[发明专利]直接蒸发器设备和能量回收系统

说明书

技术领域

本发明大体涉及有机兰金循环能量回收系统，并且更具体而言，涉及直接蒸发器设备和采用该设备来进行能量回收的方法。

背景技术

大量人类活动所产生的所谓的“废热” 代表有价值的且往往未充分利用的资源。废热源包括各种类型的热的燃烧排气，包括烟道气。诸如涡轮的工业涡轮机频繁地产生大量呈热的气态排气流的形式的可回收废热。

已经部署有机兰金循环能量回收系统作为对小型和中型燃气轮机的改型，以从涡轮的热的气体流中捕捉废热，以及将回收的热转化成合乎需要的动力输出。在有机兰金循环中，热在闭合回路中传递到有机流体(典型地称为工作流体)。工作流体通过与废热进行热接触而被加热，并且蒸发，以及然后通过功抽取装置而膨胀，诸如涡轮，在此期间，膨胀动能从膨胀的气态工作流体传递到涡轮的活动构件。从而产生机械能，机械能可转化成例如电能。其能量含量的一部分已经传递到涡轮的气态工作流体然后冷凝成液态，并且回到闭合回路的加热级，以供再利用。在这种有机兰金循环中使用的工作流体典型地是烃，烃在环境条件下是液体。因而，工作流体在高温下会经历退化。例如，在500℃(对来自涡轮排气流的热的热源气体典型的温度)下，甚至高度稳定的烃也开始退化。更糟糕的是，用于有机兰金循环能量回收系统中的烃工作流体可在远低于500℃的温度下开始退化。因而，使用有机兰金循环能量回收系统来从燃气轮机系统中回收废热面临这样的困境，即，排气的温度太高，以至于不能与有机兰金循环能量回收系统的工作流体进行直接的热接触。

为了避免前述问题，大体使用中间热流体系统来将热从排气传递到有机兰金循环锅炉。在一个示例中，中间热流体系统是充油式线圈，充油式线圈缓和有机兰金循环锅炉中的工作流体的温度。但是，中间热流体系统可占有机兰金循环能量回收系统的总成本的大部分。另外，中间热流体系统会增加有机兰金循环能量回收系统的复杂性，并且带来额外的构件，额外的构件的存在会降低热能回收的整体效率。

因此，改进的有机兰金循环系统对于解决前述问题中的一个或多个是合乎需要的。

发明内容

在一方面，本发明提供一种用于有机兰金循环能量回收系统中的直接蒸发器设备，其包括：(a)包括热源气体入口和热源气体出口的壳体，壳体限定从入口至出口的热源气体流径；以及(b)设置在热源流径内的热交换管，热交换管构造成容纳有机兰金循环工作流体，热交换管包括工作流体入口和工作流体出口。直接蒸发器设备构造成使得已经接触热交换管的至少一部分的热源气体的至少一部分与通过热源气体入口而进入直接蒸发器设备的热源气体进行热接触。

在另一方面，本发明提供一种用于有机兰金循环能量回收系统中的直接蒸发器设备，其包括：(a)包括热源气体入口和热源气体出口的壳体，壳体限定从入口至出口的热源气体流径；以及(b)设置在热源流径内的热交换管，热交换管构造成容纳有机兰金循环工作流体，热交换管包括工作流体入口和工作流体出口。热源气体入口和热源气体出口构造成使得离开热源气体出口的热源气体的至少一部分与通过热源气体入口而进入直接蒸发器设备的热源气体进行热接触。

在又一方面，本发明提供一种有机兰金循环能量回收系统，其包括：(i)直接蒸发器设备，其包括：(a)包括热源气体入口和热源气体出口的壳体，壳体限定从入口至出口的热源气体流径；以及(b)设置在热源流径内的热交换管，热交换管构造成容纳有机兰金循环工作流体，热交换管包括工作流体入口和工作流体出口；(ii)功抽取装置；(iii)冷凝器；以及(iv)泵。直接蒸发器设备构造成使得已经接触热交换管的至少一部分的热源气体的至少一部分与通过热源气体入口而进入直接蒸发器设备的热源气体进行热接触。直接蒸发器设备、功抽取装置、冷凝器和泵构造成作为闭合回路来运行。