[其他]通过中间冷却实现热力循环的方法和装置

说明书

通过中间冷却实现热力循环的一种方法和装置。它包括一个冷凝子系统，一个锅炉和一个涡轮。锅炉可包括一个预热器，一个蒸发器和一个过热器。流体在涡轮内初始膨胀后可导向再热器从而提高用于过热的可利用的温度。流体回到涡轮并进一步膨胀之后可从涡轮回收并在中间冷却器内冷却。此后，流体回到涡轮再次膨胀。涡轮气体之冷却可为汽化提供附加热量。中间冷却可补偿用于再热的热量，并可回收经最终涡轮膨胀之后的可用热量不然这热量将无用。

本发明涉及利用膨胀和回收的工作流体将来自热源的能量转换为可用形式的方法和装置。本发明还涉及提高热力循环的热利用效率的方法和装置。

在兰金循环中，像水、氨水或氟利昂这样的工作流体利用现有的热源在蒸发器中蒸发。蒸发后的气态工作流体通过涡轮时膨胀，把能量变换为可用形式。然后，用过的气态工作流体利用现有的冷却介质在冷凝器内冷凝。冷凝的工作介质用泵加压，然后再汽化，如此继续循环下去。

描述在美国专利4，346，561中的（exergy）循环利用双元或多元工作流体。这种循环通常根据把双元工作流体当作液体用泵加至高的工作压力，并加热，使工作流体部分汽化的原理工作。然后，将流体闪蒸，使高沸点工作流体与低沸点工作流体分离。低沸点组分在通过涡轮时膨胀，驱动涡轮，而高沸点组分将热回收，用来加热汽化前的双元工作流体。然后，将高沸点组分与用过的低沸点工作流体混合在一起，在有冷却介质的冷凝器内吸收用过的工作流体。

传统的兰金循环和（exergy）循环在理论上的比较证明，当利用诸如海水、地热能量等温度较低的可用热源时，新循环的效率较兰金循环的效率有所提高。

本申请人另一项更新的发明是美国专利4，489，563，名称为基本卡利纳（Kalina）循环。在该发明中，利用较低的温度的可利用的热能在中等压力下实现至少一部分多元流体流的部分地蒸馏，从而产生不同成分的工作流体馏分。该馏分被用来产生至少一种主要的富溶液，该富溶液相对于低沸点组分来说已相对地富集了，并产生一种贫溶液，该贫溶液相对于低沸点组分来说已相对地贫化了。提高主要富溶液的压力，然后使之汽化，产生加压的气态主工作流体。该主工作流体膨胀到低压，把能量变换成可用形式。用过的低压工作流体通过在贫溶液中冷却溶解，在主吸收段中冷凝，从而回收初始的工作流体，供再使用。

在把热能变换成可用形式的任何一个过程中，热源中可用能量主要损失发生在工作流体的蒸发或汽化过程中。这种可用能量（也叫做（exergy或essergy））的损失，是由于在锅炉内热源的焓-温特性和工作流体失配的结果。简单地认为，对任何既定的焓来说，热源温度总是高于工作流体的温度。理想的，该温差几乎是零，但不完全等于零。

这种失配出现于用纯净物质作为工作流体的传统的兰金循环，也出现于用混合物质作为工作流体的上述卡利纳循环（Kalina cycle）和（exergy）循环。以卡利纳循环和（exergy）循环的方式使用混合物作为工作流体，使上述损失有明显的减小。但是，不管在什么循环中进一步减少上述能量损失，是最好不过了。

在传统的兰金循环中，热源和工作流体的焓-温特性失配造成的能量损失，约占可利用的（exergy）的25%。在美国专利4，489，563所描述的这种循环中，锅炉内由于焓-温特性失配而造成的（exergy）损失，约占全部可利用的（exergy）的14%。

为了进行讨论，热力循环中整个汽化过程可看作由三个不同部分组成：预热，汽化和过热。就常规的工艺规程而言，在预热期间热源和工作流体的匹配是适当的。然而，适宜于过热过程的温度范围内的热量通常要比必需的热量大得多，而适宜于汽化过程的温度范围内的热量却比必需的热量小得多。本发明的发明人意识到，适宜于高温过热过程的一部分高温热量被用于上述已知过程中的汽化过程。这就在两个热流之间造成很大的温差，其结果是导致不可逆（exergy）的损失。