[发明专利]通过利用高压和适中温度的蒸汽的热循环产生能量的方法

说明书

技术领域

本发明可以应用在能源领域，尤其可以用在诸如废物和生物材料之类的物质的能量回收以及利用浓缩系统进行的太阳能开发中。

背景技术

目前，具有足够生热值的诸如废物和生物材料(biomasses)之类的物质的能量回收或用途由一般在燃烧炉中执行的循环构成，其热排放气体用在锅炉中以产生加压的过热蒸汽，用于其后续在一般与发电机连接的冷凝轮机中的膨胀。

该过程以兰金循环为基础，其能量效率由蒸汽干度决定，因此当在最高的可行压力和温度下产生过热蒸汽时可以提高所述效率。

但是，由于在大约350℃的温度之上蒸汽的过热管束经历由废物和生物材料的燃烧的排放气体造成的过多腐蚀，因此在目前存在的用于废物和一些生物材料的燃烧的炉的锅炉中，尤其是在用于城市固体废物或可吸收材料的锅炉的情况下，可以在蒸汽中达到的最高高度被限制。

在城市固体或可吸收废物的情况下，含氯产品的燃烧产生的氯化氢的存在在造成所述腐蚀后果的因素中比较突出。此外，在使用森林或农业废物、比如谷物秸秆、橄榄树林废物等等的设备中，有必要考虑由于所述废物中存在的钾含量而导致的腐蚀后果，所述钾含量由飞尘产生，其沉积在过热设备中，籍此最终溶解，增加了将其除去的困难，而同时由于该融化的飞尘被分离因此其有助于所述腐蚀。

当前存在的常用系统包括由在大约40巴的压力下产生蒸汽、在废物锅炉中在大约400℃下使其过热，使得管束外部的腐蚀率是蒸汽温度低于350℃的那些情况下的数倍。

为了克服上述过热管束的腐蚀问题，方法已经被改进，其中在废物焚化锅炉内产生蒸汽，具有70巴以上的高压，通常具有大约100巴的值，其稍微过热或不过热，即在大约330℃的温度下，其中腐蚀后果不是非常显著。

为了增加蒸汽轮机的效率，在使用这些方法的设备中，在废物锅炉的外部使产生的高压和适度温度的蒸汽过热。为此，使用燃烧清洁燃料、例如天然气产生的不会造成腐蚀的排放气体。

从而获得大约70-110巴高压和500-540℃高温的蒸汽，而在废物炉内没有发生腐蚀，这样能够在轮机内产生具有高能量效率的能量，所述能量能够是机械能或电能，当蒸汽轮机连接到发电机时是电能。

这种类似的那些方法在西班牙专利No.ES-2006059-A6和No.ES-2010890-A6中被描述，它们描述了使在用于城市固体废物或生物材料的锅炉内以低于腐蚀开始变得显著的温度的温度产生的高压蒸汽在用于回收清洁燃料的燃烧气体或燃气轮机的排放气体的热量的锅炉中过热的方法。利用这些系统，不仅避免了腐蚀的后果，而且增加了电能的产量，在两种燃料都使用中具有高的能量效率。

同样，美国专利No.US-5724807-A也描述了一种用于以高于68巴的压力使在使用燃气轮机的排放气体的废物锅炉内产生的蒸汽过热的方法，这进一步产生了用于例如冷却燃气轮机的空气或预热废物炉的助燃空气和冷凝物的低压蒸汽。

但是，上述方法的有效的工业应用不是非常成功，因此目前使用低于60巴压力和高于350℃温度的蒸汽的传统装置仍然是普遍的，这是由于在焚化设备附近具有清洁的和节省成本的辅助燃料是困难的以及由这些方法承担的能量效率的提高在经济上不会弥补更高的投资和辅助燃料的额外成本，从经济效益的观点来看是不可行的或者是效率低的方法。

另一方面，用于太阳能开发的其中一种最普遍的方法包括通过使用镜子在接受器上集中直接的太阳照射，中间热传递流体穿过接受器的内部循环，所述中间热传递流体用于存储并从蒸汽发生锅炉中传送热量。该方法用在热电站中，其中中间有机流体在不发生分解的情况下能够承受的最高温度水平是大约400℃。

由于这种技术上的局限，具有中间热传递流体的日光集中装置的锅炉设计成以大约380℃的温度产生蒸汽，这意味着在这些日光装置中发生的热循环具有低的能量效率。

为了提高基于太阳能开发的热循环的能量效率，已经考虑过许多方法，包括法国专利No.FR-2450363-B1，其描述了通过在50巴的压力下使蒸汽过热来从太阳能发电的热电站，所述蒸汽通过利用中央塔和日光反射装置在太阳能集热器中在高温下加热的熔盐混合物、利用来自于太阳能集热器的中间有机流体而产生。

同样，美国专利申请No.US-2006260314-A1描述了一种方法和系统，其中利用来自于太阳能集热器的中间有机流体产生的低温蒸汽被来自于复合循环的高温蒸汽过热，这也可以利用复合循环的尾气来执行，正如国际PCT专利申请No.WO-9511371-A1中所描述的那样。