CN104033873A - 一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热装置及方法。该装置包括锅炉、分汽缸、水罐、给水泵、管道、辅热装置和蓄热器，所述锅炉有柴油机烟气入口和排烟口，锅炉出汽端通过管道连接分汽缸，锅炉进水端通过管道连接有给水泵和水罐，锅炉进水端的管道上还接有压缩空气提供装置，所述辅热装置通过管道连接在锅炉的两端，锅炉出汽端的管道还连接有蓄热器。该回收方法包括钻井柴油机产生的烟气通过管道进入锅炉，加热锅炉里面的水，锅炉里面加热后产生的水蒸气通过管道进入分汽缸，分汽缸为各用户提供热量等步骤。本发明节能增效，绿色环保，安全可靠。

Description

一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热装置及方法

技术领域

本发明专利属于油田钻井队现场用的设备，是一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热装置及方法。

背景技术

目前，钻井队通常配备多台柴油发动机，用于带动泥浆泵、钻机等等设备，而柴油机正常工作时产生的热能只有约35％转化为机械能，其余有35％随着高温废气排出，还有25％通过散热带走，另有5％用于柴油机内耗。这种高温的废气直接排入大气中，造成了能源的浪费。随着技术的发展和节能减排要求的提高，依靠现有的技术，完全可以将柴油机高温废气中的余热进行回收利用，用来替代钻井队现有的冬防锅炉，既符合国家节能减排政策的要求，还可以为钻井队降低冬防费用，减少冬季钻井的生产成本。

目前关于钻井柴油机余热回收装置有很多种，比如中国专利号为“ZL201120415114.4”，专利名称为“钻井用柴油机的尾气余热回收系统”就公开了钻井柴油机的尾气余热回收的系统，类似的技术还有很多。

但是目前的钻井柴油机余热回收装置和技术存在着以下的问题：

一、普通钻井柴油机余热回收装置工作时，锅炉中产生的饱和蒸汽在管道内流动时，由于散热冷却，一部分变成了液态水，蒸汽损耗较大。

二、钻井柴油机余热回收装置工作时，运行一段时间后烟气背压增大，影响柴油机的正常工作。

三、钻井柴油机余热回收装置工作时，管道内流通水或者水蒸气，但是当该设备停止运行时，在管道内会有存水，当温度低于零度以后，管道内的存水会结冰，结冰可能堵塞管道影响设备的再次运行，也有可能直接导致管道爆裂。

四、在钻井工作过程中，柴油机有时候是低负荷运行的，由于柴油机的低负荷运行，所以排出的废气余热就不足，废气余热不足就会影响产汽量，影响用户使用。

发明内容

本发明为了解决现有的钻井柴油机余热回收装置和回收技术中的不足，采取了利用井场原有的压缩空气来清扫管道中存水和增加了辅热装置等技术，设计出了一种新型的基于钻井柴油机余热回收及利用的供热装置和回收技术，本技术确保了该装置运行的可靠性。

为此，本发明具体采用以下技术方案：该装置包括锅炉、分汽缸、水罐、给水泵、管道、辅热装置和蓄热器，所述锅炉有柴油机烟气入口和排烟口，锅炉出汽端通过管道连接分汽缸，锅炉进水端通过管道连接有给水泵和水罐，锅炉进水端的管道上还接有压缩空气提供装置，所述辅热装置通过管道连接在锅炉的两端，锅炉出汽端的管道还连接有蓄热器。

压缩空气提供装置可以是压缩孔空气管道，由从现场直接接入压缩空气，也可以压缩空气机，还可以是压缩空气储罐。在装置停止运行时，压缩空气提供装置通过压缩空气管道往管道中吹压缩空气，此举可以将所停运范围内的存水吹出，防止水冻成冰，可防止严寒对设备造成的损坏。

优选的，所述该装置连接多台钻井柴油机，锅炉的数量与钻井柴油机的台数相同，各锅炉之间进行并连。

优选的，所述锅炉为带有过热器的锅炉，所述辅热装置采用电磁锅炉。过热器可以将饱和蒸汽加热成过热蒸汽，可以有效地消除或者减少蒸汽在沿途管道的损失。电磁锅炉利用电磁感应原理，其体积小、受热面积大、升温速度快，不易结垢。

优选的，所述给水泵与锅炉之间的管道上还连接换热器，换热器连接到钻井柴油机机身循环水水管。钻井柴油机工作的时候机身会产生大量的热，此时需要水进行冷却，循环水温度升高，经过换热器以此来提高给水泵与锅炉之间的管道内的水，管道内的水进入锅炉内。此种设计，将钻井柴油机机身内高温循环水的热量进行了利用，最大限度的回收了钻井柴油机的余热。

优选的，所述柴油机烟气入口安装有三通挡板阀。三通挡板阀能根据柴油机排气背压值调节烟气排空量，从而保证柴油机的正常运行。所述锅炉、分汽缸、水罐、给水泵、辅热装置和蓄热器的两端管道均安装有阀门，所述压缩空气提供装置上有阀门。安装阀门的作用是可以控制该设备是否需要连接到管网。

优选的，所述水罐有进水管道，水罐与给水泵之间还接有水处理装置和软水箱，所述分汽缸有管道连接水罐，管道上带有阀门。水处理装置和软水箱是为了保证管网中水质满足锅炉正常运行要求。

一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热方法，所述方法包括如下步骤：

一、钻井柴油机产生的烟气通过管道进入锅炉，加热锅炉里面的水，锅炉里面加热后产生的水蒸气通过管道进入分汽缸，分汽缸为各用户提供热量；

二、当分汽缸中蒸汽压力高于某一设定值时，一部分蒸汽自动进入蓄热器储存；当分汽缸中蒸汽压力低于某一设定值时，蓄热器放热补充蒸汽；从而维持分汽缸中蒸汽压力以满足用户需求；

三、如果钻井柴油机低负荷运行，废气余热不足，蓄热器放热尚不能维持蒸汽压力时，开启辅热装置，由辅热装置提供水蒸汽以满足用户的临时需求；

四、锅炉正常运行水位由给水泵从水罐中将水泵入锅炉来维持；

五、当锅炉停止运行时，利用压缩空气吹入管道，将所停运范围内的存水吹出。

优选的，在所述步骤一中，钻井柴油机废气通过管道进入锅炉之前，在管道上装有三通挡板阀，当钻井柴油机排气背压过高时，烟气通过三通挡板阀中的排空门放出一部分或者全部烟气，该步骤中的锅炉为带有过热器的锅炉，过热器将蒸汽换成过热蒸汽，同时，钻井柴油机机身上的高温循环水通过换热器加热管道里的低温水，加热后的水流入锅炉里，从而提高了锅炉内的水温。

钻井柴油机工作的时候机身会产生大量的热，此时需要水进行冷却，循环水温度升高，经过换热器以此来提高给水泵与锅炉之间的管道内的水，管道内的水进入锅炉内。此种设计，将钻井柴油机机身内高温循环水的热量进行了利用，最大限度的回收了钻井柴油机的余热。

优选的，在所述步骤四中，所述辅热装置采用电磁锅炉提供水蒸汽进入管道。

优选的，在所述步骤五中，所述水罐中的水经过水处理装置进行处理，再进入软水箱，然后由给水泵泵入锅炉，此时，通过管道将分汽缸的冷凝水或少量蒸汽接入水罐或者软水箱中，提高水的温度防止水冻结。

本发明的有益效果在于：

1.节能增效：装置不仅回收了钻井柴油机排出的高温废气余热，而且就也回收了钻井柴油机在运转时用来冷却的循环水的余热，该装置能够完全替代现有的保障冬季正常生产用的加热锅炉。不需要燃料成本消耗。对于北方高寒油区，冬防保温将持续5-6个月，节能增效更加明显。

2.绿色环保：该装置可完全替代原有的燃料燃烧锅炉。100％杜绝了原燃料燃烧锅炉二氧化硫(SO2)和二氧化碳(CO2)的排放。本装置还可大幅降低柴油机排气噪音，改善工作环境和周围居民的生活环境。

3.运行可靠：柴油机正常运行时，通过余热锅炉正常供热，当柴油机低负荷运行时，启动电磁辅热设备进行加热，保证钻井生产用汽的供应。该装置配有空气吹扫口，停用时用压缩空气吹出装置内存水，可防止严寒对设备造成的损坏。

附图说明

图1是本发明实施例一的一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热装置的结构示意图；

图2是本发明实施例二的一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热装置带两台钻井柴油机和水处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一：

图1是按单台钻井柴油机配备单台锅炉的典型系统示意图。该装置包括锅炉1、分汽缸2、水罐3、给水泵4、管道5、辅热装置和蓄热器6，本实施例中辅热装置采用电磁锅炉7。锅炉1为带有过热器的锅炉1，锅炉1有柴油机烟气入口8和排烟口9，锅炉1出汽端13通过管道5连接分汽缸2，锅炉1进水端10通过管道5连接有给水泵4和水罐3，锅炉1进水端10的管道5上还接有压缩空气提供装置，该实施例的压缩空气提供装置采用压缩空气储罐11，该压缩空气储罐11提供压缩空气通过压缩空气管道12连接到管道5中。所述电磁锅炉7通过管道5连接在锅炉1的两端，锅炉1出汽端13的管道5还连接有蓄热器6。所述柴油机烟气入口8安装有三通挡板阀14。所述锅炉1、分汽缸2、水罐3、给水泵4、电磁锅炉7、蓄热器6和压缩空气储罐11的两端管道5均安装有阀门15。所述给水泵4与锅炉1之间的管道5上还连接换热器18，换热器18连接到钻井柴油机机身循环水水管19。

该装置工作时，由钻井柴油机的高温烟气从管道5经过三通挡板阀14，当钻井柴油机排气背压过高时，烟气通过三通挡板阀14中的排空门放出一部分或者全部烟气，高温烟气从三通挡板阀14进入锅炉1。锅炉1中的过热器可以将蒸汽换成过热蒸汽，可以有效地消除或者减少蒸汽在沿途管道5的损失。

当分汽缸2中蒸汽压力高于某一设定值时，一部分蒸汽自动进入蓄热器6储存；当分汽缸2中蒸汽压力某一设定值时，蓄热器6放热补充蒸汽；从而维持分汽缸2中蒸汽压力以满足用户需求；

如果钻井柴油机低负荷运行，废气余热不足，蓄热器6放热尚不能维持蒸汽压力时，开启电磁锅炉7，由电磁锅炉7提供水蒸汽以满足用户的临时需求；

锅炉1中水不断消耗，由给水泵4从水罐3中将水泵入锅炉1；具体的是水从水罐3中泵到管道5中，管道5中的低温水经过换热器18，由于，换热器18连接到钻井柴油机机身循环水水管19,从钻井柴油机机身过来的高温水，通过过热器，提高了给水泵4与锅炉1之间的管道5内的水，管道5内的水再进入锅炉1内。

然后，通过高温烟气继续加热锅炉1里面的水，锅炉1里面加热后产生的水蒸气通过管道5进入分汽缸2，分汽缸2为各用户提供热量。

当锅炉1停止运行时，压缩空气储罐11提供压缩空气，压缩空气通过压缩空气管道12，将压缩空气吹入管道5，并将所停运范围内的存水吹出。

实施例二：

如图2，该装置，水罐3有进水管道，水罐3与给水泵4之间还接有水处理装置16和软水箱17，所述分汽缸2有管道5连接水罐3，管道5上带有阀门15。水处理装置16和软水箱17是为了保证管网中水的纯净，过滤掉杂质。

同时，通过管道5将分汽缸2中的冷凝水或者少量蒸汽接入水罐3或者软水箱17中，提高水的温度防止水冻结。

此时有两台钻井柴油机分别连接有两个锅炉1，两个锅炉1之间采用并连，这样的设计可以适用两台钻井柴油机，同样也可以是多台钻井柴油机进行并连。

该实施例与实施例一相比，除上述三点变化以外，其他没有变化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热装置,其特征在于：该装置包括锅炉、分汽缸、水罐、给水泵、管道、辅热装置和蓄热器，所述锅炉有柴油机烟气入口和排烟口，锅炉出汽端通过管道连接分汽缸，锅炉进水端通过管道连接有给水泵和水罐，锅炉进水端的管道上还接有压缩空气提供装置，所述辅热装置通过管道连接在锅炉的两端，锅炉出汽端的管道还连接有蓄热器。

2.如权利要求1所述的一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热装置，其特征在于，所述该装置连接多台钻井柴油机，锅炉的数量与钻井柴油机的台数相同，各锅炉之间进行并连。

3.如权利要求2所述的一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热装置，其特征在于，所述锅炉为带有过热器的锅炉，所述辅热装置采用电磁锅炉。

4.如权利要求2所述的一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热装置，其特征在于，所述给水泵与锅炉之间的管道上还连接换热器，换热器连接到钻井柴油机机身循环水水管。

5.如权利要求2所述的一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热装置，其特征在于，所述柴油机烟气入口安装有三通挡板阀，所述锅炉、分汽缸、水罐、给水泵、辅热装置和蓄热器的两端管道均安装有阀门，所述压缩空气提供装置上有阀门。

6.如权利要求2所述的一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热装置，其特征在于，所述水罐有进水管道，水罐与给水泵之间还接有水处理装置和软水箱，所述分汽缸有管道连接水罐，管道上带有阀门。

7.一种利用权利要求1所述装置的基于钻井柴油机余热回收及利用的供热方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

一、钻井柴油机产生的烟气通过管道进入锅炉，加热锅炉里面的水，锅炉里面加热后产生的水蒸气通过管道进入分汽缸，分汽缸为各用户提供热量；

二、当分汽缸中蒸汽压力高于某一设定值时，一部分蒸汽自动进入蓄热器储存；当分汽缸中蒸汽压力低于某一设定值时，蓄热器放热补充蒸汽；从而维持分汽缸中蒸汽压力以满足用户需求；

三、如果钻井柴油机低负荷运行，废气余热不足，蓄热器放热尚不能维持蒸汽压力时，开启辅热装置，由辅热装置提供水蒸汽以满足用户的临时需求；

四、锅炉正常运行水位由给水泵从水罐中将水泵入锅炉来维持；

五、当锅炉停止运行时，利用压缩空气吹入管道，将所停运范围内的存水吹出。

8.如权利要求7所述的一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热方法，其特征在于，在所述步骤一中，钻井柴油机废气通过管道进入锅炉之前，在管道上装有三通挡板阀，当钻井柴油机排气背压过高时，烟气通过三通挡板阀中的排空门放出一部分或者全部烟气，该步骤中的锅炉为带有过热器的锅炉，过热器将蒸汽换成过热蒸汽，同时，钻井柴油机机身上的高温循环水通过换热器加热管道里的低温水，加热后的水流入锅炉里。

9.如权利要求7所述的一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热方法，其特征在于，在所述步骤四中，所述辅热装置采用电磁锅炉提供水蒸汽进入管道。

10.如权利要求7所述的一种基于钻井柴油机余热回收及利用的供热方法，其特征在于，在所述步骤五中，所述水罐中的水经过水处理装置进行处理，再进入软水箱，然后由给水泵泵入锅炉，此时，通过管道将分汽缸的冷凝水或少量蒸汽接入水罐或者软水箱中，提高水的温度防止水冻结。