裝置傳送到另一個鍋筒中。類似地，第四管道裝置最好可運行用來將在第二組鍋爐管中產生的大致所有的蒸汽供給到所述鍋筒的另一個之中，以使得第二組鍋爐管中產生的蒸汽沒有被第四管道裝置傳送到其中所述的鍋筒中。
在本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備中使用的鍋爐最好進一步包括一個設置在殼體中的用于使蒸汽過熱的過熱裝置。此外，第一組鍋爐管最好包括(a)至少一個設置在殼體的進口和過熱器裝置之間的豎直管，(b)至少一個設置在過熱器裝置和殼體的出口之間的豎直管。此外，第二組鍋爐管最好包括(a)至少一個設置在殼體的進口和過熱器裝置之間的豎直管；(b)至少一個設置在過熱器裝置和殼體的出口之間的豎直管。
本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備一般地包括所有用于產生供給工業(yè)或城市用能設施的高壓蒸汽和電力所需要的設備。在工業(yè)或城市用能場所安裝本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備是通過將一個燃料(例如天然氣或二號燃油)供給線連接到本發(fā)明的設備上，并將本發(fā)明設備的蒸汽和電力產品的出口連接到用能設施的蒸汽和電力系統(tǒng)上來實現的。此外，本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備可以迅速和方便地運輸到基本上卡車能夠達到的任何地方。
由于其新穎的設計，在本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備中采用的鍋爐(a)使用較小的、尺寸相同的蒸汽鍋筒，和(b)提供了一個很高的有效傳熱面積。因此，新穎的鍋爐就達到重量輕，并且能很好地使用于運輸裝置上可用的有限空間中。
在本發(fā)明設備中使用的轉換裝置基本上克服了現有技術中以前使用的轉換器型的閥所出現的問題。在先有的轉換器型閥中，當閥被轉動以密封一個閥口時，閥口密封面典型地先由位于最靠近閥件轉動點的閥件部分所接觸；結果，閥件的其余部分通常不能密封地與閥口密封面相接觸。但是，在本發(fā)明的轉換裝置中，閥件可以沿任何方向上轉動一定的范圍，由此，當將閥件轉動到與一出口密封件接觸時，閥件本身相對于密封件對中，因而完全地且密封地圍繞出口的整個周邊接觸該密封件。
本發(fā)明的轉換裝置的新穎、單閥件、緊密封結構也大大地降低了轉換裝置的實際尺寸(相對于先有技術的轉換器型閥件而言)。本發(fā)明轉換裝置的減小的尺寸對于本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備的結構是極其有利的，這是因為(1)運輸裝置上可利用的空間有限，(2)需要減小由運輸裝置支承的總負荷。
附圖的簡單介紹

圖1A和1B是本發(fā)明的可移動式廢熱發(fā)電設備2的一個實施例的一個部分的側剖視圖；圖2A和2B是本發(fā)明的設備2的一個剖開平面視圖；圖3是本發(fā)明設備2的一個透視圖；圖4是本發(fā)明設備2的一個剖開的后視圖；其示出一個進氣過濾器，消聲器和管道系統(tǒng)；圖5是一個在本發(fā)明設備2中使用的進氣過濾器和消聲器組件38的一個剖開的后視圖；圖6是一個組件38部分剖開的頂視圖；圖7是組件38的一個剖開的透視圖；圖8是本發(fā)明設備2的一個剖開的后視圖；其示出在設備2中使用的簡單循環(huán)排放系統(tǒng)76；圖9是優(yōu)選用于設備2中的一個轉換閥組件72的一個剖開的側視圖；圖10是轉換閥組件72的一個剖開的頂視圖；其中拆去了閥門126的頂部密封板128；
圖11是一個使用在閥組件72中的轉動閥組件74的分解圖；圖12是一個優(yōu)選用于閥組件72的出口密封件158的視圖；圖13是一個沿圖12中的13-13線截取的密封件153的橫剖面視圖；圖14是在本發(fā)明設備2中優(yōu)選的鍋爐系統(tǒng)16的一個剖開的側視圖；圖15是鍋爐系統(tǒng)16的一個剖開的頂視圖；圖16是一個沿圖14中的16-16線截取的鍋爐系統(tǒng)16的一個剖開的頂視圖；圖17是在鍋爐系統(tǒng)16中使用的一個第一垂直管排裝置220的一個側視圖；圖18是用在鍋爐系統(tǒng)16中的一個第二豎直管排裝置222的一個側視圖；圖19是鍋爐系統(tǒng)16的一個前視圖；圖20是用在本發(fā)明的鍋爐系統(tǒng)16中的一個蒸汽鍋筒206的一個側視圖；圖21是蒸汽鍋筒206的一個頂視圖；圖22是一個透視圖，其示出從本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備2中拆除鍋爐系統(tǒng)16的情況；和圖23示出了用于在設備2中安裝鍋爐系統(tǒng)16的優(yōu)選結構。
實施本發(fā)明的優(yōu)選方案設備2包括一個具有一個底板6的拖車車架4；一個可安裝在車架4上的第一發(fā)電機8；一個靠近第一發(fā)電機8可安裝在車架4上的第二發(fā)電機10；一個可安裝在車架4上的第一發(fā)動機12；一個靠近第一發(fā)動機12可安裝在車架4上的第二發(fā)動機14；和一個可安裝在車架4上的鍋爐。第一發(fā)動機12經一聯軸器18與第一發(fā)動機8相連，以便可由第一發(fā)動機12驅動發(fā)電機8。第二發(fā)動機14經一聯軸器20與第二發(fā)電機10相連，以便可由發(fā)動機14驅動發(fā)電機10。鍋爐16可以利用從發(fā)動機12和/或14排出的廢氣中回收的熱量來產生蒸汽。
每個發(fā)電機8和10最好都是一種1500千瓦，4160伏特并能在功率因子為0.8下運行的同步發(fā)電機。每個發(fā)電機8和10也最好包含一個永久磁鐵激勵的發(fā)電機、一個自動電壓調節(jié)器和一個功率因子調節(jié)器。每個發(fā)電機8和10最好都在大約1800轉/分的同步速度下運行。
每個發(fā)動機12和14一般來說可以是任何類型的工業(yè)發(fā)動機，可以用于驅動發(fā)電機8和10，并能安裝在拖車4上。每個發(fā)動機12和14最好都是一種通過燃燒一種可燃燒的燃料(例如天然氣或二號燃油)而提供動力的工業(yè)用燃氣輪機。
一種市場上可獲得的在設備2中優(yōu)選使用的燃氣輪機的例子是由日本的Kawasaki重工業(yè)有限公司制造的KawawsakiM1A-13A型燃氣輪機。這種Kawasaki M1A-13A型燃氣輪機能用天然氣，二號燃油或其它的這類可燃燒的燃油來提供動力。該M1A-13A型發(fā)動機包括一個兩級離心式空壓機；一個火花塞點燃式單殼燃燒器；和一個三級軸流式燃氣輪機。
如圖1A和1B中所示，本發(fā)明的設備2的拖車4最好是多軸拖掛車(例如一種三軸拖掛車)，每個軸上安裝有四個車輪22。拖車4也最好包含一個在底板6之上間隔一定距離的頂架24，和一個將頂架24支撐在底板6上方的垂直框架結構26。
雖然圖1～3中所示的本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備的實施例2是安裝在一個拖車4上，也應認識到，本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備也可以安裝在一個駁船上，一個滑行裝置上或者一般地其它類型的可支撐本發(fā)明設備的可移動和/或可運輸的結構上。
第一發(fā)電機8和第一發(fā)動機12利用一個剛性的發(fā)動機/發(fā)電機底架28安裝在拖車4上。通過將發(fā)動機和發(fā)電機安裝在一個單一的剛性底架28上可以更容易地維持發(fā)電機8和發(fā)動機12之間的對中。剛性底架28本身又安裝在一對連接在拖車車架4的底板上的橫向支撐件30上。多個(例如4個)橡膠隔離支持物32最好設置在底架28和橫向支撐件30之間，以便使從發(fā)電機和發(fā)動機傳遞到拖車結構上的振動程度降至最小。也如在圖1A中所示，發(fā)動機12最好這樣連接在底架28上，使得它的油箱34向下伸入到底架28中，但又不接觸拖車4的底板。
第二發(fā)電機10和第二發(fā)動機14利用一個大體上與底架28相同的底架安裝在拖車4上。
發(fā)動機12和14中所包含的空壓機用來將大氣中的空氣抽吸通過一個進氣過濾器和消聲器組件38和連接在組件38和發(fā)動機12和14的進氣連接件66之間的氣道40。進氣過濾器和消氣器組件38包含一個上殼44和一個設置在該上殼44之下的消聲器殼46。上殼44有四個垂直邊，其中帶有六個開口48。在這些開口中具有除雜屏網的六個雨罩52最好可移動地連接到上殼44的外部，這樣每個開口48都由一個雨罩52蓋住。
每個開口48最好由一個兩級過濾器組件53罩住。為了能易于從上殼44的外側取下和更換，該過濾器組件53最好利用固定桿固定在開口48中，這些固定桿(例如用翼狀螺帽)連接到開口48周圍的上殼44的外部上和設置在開口48中的交叉件55上。每個兩級過濾器組件53最好包括(a)一個可清洗的和可重新使用的第一級過濾器部件和(b)一個第二級過濾器部件，該第二級過濾器部件是褶形的，易處理的高效率過濾部件，它基本上可以除去所有的(最好至少大約99.9％)大于1微米的顆粒物。
上殼44中設有一個隔板61，隔板61將進氣過濾器和消聲器組件38的一側與組件38的另一側分開和隔離，從而使發(fā)動機12只經過設置在組件38中的開口48中的三個開口接收空氣，而發(fā)動機14由設在組件38中的另三個開口48供給空氣。
消聲器殼46有一系列的緩沖板定位片56和連接在其中的緩沖板支撐片58，如圖7所示，用于定位和支撐殼46中多個(例如8個)標準的可移去的緩沖板部件60。
進氣過濾器和消聲器組件38最好用螺栓固定在頂架24的頂部上。氣道組件40也最好連接到頂架24上，以便進氣過濾器和消聲器組件38能夠方便地從質架24上經拆下螺栓而分離并在將設備2被運輸到其它地方時，從該廢熱發(fā)電設備2中移去。頂架24中設有開口，可使空氣自由地從過濾器和消聲器組件38流入到氣道組件40。
Kawasaki M1A-13A型發(fā)動機的進氣連接件66包括一個內置的擴展接頭。然而，如果所用的具體發(fā)動機沒有可比的特征時，可以將擴展接頭成類似的部件設置在氣道組件40中，以便于組裝和熱膨脹。
來自發(fā)動機12和14的廢氣經由換向閥72和熱廢氣道74通到鍋爐16?；蛘撸梢杂脫Q向閥72將一些或全部廢氣從發(fā)動機12和14轉到一個簡單循環(huán)排放系統(tǒng)76中。
每個簡單循環(huán)排放系統(tǒng)76包含一個排放通道78，排放通道78可螺栓固定在拖車4的頂架24上，和一個氣道80。
氣道80連接到頂架24和換向閥72上。排放通道78可以方便地拆開固定螺栓，并在將本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備2轉移到另一個地方之前將其從拖車4的頂架24上移下來。頂架24中設置有開口，以使廢氣從氣道80自由地流到排放通道78。調節(jié)門88或類似部件設置在排放通道78的頂部或靠近其頂部，以便在簡單循環(huán)排放系統(tǒng)76不使用時關閉排放通道78。
熱廢氣道74包含一個大的矩形氣道部分90，它從鍋爐16向轉換閥72延伸，和一個擴張/收縮氣道部分92，它從矩形氣道部分90延伸到設置在轉換閥72中的水平出口。一個擴展接頭96設置在矩形氣道部分90中，可以使鍋爐和氣道系統(tǒng)熱膨脹。
如圖1A所示，在熱廢氣道74的大的矩形部分90中最好設有一個軸向氣道燃燒器100，或類似加熱部件，如果需要，可以用氣道燃燒器100將附加的熱量加到流過廢氣道74中的廢氣流中，由此增加鍋爐16中產生的蒸汽量。氣道燃燒器100最好通過燃燒一種燃料例如天然氣，丙烷，丁烷或類似物直接加熱。
本發(fā)明的每個轉換閥72都包括一個殼體102和一個設置在殼體102中的轉動式閘門組件104。殼體102基本上是一種立方體形結構，其有一個頂部出口84，一個后部出口98和一個進口106。出口84和98基本是矩形的，且包括有矩形的突出部108和110，矩形突出部108用于將轉換閥72與一個簡單循環(huán)排放系統(tǒng)氣道80相連。矩形突出部110用于將轉換閥72與熱廢氣道92相連。進口106基本上是圓形口，該圓形口包括一個基本上是圓柱形的凸緣112，用于將轉換閥72與發(fā)動機12或14的廢氣出口相連。
轉動式閘門組件104最好包括一個細長桿114，它延伸穿過設置在轉換閥殼體102相對兩側中的孔116；支承組件118，它們連接到殼體102的外部，用于安置細長桿114的端部；一個連接到細長桿114的一端上的控制臂120，用于使細長桿114圍繞其縱軸線轉動；一對支承連接臂122，每一個臂有一端連接到細長桿114上；和一個連接在連接臂122的遠端之間的球形支承件124。
轉動式閥門組件104還包括一個基本上空心的閥部件或閘門126，它具有一大的第一矩形平密封面128；一大的第二矩形平密封面130，它位于一個與密封面128的平面基本平行的平面中；一個長的第一矩形側面132，它在密封面128的一邊緣和密封面130的相應的一邊緣之間延伸；一個長的第二矩形側面134，它在密封面128的一邊緣和密封面130的相應的一邊緣之間延伸，矩形側面134相鄰于矩形側面132；和一個長的第三矩形側面136，它在密封面128的另一邊緣和密封面130的一個相應的邊緣之間延伸，矩形側面136設置在第一矩形側面132相鄰的位置，與第二矩形側面134相對。在閘門126的長矩形側面132上設有一個開口138，用于安置支承連接臂122和球形支承件124。兩相對的圓孔140設置在長矩形側面134和136中，用于安置一個細長桿組件142，該組件可用于將閘門可轉動地與球形支承124相連接。
細長桿組件142包括一個具有在其每個端部中設置了一個螺紋孔146的細長桿144；一對空心的細長對中套148；一對墊圈150；和一對螺栓152。每個對中套148都有一個徑向突伸的內端部分154和一個徑向突伸的外端部分156。設置在閘門126的孔140和對中套148的端部154和156具有這樣的尺寸，使得對中套148的內端部分154可以安置在孔140中，但其外端部分156則不能通過孔140移動。
細長桿組件142用于將閥門126與球形支承124相聯，這是通過(a)將球形支承124連接在支承連接臂122之間，然后將球形支承124和連接臂122插入閘門126的側面開口138中，(b)用一個墊圈150和一個螺釘152將其中一個對中套148固定在細長桿144的一個端部上，(c)將細長桿144的未罩住的端部推入其中的一個孔140中，使該未罩住的桿端部在球形支承124中移動并從相對的閘門孔140中伸出，和(d)用剩下的墊圈150和螺釘152將第二對中套148固定在細長桿144的未罩住的伸出端上。這樣連接的細長桿組件142，使之穿過閘門126并與球形支承124相連之后，閘門126就可以圍繞支承124轉動到一定的范圍(最好不大于3°左右)，并且基本上可以沿任何方向轉動。閘門126最好能自由地在任何方向上繞支承124轉動大約1/2度。
每個轉換閥72最好也包含一對出口密封158。其中一個出口密封158連接到圍繞出口84的周緣的閥殼體102的內壁上。另一個出口密封158連接到圍繞出口98的周緣的殼體102的內壁上。每個出口密封158最好包括一個大致可壓縮的細長的耐熱部件160，它裝設在一個耐熱的織物套162中。部件160最好是一種INCONEL線網部件，套162最好是一種陶瓷織物套。每個密封158最好用細長的金屬固定桿164和多個緊固件(如不銹鋼鉚釘)166連接到內殼體壁上。所形成的布置情況能提供一種柔性密封，當它被閥門126的一個密封面128或130接觸時其將會壓縮，由此通過補償密封面中的任何不規(guī)則地方而能防止閥中有任何泄漏。
閥門組件104設置在轉換閥殼體102中，并且(a)閥門126可以繞桿114的縱軸完全向上轉動到一個基本上水平的位置，由此以密封出口84并使出口98完全開啟，(b)閥門126可以完全向下轉動到一個基本上垂直的位置，由此密封出口98和使出口84完全開啟，或者(c)閥門126可以轉動到在剛才所述的水平位置和垂直位置之間的任一位置，由此將進入轉換閥72中的廢氣的任何所要求的部分轉到與閥相連的簡單循環(huán)排放系統(tǒng)中。
發(fā)動機12和14最好利用伸縮管形的擴展接頭186與轉換閥72相連，每個擴展接頭186最好由不銹鋼伸縮材料制作，并每個擴展接頭186最好包括一第一環(huán)形凸緣172，其與轉換閥72的環(huán)形進口凸緣182用螺栓連接。每個擴展接頭186也最好有一第二環(huán)形凸緣173，它與發(fā)動機12或14的環(huán)形廢氣出口凸緣190相連接。
擴展接頭186承受熱膨脹和發(fā)動機12和14的振動。此外，只要簡單地斷開并移去擴展接頭186，就可以將發(fā)動機12和14從拖車4上移開，而并不需要再移去轉換閥72。
滑動連接組件192用于將氣道80和92連接到轉換閥72的出口84和98。每個滑動連接組件192包括一個矩形唇狀物194，它從氣道的內壁向內凸伸出；一個設置在唇狀物194上的陶瓷纖維條196；及一個矩形的封裝壓蓋198，它用螺栓連接到氣道上并在產生作用時將陶瓷纖維條196壓靠在矩形的唇狀物194上。矩形唇狀物194和封裝壓蓋198具有這樣的尺寸，當殼體出口的矩形突出部108或110設置在氣道中后，陶瓷纖維條196被迫壓緊頂在矩形突出部108或110的外表面上。
本發(fā)明的轉換閥72在本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備2的運行中具有幾個有用的功能。例如，當發(fā)動機12和14中只有一個運行并要求啟動另一個發(fā)動機時，可以利用相應的轉換閥72將廢氣從另一個發(fā)動機(即正在啟動的發(fā)動機)轉到簡單循環(huán)排放系統(tǒng)中。此外，可以用轉換閥72來將發(fā)動機12和14中的任一個與另一個發(fā)動機的廢氣通道隔開，使得在其中的一個發(fā)動機12或14運行時，(a)可以對另一個發(fā)動機進行所要求的維護操作，或(b)可以將另一個發(fā)動機完全地從拖車4上移走。而且，還可以利用轉換閥72來控制達到鍋爐16的廢氣數量，從而可以調節(jié)鍋爐16中所生產的蒸汽量。
圖1B，2B和圖14-21中示出了一種優(yōu)選的用于本發(fā)明的鍋爐系統(tǒng)。鍋爐16包括一個具有廢氣進口202和出口204的外殼200；一第一蒸汽鍋筒206，它設置在外殼200之外部其頂部的出口204上方；一第二蒸汽鍋筒208，它設置在外殼200之外部其頂部的廢氣進口202上方；一個在其一端連接到蒸汽鍋筒208的底部的管道210，且該管道圍繞廢氣進口202的一側向下延伸；一個在其另一端附近連接到蒸汽鍋筒208的底部的第二管道212，且該管道圍繞廢氣進口202的另一側向下延伸；和一個沉淀筒214，它在廢氣進口202下面橫向延伸并使管道210和212的底端與其頂部相連接。除了下面討論的其它功能外，沉淀筒214運行用于收集鍋爐水中和蒸汽系統(tǒng)中的含有的沉淀物，以使這些物質能夠利用一種與沉淀筒214相連接的吹頭周期性地或者連續(xù)地從設備中清除掉。
鍋爐16還包括一個垂直管組件216，其中的水是由來自發(fā)動機12和/或14的廢氣流加熱而產生蒸汽。垂直管組件216包括17個單獨的管排組件，它們在外殼200的廢氣進口202和出口204之間平行延伸布置。17個垂直管排組件中的9個是圖14和圖17中所示的那種垂直管排裝置220。其余8個垂直管排組件是圖18所示的垂直管排裝置222。管排裝置220和222裝配在外殼200中的不同的位置，使得一個裝置222設置在每一對相鄰的管排裝置220之間。
每個垂直管排裝置220包括一個管道224，它連接到第一鍋筒206底部附近并在外殼200中延伸大致到外殼202的底部；一個水平管道226，它沿外殼200的底部延伸并且其一第一端與管道224的底端相連，而其第二端從鍋爐外殼200的壁中突伸出來，而與沉淀筒214相連；一排10個垂直帶肋管230，它們設置在外殼200的廢氣出口附近并從水平管道226向上延伸；一排5個垂直帶肋管232，它們設置在外殼200的廢氣進口附近并從水平管道226向上延伸；在帶肋管230和232之間存在的一個間隙234，用于安置一個蒸汽過熱裝置236；和一個沿著外殼200的內部頂端延伸的頂部管道238。所有垂直管230和232都連接到管道238。管道238的一第一端靠近于外殼200的廢氣進口，該進口由一帽蓋240封蓋住。管道238的第二端連接到蒸汽鍋筒206。管道238在外殼200的內部頂端部分的橫向上以大致2.6°的仰角向鍋筒206方向延伸。
每個垂直管排裝置222包括一個管道242，它基本上連接到蒸汽鍋筒206的底部，并在外殼200中向下延伸到外殼200的底部附近；一個水平管道244，它沿著鍋爐外殼200的內底部延伸并有一個與管道242的底部連接的第一端和一個從鍋爐外殼200的壁突伸出的第二端，該第二端連接到沉淀筒214；一排10個帶肋垂直管246，它們設置在鍋爐外殼220的廢氣出口附近，并從水平管道244向上延伸；一排5個帶肋垂直管248，它們設置在外殼200的廢氣進口端附近，并從水平管道244向上延伸；在垂直管246和248之間存在的一個間隙250，用于安置蒸汽過熱裝置236；和一個頂部管道252，它在鍋爐外殼200的內頂部的橫向上延伸。頂部管道252有一個與蒸汽鍋筒208的側面相連的第一端。頂部管道252的另一端由一個帽蓋254封蓋住。頂部管道252在外殼200的頂端內部的橫向上以大約2.6°的角度向上朝著蒸汽鍋筒208延伸。所有垂直管246和248的上端都連接到頂部管道252上。
在鍋爐16運行時，由于有水從蒸汽鍋筒206經管道224和242水平管道226和244，沉淀筒214和管道210和212流動而在蒸汽鍋筒208中初始建立并主要維持一個水位。管道224，242，226，244，210和212和沉淀筒214也運轉用于將水供給到垂直管230，232，246和248。流過垂直管230和232，246和248的水被流過鍋爐外殼200的廢氣加熱，并由此至少部分地蒸發(fā)。從垂直管230和232來的所有流動物經頂部管道238流到蒸汽鍋筒206。從垂直管246和248來的所有流動物都經頂部管道252流到蒸汽鍋筒208。
由于在垂直管排裝置220中形成的所有蒸汽流到蒸汽鍋筒206，而在垂直管排裝置222中形成的所有蒸汽流到蒸汽鍋筒208，這樣就保證蒸汽到鍋筒206和208的流動大致是平衡的。結果，蒸汽鍋筒206和208(a)具有大致相同的尺寸，(b)尺寸都相對較小，這樣它們都能很好地適用于本發(fā)明的可移動式廢熱發(fā)電設備中可獲得的有限空間中。
一個管道256連接在蒸汽鍋筒206和208的頂部之間，用于平衡鍋筒206和208中的蒸汽壓力，且用于接納供到蒸汽鍋筒206和208的蒸汽物。一個管道266連接在管道256和蒸汽過熱裝置236的進口之間。減壓閥258用于保護鍋爐系統(tǒng)16不會過壓，該減壓閥最好也連接到管道256上。
如圖14和圖15所示，蒸汽過熱裝置236基本上在鍋爐外殼200的整個橫截面上延伸，并包括多個橫向延伸的水平帶肋管268。一個過熱蒸汽物的管道270從過熱裝置236的底部延伸。
當鍋爐16處于運行狀態(tài)時，蒸汽從蒸汽鍋筒206和208經管道256和266流到蒸汽過熱裝置236。當來自蒸汽鍋筒206和208的蒸汽流過過熱裝置236時，它被流過鍋爐外殼200的廢氣流加熱而被加熱。所產生的過熱蒸汽物從過熱裝置經過熱蒸汽物排放管道272供到主設備。
為了防止蒸汽過熱裝置236的管子受到過載熱量，蒸汽過熱裝置236設置在管232和248的下游的間隙234和250中。垂直管232和248中的液體流動和出現的液體蒸發(fā)充分地降低了管232和248的表面溫度，以防止這些管子過熱。但是，蒸汽穿過過熱管268的流動并不會充分降低管268的表面溫度。當給定了從發(fā)動機12和14供給到鍋爐16的廢氣的通常最高的溫度時，過熱裝置管268的表面溫度典型地將超過可容許的極限，如果這些管子馬上暴露給流進鍋爐的廢氣流的話。這樣，足夠數目的垂直管232和248被設置在過熱裝置236的上游，以充分降低進入過熱裝置236的廢氣的溫度，進而防止過熱管268的熱負荷過載。
如圖14，圖20，和圖21所示，蒸汽鍋筒206的內部包括一個連接到蒸汽鍋筒206的一個內側上的長形箱274；兩個經進氣道278連接到長形箱274上的旋流筒276；和一個設置在蒸汽鍋筒206的蒸汽出口下方的濕氣墊277。管裝置222的頂部管道252連接到鍋筒206上，使得來自這些管中的每個管的產物流入蒸汽鍋筒206的箱274中。箱274中收集的物質然后流過管道278，并進入旋流筒276。旋流筒276運行用于除去留在蒸汽產物中的任何水分，從而使水滴到蒸汽鍋筒206的底部而蒸汽產物流到蒸汽鍋筒206的頂部。除濕墊277用于在蒸汽物流入到蒸汽管道256之前除去基本上任何留在蒸汽物中的水份。
蒸汽鍋筒208中的內部部件基本上與蒸汽鍋筒206中的部件相同。
由于新穎的設計，本發(fā)明的鍋爐系統(tǒng)16是個非常緊湊的鍋爐系統(tǒng)，它提供了一個非常高的相對有效熱傳遞面積。這種特征可以非常有效地使用拖車空間。因此，本發(fā)明的鍋爐系統(tǒng)16能理想地適用于本發(fā)明的可移動式廢熱發(fā)電裝置。
本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備2進一步包含一個節(jié)能器286，它設置在鍋爐16附近，用來利用從鍋爐16的廢氣出口204的流出的廢氣對供給水進行預熱。節(jié)能器286是一種典型的節(jié)能器裝置，它包括一個殼體288，該殼體有多個在其內部橫向上延伸的水平帶肋的管284。節(jié)能器286進一步包括一個供給水進口290和一個熱供給水出口292。一個供給水供給管道294連到進口290，用于將供給水供給到節(jié)能器286。管道296連接在節(jié)能器286的供給水出口292和蒸汽鍋筒206的低側部分之間，用于將熱供給水從節(jié)能器286供給到蒸汽鍋筒206。一個管道300連接在鍋爐16的廢氣出口204和節(jié)能器286的廢氣進口302之間，用于將廢氣從鍋爐16供給到節(jié)能器286。
節(jié)能器286有一個設置在其頂部的廢氣出口303，它連接到拖車4的頂架24上。一個廢氣道304可拆除地與節(jié)能器286的出口303相連，用于將流過鍋爐16和節(jié)能器286的廢氣排到大氣中。廢氣道304最好用螺栓固定到拖車4的頂架24上，以使得廢氣道304能夠在將本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備運輸到另一個地點之前從拖車4的頂架上移下來。頂架24上設有一個開口，以使節(jié)能器286的廢氣出口303與廢氣道304處于流體連通。
本領域技術人員可以認識到，最好設置標準儀器，控制件和設備(例如基于微處理機的可編程序邏輯控制器，個人計算機操縱接口站，一個或多個硬線緊急關機系統(tǒng)，等等)，用以進行自動化監(jiān)測與控制本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備2。如圖1B和2B所示，最好在拖車4的前端305設置空間，用于安置各種儀器，控制器和選定的用于控制和監(jiān)測本發(fā)明的系統(tǒng)和使該系統(tǒng)與主設備相連的部件。
如圖2，圖3和圖22所示，可以設置各種頂板和側板306，它們可拆除地連接到拖車架24和26上，用于在運輸和使用中安置和保護本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備2的各個部件。必要時，各種門和開口308可以設置在這些板中，以便能迅速接近系統(tǒng)的這些部件，而這些部件必須經常地使用，監(jiān)測，修理和/或維護?？刹鸪陌逡沧詈迷O置成這樣，即能夠將其中一個發(fā)電機8或10，一個發(fā)動機12或14或鍋爐16拆除或重新安裝在一個拖車4上，而設備2的其余部分則繼續(xù)工作。在拖車4上拆除和再安裝情況在下面進行討論。
除了上述方面外，本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備2最好包括兩個潤滑油冷卻器310，它們可拆除地用螺栓連接在頂架24上；兩個中性接地電阻器312，它們可拆除地用螺栓固定在頂架24上并在運行與發(fā)電機8和10相連；兩個接地變壓器313設置在拖車4的底板上，并且運行上與發(fā)電機8和10相連；兩個電涌電容器和放電器組件311，它們可拆除地連接到頂架24上并且運行上與發(fā)電機8和10相連；兩個殼體開口314和相關聯的雨罩316，設置在拖車殼體中，以為發(fā)電機8和10提供通風；和兩個通風扇組件318，它們可拆除地螺栓固定在頂架24上，可用于對拖車殼體的通風。安裝在頂架24的頂部上的所有部件最好在將本發(fā)明的廢熱發(fā)電裝置運輸到另一個地點之前拆除下來。
每個通風扇組件最好包括一個內部風扇320和相關聯的電機322；一個由具有吸聲內襯的管子構成的消聲器部分324；和一個運行上可安置在消聲器部分324上方的蝶形減振器326。
每個潤滑油冷卻器310最好包括一個電機和一個風扇，并還包括一個進油口和一個出油口，潤滑油冷卻器310的進油口和出油口利用管子或類似部件與設置在Kawasaki M1A-13A型發(fā)動機上的相應的潤滑油連接件相連接。
鍋爐系統(tǒng)16在拖車4上的拆除和再安置情況概括地示于圖22中。如圖1B和圖23所示，鍋爐16最好利用一對平行的長形板件328和330安裝在拖車4上，這些板件安置在拖車4的底板的橫向位置上。每個板件328和330最好安置在一個結構架部件(例如一個I型梁)233的頂部，后者安置在底架6中。向上延伸的導桿334和336連接到板件328平330的外邊緣。平行的板件328和330在拖車4上是相間隔開的，使得導桿334和336之間的間距稍大于鍋爐16的基礎部件342的外側邊緣之間的總間距。這樣，通過在板件328和330的平滑的上表面上滑動鍋爐16的基座部件342就可以將鍋爐16從拖車4上拆除或安裝在拖車4上。導向桿334和336用于保證在這種滑動操作期間鍋爐16的基座部件342保持在板件328和330上。在板件328和330的后端處連接有止檔件337，339，以在鍋爐16被定位在部件328和330上后，這些止擋件使鍋爐16的滑動移動停止。
如圖22所示，鍋爐16可以通過以下方式方便地從拖車4上拆除(a)從鍋爐系統(tǒng)16的頂部拆去管道256和266；(b)拆除圍繞鍋爐16的側板和頂板；(c)從鍋爐區(qū)域中拆除任何遺留的周圍包封框架結構；(d)靠近拖車4設置一個維護拖車344，該維護拖車344最好有安裝在其上的平行的板件和導桿結構件350和352，它們對應于拖車4的板件328和330和導桿334和336；(e)在板件328和330和板件350和352之間連接一對平的結構橋接件354和356；(f)斷開管道74和298和所有其余管件和電氣系統(tǒng)與鍋爐16的連接；然后(g)從拖車4上滑動鍋爐16，使之滑到維護拖車344上。
可顯明地看出，鍋爐16可以以相似的過程再安置在拖車4上。
本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備尤其適用于提供基礎負荷的電力和蒸汽需求，設備2通常只用一個發(fā)動機/發(fā)電機組進行工作，而另一個發(fā)動機/發(fā)電機組處于備用維護狀態(tài)，以便在第一個發(fā)動機/發(fā)電機組出現故障時使用。當需要額外的電力時，可將兩組發(fā)動機/發(fā)電機投入運轉。假設發(fā)動機12和14產生的所有廢氣被供到鍋爐16，則當兩個發(fā)動機/發(fā)電機組投入運轉時，本發(fā)明的設備2的蒸汽產量也增加。設備2的蒸汽輸出量也可以利用管道燃燒器100向發(fā)動機的廢氣中增加附加的熱量而在任何發(fā)電水平上得到提高。如上所述，通過利用一個或兩個轉換閥72使所要求的廢氣部轉向不進入鍋爐16，也可以使本發(fā)明設備2的蒸汽輸出量至少部分地降低到任何電力生產水平。
對于本技術領域的技術人員來說，顯然本發(fā)明的廢熱發(fā)電設備2也包括標準的管道和線路系統(tǒng)，它們適用于在系統(tǒng)中接受和分配所需要的燃油；傳送本發(fā)明系統(tǒng)的蒸汽和電力產物；自動地運行，控制和監(jiān)測各種系統(tǒng)部件；等等。
因此，本發(fā)明非常適用于實現前述的或其中所含的目的和達到其長處。對目前所優(yōu)選的實施例進行的說明只是出于公開該發(fā)明的目的，對于專業(yè)人員來說顯然有許多的變型和改進，這些變型和改進也包含在由所附權利要求書中所定義的本發(fā)明的精神的范圍之內。
權利要求
1.一種廢熱發(fā)電設備，其包括一種用于運輸所述廢熱發(fā)電設備的運輸裝置(4)；安裝在所述運輸裝置(4)上的用于發(fā)電的發(fā)電機裝置(8，10)；安裝在所述運輸裝置(4)上的用于驅動所述發(fā)電機裝置(8，10)的驅動裝置(12，14)，所述驅動裝置(12，14)在運行時產生廢氣；和一個安裝在所述運輸裝置(4)上的鍋爐(16)，用于從所述廢氣中回收熱量，所述廢熱發(fā)電設備的特征在于，所述鍋爐(16)包括一個鍋爐外殼(200)；一第一蒸汽鍋筒(206)；一第二蒸汽鍋筒(208)；一第一組鍋爐垂直管(220)，它們設置在所述鍋爐外殼(200)的內部；一第二組鍋爐垂直管(222)，它們設置在所述鍋爐外殼(200)的內部；管道部件，用于(a)將水從至少其中的一個所述鍋筒(206，208)傳送到所述第一組鍋爐管(220)，(b)在所述鍋筒(206，208)之間傳送水，(c)將水從至少其中的一個所述鍋筒(206，208)傳送到所述第二組鍋爐管(222)，(d)將蒸汽從所述第一組鍋爐管(220)傳送到至少其中一個所述鍋筒(206，208)中，和(e)將蒸汽從所述第二組鍋爐管(222)傳送到至少其中一個所述鍋筒(206，208)中。
2.按照權利要求1所述的廢熱發(fā)電設備，其特征在于，所述管道裝置包括第一管道裝置(210，212，214，224，226)，用于將水從至少其中一個所述鍋筒(206，208)傳送到所述第一組鍋爐管(220)；第二管道裝置(210，212，214，242，244)，用于在所述鍋筒(206，208)之間傳送水并將水傳送到所述第二組鍋爐管(222)；第三管道裝置(238)，用于將蒸汽從所述第一組鍋爐管(220)傳送到至少其中一個所述鍋筒(206，208)；和第四管道裝置(252)，用于將蒸汽從所述第二組鍋爐管(222)傳送到至少一個所述鍋筒(206，208)。
3.按照權利要求2所述的廢熱發(fā)電設備，其特征在于所述第三管道裝置(238)可以用于將在所述第一組鍋爐管(220)中產生的大致所有的蒸汽供送到所述第一和第二鍋筒(206，208)中的一個鍋筒中，使得在所述第一組鍋爐管(220)中產生的蒸汽沒有被傳送到所述第一和第二鍋筒(206，208)中的另一個鍋筒中，所述第四管道裝置(252)可以用于將在所述第二組鍋爐管(22 2)中產生的大致所有的蒸汽供給到所述第一和第二鍋筒(206，208)中的另一個鍋筒中，使得在所述第二組鍋爐管(222)中產生的蒸汽沒有被傳送到所述第一和第二鍋筒(206，208)中所述那個鍋筒中。
4.按照權利要求3所述的廢熱發(fā)電設備，其特征在于，所述鍋爐(16)進一步包括設置在所述外殼(200)中的用于使蒸汽過熱的過熱器裝置(236)；所述第一組鍋爐管(220)包括至少一個設置在所述外殼(200)的進口(202)和過熱器裝置(236)之間的垂直管(232)；所述第一組鍋爐管(220)進一步包括至少一個設置在所述過熱器裝置(236)和外殼(200)的出口(204)之間的垂直管(230)；所述第二組鍋爐管(222)包括至少一個設置在所述外殼進口(202)和所述過熱器裝置(236)之間的垂直管(248)；所述第二組鍋爐管(222)進一步包括至少一個設置在所述過熱器裝置(236)和所述外殼出口(204)之間的垂直管(246)。
5.一種廢熱發(fā)電設備，其包括一個用于輸送所述廢熱發(fā)電設備的運輸裝置(4)；安裝在所述運輸裝置(4)上的用于發(fā)電的發(fā)電機裝置(8，10)；安裝在所述運輸裝置(4)上的用于驅動發(fā)電機裝置(8，10)的驅動裝置(12，14)，所述驅動裝置(12，14)在運行時產生廢氣；安裝在所述運輸裝置(4)上的，用于從所述廢氣中回收熱量的熱量回收裝置(16)；和廢氣排放裝置(76)，用于在所述廢氣的所述部分進入所述熱回收裝置(16)之前排放至少一部分所述廢氣，所述廢熱發(fā)電設備的特征在于，所述廢熱發(fā)電設備進一步包含一個轉換裝置(72)，用于有選擇地將所述廢氣的所述部分轉向到所述廢氣排放裝置(76)中，所述轉換裝置(72)包括一個具有一進口(106)和一第一出口(98)的殼體(102)；一個可轉動地安裝在所述殼體(102)中的閥件支承件(122)；一個設置在所述殼體(102)中的閥件(126)；和一個轉動裝置(124，142)，用于使所述閥件(126)與所述閥件支承(122)相連，使得所述閥件(126)能相對于所述閥件支承(122)沿基本上任何方向轉動到至少某種范圍。
6.按照權利要求5所述的廢熱發(fā)電設備，其特征在于，所述轉動裝置(124，142)包括一個球形支承組件，它有一個與所述閥件支承(122)相連的第一部分(124)和一個與所述閥件(126)相連的第二部分(142)，所述第二部分(142)可轉動地與所述第一部分(124)相連。
7.按照權利要求5所述的廢熱發(fā)電設備，其特征在于，殼體(102)進一步包含一第二出口(84)，且所述閥件(126)可以通過轉動所述閥件支承件(122)來定位，用于選擇性地密封所述出口(84，98)，以便在所述閥件(126)定位在完全關閉其中一個所選擇的所述出口(84，98)時，所述出口(84，98)中的另一個則是開啟的。
8.按照權利要求7所述的廢熱發(fā)電設備，其特征在于，所述閥件(126)是可以定位的，以使得每個所述出口(84，98)都至少是部分地開啟。
9.按照權利要求7所述的廢熱發(fā)電設備，其特征在于，當所述閥件(126)被定位到關閉所述第一出口(98)的位置時，所述轉動裝置(124，142)必要時可以使所述閥件(126)相對于所述閥件支承件(122)轉動，以使得所述閥件(126)基本上完全接觸一第一出口密封件(158)；所述閥件(126)被定位到關閉所述第二出口(84)的位置時，轉動裝置(124，142)可以在必要時使閥件(126)相對于所述閥件支承件(122)轉動，使得所述閥件(126)基本上完全接觸一第二出口密封件(158)；所述第一出口密封件(158)定位在所述殼體(102)中，使得所述第一出口密封件(158)基本上完全包圍所述第一出口(98)；和所述第二出口密封件(158)定位在所述殼體(102)中，使得所述第二出口密封件(158)基本上完全包圍所述第二出口(84)。
10.按照權利要求5所述的廢熱發(fā)電設備，其特征在于，所述轉換裝置(72)進一步包括一個定位在所述殼體中圍繞所述第一出口(98)的密封裝置(158)，其中，當所述閥件(126)設置到關閉所述第一出口(98)的位置時，所述閥件(126)可以在需要時相對于所述閥件支承(122)進行轉動，使得所述閥件(126)密封地接觸圍繞著大體所述第一出口(98)的整個周邊的所述密封件(158)。
全文摘要
一種可移動式廢熱發(fā)電裝置，用于生產電力和蒸汽，以滿足基本的或補充的能量需求。該廢熱發(fā)電裝置包括一個運輸裝置，例如一個具有一個支架的拖車(4)；安裝在支架(4)上的發(fā)電機(8，10)；安裝在支架(4)上的用于驅動發(fā)電機(8，10)的透平發(fā)動機(12，14)；一個安裝在支架(4)上的用于從來自透平發(fā)動機(12，14)的廢氣中回收熱量以產生蒸汽的鍋爐(16)；用于在進入鍋爐(16)之前排放一些或全部廢氣的簡單循環(huán)排放系統(tǒng)(76)；和用于有選擇地將一些或全部廢氣轉向到簡單循環(huán)排放系統(tǒng)(76)中的轉向閥(72)。
文檔編號F01K17/02GK1128057SQ94192965
公開日1996年7月31日 申請日期1994年6月7日 優(yōu)先權日1993年6月15日
發(fā)明者M·G·何斯, J·L·庫斯, G·R·吉爾伯特, D·E·佩恩, D·L·登頓, W·P·赫利安, C·庫倫斯, J·W·金, D·-L·麥斯納, T·R·科斯, J·L·哈森, D·M·凱特里克, J·H·泰格, G·W·施韋策爾, D·J·庫辛諾 申請人:俄克拉何馬應用能源系統(tǒng)公司