专利名称：可移动式废热发电设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于生产蒸汽和电力的可移动式废热发电设备。
发明的
背景技术：
为城镇、工厂等服务的电力和/或蒸汽公共供能系统的容量和/或效率有时不足以完全地和/或有效地满足对这些系统所提出的电力和/或蒸汽动力的需求。现有的电力和/或蒸汽公用供能系统的这种不足和/或低效率可能例如是由于低效率的设计，系统故障、自然灾害，需求的迅速增加，没能预见的例外的高需求期以及其它一些情况所造成的。
目前存在着一种对辅助供电系统的需求，这种辅助供电系统可以方便地和迅速地安装，并且(a)对现有的工业或城市公用供能系统增补电力和/或蒸汽的输出量，和/或(b)改进现有公用供能系统的总体能量效率。此外，存在有一种对刚才所述类型的辅助供电系统的需求，该供电系统能够被快速和方便地传输到基本上任何所要求的地方。尤其存在对一种对刚才所述类型的辅助供能系统的需求，即这种系统能快速和方便地传输到远距离的内陆地方。
发明概要本发明提供一种废热发电设备，它包括用于运送废热发电设备的运输装置，该装置包括一个支架；安装在该支架上的、用于产生电流的发电机装置；安装在该支架上的用于驱动发电机装置的驱动装置，该驱动装置在其运行时产生一种废气；以及安装在该支架上的用于从废气中回收热量的热量回收装置。本发明的废热发电设备也最好包括(a)一个废气排放装置，用于在至少一部分废气进入该热量回收装置之前将该部分废气排放掉，(b)一个转向装置，用于有选择性地将所述部分的废气转向到废气排放装置中。
在本发明的废热发电设备中使用的转向装置最好具有这样的特征一个具有一进口和一出口的壳体；一个可转动地安装在壳体中的阀件支承件；一个设置在壳体中的阀件；和一个用于使阀体与阀件支承件相联的转动装置，以使得阀件能相对于阀件支承件沿大致任何方向转动到至少某一程度范围。转动装置最好包括一个球形支承组件，它有一个与阀支承件相连接的第一部分和与阀件连接的第二部分。
转向装置最好进一步有这样的特征(a)该壳体也包含一第二出口；(b)阀件可以通过转动阀件支承件来定位，以便有选择性地密封出口，以使得在阀件定位到完全关闭出口中的一个所选择的出口位置时，另一个出口则是开启的；(c)阀件可定位到至少每个出口是部分地开启的；(d)当将阀件定位到关闭第一出口时，转动装置在必要时可以使阀件相对于阀件支承件转动，以使得阀件基本上完全接触一第一出口密封件；(d)当阀件定位到关闭第二出口时，转动装置在必要时可以使阀件相对于阀件支承件转动，以使得阀件基本上完全接触一第二出口密封件；(e)第一出口密封件安置在壳体中，以使得该第一出口密封件基本上完全包围着第一出口；和(f)第二出口密封件安置在壳体中，以使得该第二出口密封件基本上完全包围着第二出口。
在本发明的设备中使用的热量回收装置最好是一个锅炉，其特征是它包括一个具有一个进口和一个出口的壳体；一个第一蒸汽锅筒；一个第二蒸汽锅筒；一个第一组锅炉竖直管，它们设置在锅炉壳体之中；一个第二组锅炉竖直管，它们设置在锅炉壳体之中；管道部件，用于(a)将水从至少其中一个蒸汽锅筒传送到第一组锅炉管；(b)在蒸汽锅筒之间传送水；(c)将水从至少其中一个锅筒传送到第二组锅炉管；(d)将蒸汽从第一组锅炉管传送到至少其中一个锅筒，和(e)将蒸汽从第二组锅炉管传送到至少其中一个锅筒中。
在锅炉中使用的管道装置最好包括用于将水从至少其中一个锅筒传送到第一组锅炉管的一第一管道装置；用于将水在锅筒之间传送并将水传送到第二组锅炉管的第二管道装置；用于将蒸汽从第一组锅炉管传送到至少其中一个锅筒的一第三管道装置；和用于将蒸汽从第二组锅炉管传送到至少其中一个锅筒的第四管道装置。第三管道装置最好是可运行用来将在第一组锅炉管中产生的大致所有的蒸汽供给到其中一个锅筒中，以使得第一组锅炉管中产生的蒸汽没有被第三管道装置传送到另一个锅筒中。类似地，第四管道装置最好可运行用来将在第二组锅炉管中产生的大致所有的蒸汽供给到所述锅筒的另一个之中，以使得第二组锅炉管中产生的蒸汽没有被第四管道装置传送到其中所述的锅筒中。
在本发明的废热发电设备中使用的锅炉最好进一步包括一个设置在壳体中的用于使蒸汽过热的过热装置。此外，第一组锅炉管最好包括(a)至少一个设置在壳体的进口和过热器装置之间的竖直管，(b)至少一个设置在过热器装置和壳体的出口之间的竖直管。此外，第二组锅炉管最好包括(a)至少一个设置在壳体的进口和过热器装置之间的竖直管；(b)至少一个设置在过热器装置和壳体的出口之间的竖直管。
本发明的废热发电设备一般地包括所有用于产生供给工业或城市用能设施的高压蒸汽和电力所需要的设备。在工业或城市用能场所安装本发明的废热发电设备是通过将一个燃料(例如天然气或二号燃油)供给线连接到本发明的设备上，并将本发明设备的蒸汽和电力产品的出口连接到用能设施的蒸汽和电力系统上来实现的。此外，本发明的废热发电设备可以迅速和方便地运输到基本上卡车能够达到的任何地方。
由于其新颖的设计，在本发明的废热发电设备中采用的锅炉(a)使用较小的、尺寸相同的蒸汽锅筒，和(b)提供了一个很高的有效传热面积。因此，新颖的锅炉就达到重量轻，并且能很好地使用于运输装置上可用的有限空间中。
在本发明设备中使用的转换装置基本上克服了现有技术中以前使用的转换器型的阀所出现的问题。在先有的转换器型阀中，当阀被转动以密封一个阀口时，阀口密封面典型地先由位于最靠近阀件转动点的阀件部分所接触；结果，阀件的其余部分通常不能密封地与阀口密封面相接触。但是，在本发明的转换装置中，阀件可以沿任何方向上转动一定的范围，由此，当将阀件转动到与一出口密封件接触时，阀件本身相对于密封件对中，因而完全地且密封地围绕出口的整个周边接触该密封件。
本发明的转换装置的新颖、单阀件、紧密封结构也大大地降低了转换装置的实际尺寸(相对于先有技术的转换器型阀件而言)。本发明转换装置的减小的尺寸对于本发明的废热发电设备的结构是极其有利的，这是因为(1)运输装置上可利用的空间有限，(2)需要减小由运输装置支承的总负荷。
附图的简单介绍
图1A和1B是本发明的可移动式废热发电设备2的一个实施例的一个部分的侧剖视图；图2A和2B是本发明的设备2的一个剖开平面视图；图3是本发明设备2的一个透视图；图4是本发明设备2的一个剖开的后视图；其示出一个进气过滤器，消声器和管道系统；图5是一个在本发明设备2中使用的进气过滤器和消声器组件38的一个剖开的后视图；图6是一个组件38部分剖开的顶视图；图7是组件38的一个剖开的透视图；图8是本发明设备2的一个剖开的后视图；其示出在设备2中使用的简单循环排放系统76；图9是优选用于设备2中的一个转换阀组件72的一个剖开的侧视图；图10是转换阀组件72的一个剖开的顶视图；其中拆去了阀门126的顶部密封板128；
图11是一个使用在阀组件72中的转动阀组件74的分解图；图12是一个优选用于阀组件72的出口密封件158的视图；图13是一个沿图12中的13-13线截取的密封件153的横剖面视图；图14是在本发明设备2中优选的锅炉系统16的一个剖开的侧视图；图15是锅炉系统16的一个剖开的顶视图；图16是一个沿图14中的16-16线截取的锅炉系统16的一个剖开的顶视图；图17是在锅炉系统16中使用的一个第一垂直管排装置220的一个侧视图；图18是用在锅炉系统16中的一个第二竖直管排装置222的一个侧视图；图19是锅炉系统16的一个前视图；图20是用在本发明的锅炉系统16中的一个蒸汽锅筒206的一个侧视图；图21是蒸汽锅筒206的一个顶视图；图22是一个透视图，其示出从本发明的废热发电设备2中拆除锅炉系统16的情况；和图23示出了用于在设备2中安装锅炉系统16的优选结构。
实施本发明的优选方案设备2包括一个具有一个底板6的拖车车架4；一个可安装在车架4上的第一发电机8；一个靠近第一发电机8可安装在车架4上的第二发电机10；一个可安装在车架4上的第一发动机12；一个靠近第一发动机12可安装在车架4上的第二发动机14；和一个可安装在车架4上的锅炉。第一发动机12经一联轴器18与第一发动机8相连，以便可由第一发动机12驱动发电机8。第二发动机14经一联轴器20与第二发电机10相连，以便可由发动机14驱动发电机10。锅炉16可以利用从发动机12和/或14排出的废气中回收的热量来产生蒸汽。
每个发电机8和10最好都是一种1500千瓦，4160伏特并能在功率因子为0.8下运行的同步发电机。每个发电机8和10也最好包含一个永久磁铁激励的发电机、一个自动电压调节器和一个功率因子调节器。每个发电机8和10最好都在大约1800转/分的同步速度下运行。
每个发动机12和14一般来说可以是任何类型的工业发动机，可以用于驱动发电机8和10，并能安装在拖车4上。每个发动机12和14最好都是一种通过燃烧一种可燃烧的燃料(例如天然气或二号燃油)而提供动力的工业用燃气轮机。
一种市场上可获得的在设备2中优选使用的燃气轮机的例子是由日本的Kawasaki重工业有限公司制造的KawawsakiM1A-13A型燃气轮机。这种Kawasaki M1A-13A型燃气轮机能用天然气，二号燃油或其它的这类可燃烧的燃油来提供动力。该M1A-13A型发动机包括一个两级离心式空压机；一个火花塞点燃式单壳燃烧器；和一个三级轴流式燃气轮机。
如图1A和1B中所示，本发明的设备2的拖车4最好是多轴拖挂车(例如一种三轴拖挂车)，每个轴上安装有四个车轮22。拖车4也最好包含一个在底板6之上间隔一定距离的顶架24，和一个将顶架24支撑在底板6上方的垂直框架结构26。
虽然图1～3中所示的本发明的废热发电设备的实施例2是安装在一个拖车4上，也应认识到，本发明的废热发电设备也可以安装在一个驳船上，一个滑行装置上或者一般地其它类型的可支撑本发明设备的可移动和/或可运输的结构上。
第一发电机8和第一发动机12利用一个刚性的发动机/发电机底架28安装在拖车4上。通过将发动机和发电机安装在一个单一的刚性底架28上可以更容易地维持发电机8和发动机12之间的对中。刚性底架28本身又安装在一对连接在拖车车架4的底板上的横向支撑件30上。多个(例如4个)橡胶隔离支持物32最好设置在底架28和横向支撑件30之间，以便使从发电机和发动机传递到拖车结构上的振动程度降至最小。也如在图1A中所示，发动机12最好这样连接在底架28上，使得它的油箱34向下伸入到底架28中，但又不接触拖车4的底板。
第二发电机10和第二发动机14利用一个大体上与底架28相同的底架安装在拖车4上。
发动机12和14中所包含的空压机用来将大气中的空气抽吸通过一个进气过滤器和消声器组件38和连接在组件38和发动机12和14的进气连接件66之间的气道40。进气过滤器和消气器组件38包含一个上壳44和一个设置在该上壳44之下的消声器壳46。上壳44有四个垂直边，其中带有六个开口48。在这些开口中具有除杂屏网的六个雨罩52最好可移动地连接到上壳44的外部，这样每个开口48都由一个雨罩52盖住。
每个开口48最好由一个两级过滤器组件53罩住。为了能易于从上壳44的外侧取下和更换，该过滤器组件53最好利用固定杆固定在开口48中，这些固定杆(例如用翼状螺帽)连接到开口48周围的上壳44的外部上和设置在开口48中的交叉件55上。每个两级过滤器组件53最好包括(a)一个可清洗的和可重新使用的第一级过滤器部件和(b)一个第二级过滤器部件，该第二级过滤器部件是褶形的，易处理的高效率过滤部件，它基本上可以除去所有的(最好至少大约99.9％)大于1微米的颗粒物。
上壳44中设有一个隔板61，隔板61将进气过滤器和消声器组件38的一侧与组件38的另一侧分开和隔离，从而使发动机12只经过设置在组件38中的开口48中的三个开口接收空气，而发动机14由设在组件38中的另三个开口48供给空气。
消声器壳46有一系列的缓冲板定位片56和连接在其中的缓冲板支撑片58，如图7所示，用于定位和支撑壳46中多个(例如8个)标准的可移去的缓冲板部件60。
进气过滤器和消声器组件38最好用螺栓固定在顶架24的顶部上。气道组件40也最好连接到顶架24上，以便进气过滤器和消声器组件38能够方便地从质架24上经拆下螺栓而分离并在将设备2被运输到其它地方时，从该废热发电设备2中移去。顶架24中设有开口，可使空气自由地从过滤器和消声器组件38流入到气道组件40。
Kawasaki M1A-13A型发动机的进气连接件66包括一个内置的扩展接头。然而，如果所用的具体发动机没有可比的特征时，可以将扩展接头成类似的部件设置在气道组件40中，以便于组装和热膨胀。
来自发动机12和14的废气经由换向阀72和热废气道74通到锅炉16。或者，可以用换向阀72将一些或全部废气从发动机12和14转到一个简单循环排放系统76中。
每个简单循环排放系统76包含一个排放通道78，排放通道78可螺栓固定在拖车4的顶架24上，和一个气道80。
气道80连接到顶架24和换向阀72上。排放通道78可以方便地拆开固定螺栓，并在将本发明的废热发电设备2转移到另一个地方之前将其从拖车4的顶架24上移下来。顶架24中设置有开口，以使废气从气道80自由地流到排放通道78。调节门88或类似部件设置在排放通道78的顶部或靠近其顶部，以便在简单循环排放系统76不使用时关闭排放通道78。
热废气道74包含一个大的矩形气道部分90，它从锅炉16向转换阀72延伸，和一个扩张/收缩气道部分92，它从矩形气道部分90延伸到设置在转换阀72中的水平出口。一个扩展接头96设置在矩形气道部分90中，可以使锅炉和气道系统热膨胀。
如图1A所示，在热废气道74的大的矩形部分90中最好设有一个轴向气道燃烧器100，或类似加热部件，如果需要，可以用气道燃烧器100将附加的热量加到流过废气道74中的废气流中，由此增加锅炉16中产生的蒸汽量。气道燃烧器100最好通过燃烧一种燃料例如天然气，丙烷，丁烷或类似物直接加热。
本发明的每个转换阀72都包括一个壳体102和一个设置在壳体102中的转动式闸门组件104。壳体102基本上是一种立方体形结构，其有一个顶部出口84，一个后部出口98和一个进口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用于将转换阀72与一个简单循环排放系统气道80相连。矩形突出部110用于将转换阀72与热废气道92相连。进口106基本上是圆形口，该圆形口包括一个基本上是圆柱形的凸缘112，用于将转换阀72与发动机12或14的废气出口相连。
转动式闸门组件104最好包括一个细长杆114，它延伸穿过设置在转换阀壳体102相对两侧中的孔116；支承组件118，它们连接到壳体102的外部，用于安置细长杆114的端部；一个连接到细长杆114的一端上的控制臂120，用于使细长杆114围绕其纵轴线转动；一对支承连接臂122，每一个臂有一端连接到细长杆114上；和一个连接在连接臂122的远端之间的球形支承件124。
转动式阀门组件104还包括一个基本上空心的阀部件或闸门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，它位于一个与密封面128的平面基本平行的平面中；一个长的第一矩形侧面132，它在密封面128的一边缘和密封面130的相应的一边缘之间延伸；一个长的第二矩形侧面134，它在密封面128的一边缘和密封面130的相应的一边缘之间延伸，矩形侧面134相邻于矩形侧面132；和一个长的第三矩形侧面136，它在密封面128的另一边缘和密封面130的一个相应的边缘之间延伸，矩形侧面136设置在第一矩形侧面132相邻的位置，与第二矩形侧面134相对。在闸门126的长矩形侧面132上设有一个开口138，用于安置支承连接臂122和球形支承件124。两相对的圆孔140设置在长矩形侧面134和136中，用于安置一个细长杆组件142，该组件可用于将闸门可转动地与球形支承124相连接。
细长杆组件142包括一个具有在其每个端部中设置了一个螺纹孔146的细长杆144；一对空心的细长对中套148；一对垫圈150；和一对螺栓152。每个对中套148都有一个径向突伸的内端部分154和一个径向突伸的外端部分156。设置在闸门126的孔140和对中套148的端部154和156具有这样的尺寸，使得对中套148的内端部分154可以安置在孔140中，但其外端部分156则不能通过孔140移动。
细长杆组件142用于将阀门126与球形支承124相联，这是通过(a)将球形支承124连接在支承连接臂122之间，然后将球形支承124和连接臂122插入闸门126的侧面开口138中，(b)用一个垫圈150和一个螺钉152将其中一个对中套148固定在细长杆144的一个端部上，(c)将细长杆144的未罩住的端部推入其中的一个孔140中，使该未罩住的杆端部在球形支承124中移动并从相对的闸门孔140中伸出，和(d)用剩下的垫圈150和螺钉152将第二对中套148固定在细长杆144的未罩住的伸出端上。这样连接的细长杆组件142，使之穿过闸门126并与球形支承124相连之后，闸门126就可以围绕支承124转动到一定的范围(最好不大于3°左右)，并且基本上可以沿任何方向转动。闸门126最好能自由地在任何方向上绕支承124转动大约1/2度。
每个转换阀72最好也包含一对出口密封158。其中一个出口密封158连接到围绕出口84的周缘的阀壳体102的内壁上。另一个出口密封158连接到围绕出口98的周缘的壳体102的内壁上。每个出口密封158最好包括一个大致可压缩的细长的耐热部件160，它装设在一个耐热的织物套162中。部件160最好是一种INCONEL线网部件，套162最好是一种陶瓷织物套。每个密封158最好用细长的金属固定杆164和多个紧固件(如不锈钢铆钉)166连接到内壳体壁上。所形成的布置情况能提供一种柔性密封，当它被阀门126的一个密封面128或130接触时其将会压缩，由此通过补偿密封面中的任何不规则地方而能防止阀中有任何泄漏。
阀门组件104设置在转换阀壳体102中，并且(a)阀门126可以绕杆114的纵轴完全向上转动到一个基本上水平的位置，由此以密封出口84并使出口98完全开启，(b)阀门126可以完全向下转动到一个基本上垂直的位置，由此密封出口98和使出口84完全开启，或者(c)阀门126可以转动到在刚才所述的水平位置和垂直位置之间的任一位置，由此将进入转换阀72中的废气的任何所要求的部分转到与阀相连的简单循环排放系统中。
发动机12和14最好利用伸缩管形的扩展接头186与转换阀72相连，每个扩展接头186最好由不锈钢伸缩材料制作，并每个扩展接头186最好包括一第一环形凸缘172，其与转换阀72的环形进口凸缘182用螺栓连接。每个扩展接头186也最好有一第二环形凸缘173，它与发动机12或14的环形废气出口凸缘190相连接。
扩展接头186承受热膨胀和发动机12和14的振动。此外，只要简单地断开并移去扩展接头186，就可以将发动机12和14从拖车4上移开，而并不需要再移去转换阀72。
滑动连接组件192用于将气道80和92连接到转换阀72的出口84和98。每个滑动连接组件192包括一个矩形唇状物194，它从气道的内壁向内凸伸出；一个设置在唇状物194上的陶瓷纤维条196；及一个矩形的封装压盖198，它用螺栓连接到气道上并在产生作用时将陶瓷纤维条196压靠在矩形的唇状物194上。矩形唇状物194和封装压盖198具有这样的尺寸，当壳体出口的矩形突出部108或110设置在气道中后，陶瓷纤维条196被迫压紧顶在矩形突出部108或110的外表面上。
本发明的转换阀72在本发明的废热发电设备2的运行中具有几个有用的功能。例如，当发动机12和14中只有一个运行并要求启动另一个发动机时，可以利用相应的转换阀72将废气从另一个发动机(即正在启动的发动机)转到简单循环排放系统中。此外，可以用转换阀72来将发动机12和14中的任一个与另一个发动机的废气通道隔开，使得在其中的一个发动机12或14运行时，(a)可以对另一个发动机进行所要求的维护操作，或(b)可以将另一个发动机完全地从拖车4上移走。而且，还可以利用转换阀72来控制达到锅炉16的废气数量，从而可以调节锅炉16中所生产的蒸汽量。
图1B，2B和图14-21中示出了一种优选的用于本发明的锅炉系统。锅炉16包括一个具有废气进口202和出口204的外壳200；一第一蒸汽锅筒206，它设置在外壳200之外部其顶部的出口204上方；一第二蒸汽锅筒208，它设置在外壳200之外部其顶部的废气进口202上方；一个在其一端连接到蒸汽锅筒208的底部的管道210，且该管道围绕废气进口202的一侧向下延伸；一个在其另一端附近连接到蒸汽锅筒208的底部的第二管道212，且该管道围绕废气进口202的另一侧向下延伸；和一个沉淀筒214，它在废气进口202下面横向延伸并使管道210和212的底端与其顶部相连接。除了下面讨论的其它功能外，沉淀筒214运行用于收集锅炉水中和蒸汽系统中的含有的沉淀物，以使这些物质能够利用一种与沉淀筒214相连接的吹头周期性地或者连续地从设备中清除掉。
锅炉16还包括一个垂直管组件216，其中的水是由来自发动机12和/或14的废气流加热而产生蒸汽。垂直管组件216包括17个单独的管排组件，它们在外壳200的废气进口202和出口204之间平行延伸布置。17个垂直管排组件中的9个是图14和图17中所示的那种垂直管排装置220。其余8个垂直管排组件是图18所示的垂直管排装置222。管排装置220和222装配在外壳200中的不同的位置，使得一个装置222设置在每一对相邻的管排装置220之间。
每个垂直管排装置220包括一个管道224，它连接到第一锅筒206底部附近并在外壳200中延伸大致到外壳202的底部；一个水平管道226，它沿外壳200的底部延伸并且其一第一端与管道224的底端相连，而其第二端从锅炉外壳200的壁中突伸出来，而与沉淀筒214相连；一排10个垂直带肋管230，它们设置在外壳200的废气出口附近并从水平管道226向上延伸；一排5个垂直带肋管232，它们设置在外壳200的废气进口附近并从水平管道226向上延伸；在带肋管230和232之间存在的一个间隙234，用于安置一个蒸汽过热装置236；和一个沿着外壳200的内部顶端延伸的顶部管道238。所有垂直管230和232都连接到管道238。管道238的一第一端靠近于外壳200的废气进口，该进口由一帽盖240封盖住。管道238的第二端连接到蒸汽锅筒206。管道238在外壳200的内部顶端部分的横向上以大致2.6°的仰角向锅筒206方向延伸。
每个垂直管排装置222包括一个管道242，它基本上连接到蒸汽锅筒206的底部，并在外壳200中向下延伸到外壳200的底部附近；一个水平管道244，它沿着锅炉外壳200的内底部延伸并有一个与管道242的底部连接的第一端和一个从锅炉外壳200的壁突伸出的第二端，该第二端连接到沉淀筒214；一排10个带肋垂直管246，它们设置在锅炉外壳220的废气出口附近，并从水平管道244向上延伸；一排5个带肋垂直管248，它们设置在外壳200的废气进口端附近，并从水平管道244向上延伸；在垂直管246和248之间存在的一个间隙250，用于安置蒸汽过热装置236；和一个顶部管道252，它在锅炉外壳200的内顶部的横向上延伸。顶部管道252有一个与蒸汽锅筒208的侧面相连的第一端。顶部管道252的另一端由一个帽盖254封盖住。顶部管道252在外壳200的顶端内部的横向上以大约2.6°的角度向上朝着蒸汽锅筒208延伸。所有垂直管246和248的上端都连接到顶部管道252上。
在锅炉16运行时，由于有水从蒸汽锅筒206经管道224和242水平管道226和244，沉淀筒214和管道210和212流动而在蒸汽锅筒208中初始建立并主要维持一个水位。管道224，242，226，244，210和212和沉淀筒214也运转用于将水供给到垂直管230，232，246和248。流过垂直管230和232，246和248的水被流过锅炉外壳200的废气加热，并由此至少部分地蒸发。从垂直管230和232来的所有流动物经顶部管道238流到蒸汽锅筒206。从垂直管246和248来的所有流动物都经顶部管道252流到蒸汽锅筒208。
由于在垂直管排装置220中形成的所有蒸汽流到蒸汽锅筒206，而在垂直管排装置222中形成的所有蒸汽流到蒸汽锅筒208，这样就保证蒸汽到锅筒206和208的流动大致是平衡的。结果，蒸汽锅筒206和208(a)具有大致相同的尺寸，(b)尺寸都相对较小，这样它们都能很好地适用于本发明的可移动式废热发电设备中可获得的有限空间中。
一个管道256连接在蒸汽锅筒206和208的顶部之间，用于平衡锅筒206和208中的蒸汽压力，且用于接纳供到蒸汽锅筒206和208的蒸汽物。一个管道266连接在管道256和蒸汽过热装置236的进口之间。减压阀258用于保护锅炉系统16不会过压，该减压阀最好也连接到管道256上。
如图14和图15所示，蒸汽过热装置236基本上在锅炉外壳200的整个横截面上延伸，并包括多个横向延伸的水平带肋管268。一个过热蒸汽物的管道270从过热装置236的底部延伸。
当锅炉16处于运行状态时，蒸汽从蒸汽锅筒206和208经管道256和266流到蒸汽过热装置236。当来自蒸汽锅筒206和208的蒸汽流过过热装置236时，它被流过锅炉外壳200的废气流加热而被加热。所产生的过热蒸汽物从过热装置经过热蒸汽物排放管道272供到主设备。
为了防止蒸汽过热装置236的管子受到过载热量，蒸汽过热装置236设置在管232和248的下游的间隙234和250中。垂直管232和248中的液体流动和出现的液体蒸发充分地降低了管232和248的表面温度，以防止这些管子过热。但是，蒸汽穿过过热管268的流动并不会充分降低管268的表面温度。当给定了从发动机12和14供给到锅炉16的废气的通常最高的温度时，过热装置管268的表面温度典型地将超过可容许的极限，如果这些管子马上暴露给流进锅炉的废气流的话。这样，足够数目的垂直管232和248被设置在过热装置236的上游，以充分降低进入过热装置236的废气的温度，进而防止过热管268的热负荷过载。
如图14，图20，和图21所示，蒸汽锅筒206的内部包括一个连接到蒸汽锅筒206的一个内侧上的长形箱274；两个经进气道278连接到长形箱274上的旋流筒276；和一个设置在蒸汽锅筒206的蒸汽出口下方的湿气垫277。管装置222的顶部管道252连接到锅筒206上，使得来自这些管中的每个管的产物流入蒸汽锅筒206的箱274中。箱274中收集的物质然后流过管道278，并进入旋流筒276。旋流筒276运行用于除去留在蒸汽产物中的任何水分，从而使水滴到蒸汽锅筒206的底部而蒸汽产物流到蒸汽锅筒206的顶部。除湿垫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。
蒸汽锅筒208中的内部部件基本上与蒸汽锅筒206中的部件相同。
由于新颖的设计，本发明的锅炉系统16是个非常紧凑的锅炉系统，它提供了一个非常高的相对有效热传递面积。这种特征可以非常有效地使用拖车空间。因此，本发明的锅炉系统16能理想地适用于本发明的可移动式废热发电装置。
本发明的废热发电设备2进一步包含一个节能器286，它设置在锅炉16附近，用来利用从锅炉16的废气出口204的流出的废气对供给水进行预热。节能器286是一种典型的节能器装置，它包括一个壳体288，该壳体有多个在其内部横向上延伸的水平带肋的管284。节能器286进一步包括一个供给水进口290和一个热供给水出口292。一个供给水供给管道294连到进口290，用于将供给水供给到节能器286。管道296连接在节能器286的供给水出口292和蒸汽锅筒206的低侧部分之间，用于将热供给水从节能器286供给到蒸汽锅筒206。一个管道300连接在锅炉16的废气出口204和节能器286的废气进口302之间，用于将废气从锅炉16供给到节能器286。
节能器286有一个设置在其顶部的废气出口303，它连接到拖车4的顶架24上。一个废气道304可拆除地与节能器286的出口303相连，用于将流过锅炉16和节能器286的废气排到大气中。废气道304最好用螺栓固定到拖车4的顶架24上，以使得废气道304能够在将本发明的废热发电设备运输到另一个地点之前从拖车4的顶架上移下来。顶架24上设有一个开口，以使节能器286的废气出口303与废气道304处于流体连通。
本领域技术人员可以认识到，最好设置标准仪器，控制件和设备(例如基于微处理机的可编程序逻辑控制器，个人计算机操纵接口站，一个或多个硬线紧急关机系统，等等)，用以进行自动化监测与控制本发明的废热发电设备2。如图1B和2B所示，最好在拖车4的前端305设置空间，用于安置各种仪器，控制器和选定的用于控制和监测本发明的系统和使该系统与主设备相连的部件。
如图2，图3和图22所示，可以设置各种顶板和侧板306，它们可拆除地连接到拖车架24和26上，用于在运输和使用中安置和保护本发明的废热发电设备2的各个部件。必要时，各种门和开口308可以设置在这些板中，以便能迅速接近系统的这些部件，而这些部件必须经常地使用，监测，修理和/或维护。可拆除的板也最好设置成这样，即能够将其中一个发电机8或10，一个发动机12或14或锅炉16拆除或重新安装在一个拖车4上，而设备2的其余部分则继续工作。在拖车4上拆除和再安装情况在下面进行讨论。
除了上述方面外，本发明的废热发电设备2最好包括两个润滑油冷却器310，它们可拆除地用螺栓连接在顶架24上；两个中性接地电阻器312，它们可拆除地用螺栓固定在顶架24上并在运行与发电机8和10相连；两个接地变压器313设置在拖车4的底板上，并且运行上与发电机8和10相连；两个电涌电容器和放电器组件311，它们可拆除地连接到顶架24上并且运行上与发电机8和10相连；两个壳体开口314和相关联的雨罩316，设置在拖车壳体中，以为发电机8和10提供通风；和两个通风扇组件318，它们可拆除地螺栓固定在顶架24上，可用于对拖车壳体的通风。安装在顶架24的顶部上的所有部件最好在将本发明的废热发电装置运输到另一个地点之前拆除下来。
每个通风扇组件最好包括一个内部风扇320和相关联的电机322；一个由具有吸声内衬的管子构成的消声器部分324；和一个运行上可安置在消声器部分324上方的蝶形减振器326。
每个润滑油冷却器310最好包括一个电机和一个风扇，并还包括一个进油口和一个出油口，润滑油冷却器310的进油口和出油口利用管子或类似部件与设置在Kawasaki M1A-13A型发动机上的相应的润滑油连接件相连接。
锅炉系统16在拖车4上的拆除和再安置情况概括地示于图22中。如图1B和图23所示，锅炉16最好利用一对平行的长形板件328和330安装在拖车4上，这些板件安置在拖车4的底板的横向位置上。每个板件328和330最好安置在一个结构架部件(例如一个I型梁)233的顶部，后者安置在底架6中。向上延伸的导杆334和336连接到板件328平330的外边缘。平行的板件328和330在拖车4上是相间隔开的，使得导杆334和336之间的间距稍大于锅炉16的基础部件342的外侧边缘之间的总间距。这样，通过在板件328和330的平滑的上表面上滑动锅炉16的基座部件342就可以将锅炉16从拖车4上拆除或安装在拖车4上。导向杆334和336用于保证在这种滑动操作期间锅炉16的基座部件342保持在板件328和330上。在板件328和330的后端处连接有止档件337，339，以在锅炉16被定位在部件328和330上后，这些止挡件使锅炉16的滑动移动停止。
如图22所示，锅炉16可以通过以下方式方便地从拖车4上拆除(a)从锅炉系统16的顶部拆去管道256和266；(b)拆除围绕锅炉16的侧板和顶板；(c)从锅炉区域中拆除任何遗留的周围包封框架结构；(d)靠近拖车4设置一个维护拖车344，该维护拖车344最好有安装在其上的平行的板件和导杆结构件350和352，它们对应于拖车4的板件328和330和导杆334和336；(e)在板件328和330和板件350和352之间连接一对平的结构桥接件354和356；(f)断开管道74和298和所有其余管件和电气系统与锅炉16的连接；然后(g)从拖车4上滑动锅炉16，使之滑到维护拖车344上。
可显明地看出，锅炉16可以以相似的过程再安置在拖车4上。
本发明的废热发电设备尤其适用于提供基础负荷的电力和蒸汽需求，设备2通常只用一个发动机/发电机组进行工作，而另一个发动机/发电机组处于备用维护状态，以便在第一个发动机/发电机组出现故障时使用。当需要额外的电力时，可将两组发动机/发电机投入运转。假设发动机12和14产生的所有废气被供到锅炉16，则当两个发动机/发电机组投入运转时，本发明的设备2的蒸汽产量也增加。设备2的蒸汽输出量也可以利用管道燃烧器100向发动机的废气中增加附加的热量而在任何发电水平上得到提高。如上所述，通过利用一个或两个转换阀72使所要求的废气部转向不进入锅炉16，也可以使本发明设备2的蒸汽输出量至少部分地降低到任何电力生产水平。
对于本技术领域的技术人员来说，显然本发明的废热发电设备2也包括标准的管道和线路系统，它们适用于在系统中接受和分配所需要的燃油；传送本发明系统的蒸汽和电力产物；自动地运行，控制和监测各种系统部件；等等。
因此，本发明非常适用于实现前述的或其中所含的目的和达到其长处。对目前所优选的实施例进行的说明只是出于公开该发明的目的，对于专业人员来说显然有许多的变型和改进，这些变型和改进也包含在由所附权利要求书中所定义的本发明的精神的范围之内。
权利要求
1.一种废热发电设备，其包括一种用于运输所述废热发电设备的运输装置(4)；安装在所述运输装置(4)上的用于发电的发电机装置(8，10)；安装在所述运输装置(4)上的用于驱动所述发电机装置(8，10)的驱动装置(12，14)，所述驱动装置(12，14)在运行时产生废气；和一个安装在所述运输装置(4)上的锅炉(16)，用于从所述废气中回收热量，所述废热发电设备的特征在于，所述锅炉(16)包括一个锅炉外壳(200)；一第一蒸汽锅筒(206)；一第二蒸汽锅筒(208)；一第一组锅炉垂直管(220)，它们设置在所述锅炉外壳(200)的内部；一第二组锅炉垂直管(222)，它们设置在所述锅炉外壳(200)的内部；管道部件，用于(a)将水从至少其中的一个所述锅筒(206，208)传送到所述第一组锅炉管(220)，(b)在所述锅筒(206，208)之间传送水，(c)将水从至少其中的一个所述锅筒(206，208)传送到所述第二组锅炉管(222)，(d)将蒸汽从所述第一组锅炉管(220)传送到至少其中一个所述锅筒(206，208)中，和(e)将蒸汽从所述第二组锅炉管(222)传送到至少其中一个所述锅筒(206，208)中。
2.按照权利要求1所述的废热发电设备，其特征在于，所述管道装置包括第一管道装置(210，212，214，224，226)，用于将水从至少其中一个所述锅筒(206，208)传送到所述第一组锅炉管(220)；第二管道装置(210，212，214，242，244)，用于在所述锅筒(206，208)之间传送水并将水传送到所述第二组锅炉管(222)；第三管道装置(238)，用于将蒸汽从所述第一组锅炉管(220)传送到至少其中一个所述锅筒(206，208)；和第四管道装置(252)，用于将蒸汽从所述第二组锅炉管(222)传送到至少一个所述锅筒(206，208)。
3.按照权利要求2所述的废热发电设备，其特征在于所述第三管道装置(238)可以用于将在所述第一组锅炉管(220)中产生的大致所有的蒸汽供送到所述第一和第二锅筒(206，208)中的一个锅筒中，使得在所述第一组锅炉管(220)中产生的蒸汽没有被传送到所述第一和第二锅筒(206，208)中的另一个锅筒中，所述第四管道装置(252)可以用于将在所述第二组锅炉管(22 2)中产生的大致所有的蒸汽供给到所述第一和第二锅筒(206，208)中的另一个锅筒中，使得在所述第二组锅炉管(222)中产生的蒸汽没有被传送到所述第一和第二锅筒(206，208)中所述那个锅筒中。
4.按照权利要求3所述的废热发电设备，其特征在于，所述锅炉(16)进一步包括设置在所述外壳(200)中的用于使蒸汽过热的过热器装置(236)；所述第一组锅炉管(220)包括至少一个设置在所述外壳(200)的进口(202)和过热器装置(236)之间的垂直管(232)；所述第一组锅炉管(220)进一步包括至少一个设置在所述过热器装置(236)和外壳(200)的出口(204)之间的垂直管(230)；所述第二组锅炉管(222)包括至少一个设置在所述外壳进口(202)和所述过热器装置(236)之间的垂直管(248)；所述第二组锅炉管(222)进一步包括至少一个设置在所述过热器装置(236)和所述外壳出口(204)之间的垂直管(246)。
5.一种废热发电设备，其包括一个用于输送所述废热发电设备的运输装置(4)；安装在所述运输装置(4)上的用于发电的发电机装置(8，10)；安装在所述运输装置(4)上的用于驱动发电机装置(8，10)的驱动装置(12，14)，所述驱动装置(12，14)在运行时产生废气；安装在所述运输装置(4)上的，用于从所述废气中回收热量的热量回收装置(16)；和废气排放装置(76)，用于在所述废气的所述部分进入所述热回收装置(16)之前排放至少一部分所述废气，所述废热发电设备的特征在于，所述废热发电设备进一步包含一个转换装置(72)，用于有选择地将所述废气的所述部分转向到所述废气排放装置(76)中，所述转换装置(72)包括一个具有一进口(106)和一第一出口(98)的壳体(102)；一个可转动地安装在所述壳体(102)中的阀件支承件(122)；一个设置在所述壳体(102)中的阀件(126)；和一个转动装置(124，142)，用于使所述阀件(126)与所述阀件支承(122)相连，使得所述阀件(126)能相对于所述阀件支承(122)沿基本上任何方向转动到至少某种范围。
6.按照权利要求5所述的废热发电设备，其特征在于，所述转动装置(124，142)包括一个球形支承组件，它有一个与所述阀件支承(122)相连的第一部分(124)和一个与所述阀件(126)相连的第二部分(142)，所述第二部分(142)可转动地与所述第一部分(124)相连。
7.按照权利要求5所述的废热发电设备，其特征在于，壳体(102)进一步包含一第二出口(84)，且所述阀件(126)可以通过转动所述阀件支承件(122)来定位，用于选择性地密封所述出口(84，98)，以便在所述阀件(126)定位在完全关闭其中一个所选择的所述出口(84，98)时，所述出口(84，98)中的另一个则是开启的。
8.按照权利要求7所述的废热发电设备，其特征在于，所述阀件(126)是可以定位的，以使得每个所述出口(84，98)都至少是部分地开启。
9.按照权利要求7所述的废热发电设备，其特征在于，当所述阀件(126)被定位到关闭所述第一出口(98)的位置时，所述转动装置(124，142)必要时可以使所述阀件(126)相对于所述阀件支承件(122)转动，以使得所述阀件(126)基本上完全接触一第一出口密封件(158)；所述阀件(126)被定位到关闭所述第二出口(84)的位置时，转动装置(124，142)可以在必要时使阀件(126)相对于所述阀件支承件(122)转动，使得所述阀件(126)基本上完全接触一第二出口密封件(158)；所述第一出口密封件(158)定位在所述壳体(102)中，使得所述第一出口密封件(158)基本上完全包围所述第一出口(98)；和所述第二出口密封件(158)定位在所述壳体(102)中，使得所述第二出口密封件(158)基本上完全包围所述第二出口(84)。
10.按照权利要求5所述的废热发电设备，其特征在于，所述转换装置(72)进一步包括一个定位在所述壳体中围绕所述第一出口(98)的密封装置(158)，其中，当所述阀件(126)设置到关闭所述第一出口(98)的位置时，所述阀件(126)可以在需要时相对于所述阀件支承(122)进行转动，使得所述阀件(126)密封地接触围绕着大体所述第一出口(98)的整个周边的所述密封件(158)。
全文摘要
一种可移动式废热发电装置，用于生产电力和蒸汽，以满足基本的或补充的能量需求。该废热发电装置包括一个运输装置，例如一个具有一个支架的拖车(4)；安装在支架(4)上的发电机(8，10)；安装在支架(4)上的用于驱动发电机(8，10)的透平发动机(12，14)；一个安装在支架(4)上的用于从来自透平发动机(12，14)的废气中回收热量以产生蒸汽的锅炉(16)；用于在进入锅炉(16)之前排放一些或全部废气的简单循环排放系统(76)；和用于有选择地将一些或全部废气转向到简单循环排放系统(76)中的转向阀(72)。
文档编号F01K17/02GK1128057SQ94192965
公开日1996年7月31日 申请日期1994年6月7日 优先权日1993年6月15日
发明者M·G·何斯, J·L·库斯, G·R·吉尔伯特, D·E·佩恩, D·L·登顿, W·P·赫利安, C·库伦斯, J·W·金, D·-L·麦斯纳, T·R·科斯, J·L·哈森, D·M·凯特里克, J·H·泰格, G·W·施韦策尔, D·J·库辛诺 申请人:俄克拉何马应用能源系统公司