[发明专利]混合式动力发生系统及其方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及动力发生系统，并且更具体而言，涉及具有燃气轮机系统和朗肯(rankine)循环系统的混合式动力发生系统。

背景技术

各种各样的工商业过程和操作产生了非常大量的废热。实例废热源包括来自空间加热组件、蒸汽锅炉、发动机和冷却系统的热。当废热是低等级的(例如具有例如低于300摄氏度(570华氏度)的温度的废热)时，传统的热回收系统不能以足以使能量的回收节省成本的效率来运行。最终结果是大量的废热简单地排到大气、地面或水中。

一般而言，在燃气轮机发动机系统中，空气在压缩机或多级压缩机中被压缩。压缩空气在燃烧室中与燃料(例如天然气、轻燃料油等)混合和燃烧。由于燃烧而产生的排气被用来驱动涡轮，涡轮可用来产生动力或实现旋转。在暖和的日子里，由于压缩机的入口处的升高的空气温度，燃气轮机的性能可降低。可通过在压缩机级之间在中间冷却空气来提高发动机效率。在传统上，使用冷却塔来将由于在压缩机级之间的空气的中间冷却而产生的热排到环境中。中间冷却器热通常被浪费，这是因为它通过冷却塔排到环境中。而且，需要大型的热交换器和风扇来将处于低温的这个热排到环境中。

在另一个应用中，可使用朗肯循环系统来发电，而不增加燃气轮机排放的输出。基本的朗肯循环典型地包括涡轮发电机、蒸发器/锅炉、冷凝器和液体泵。在传统上，在这种朗肯循环系统中，在膨胀过程之前使工作流体预热、蒸发和过热。但是，很大一部分的热在沸腾温度处被提取来加热工作流体，从而导致“窄点(pinch-point)”问题，其限制了可通过加热工作流体来提取的热的量或在空气和工作流体之间的最低可能平均温差。

因此，存在对于克服了上面论述的缺陷的增强的系统和方法的需要。

发明内容

根据本发明的一个示例性实施例，公开了一种混合式动力发生系统。混合式动力发生系统包括燃气轮机发动机系统和超临界朗肯循环系统。燃气轮机发动机系统包括第一压缩机、中间冷却器和第二压缩机。第一压缩机构造成以便压缩入口空气流，以产生处于第一压力的第一出口空气流。中间冷却器联接到第一压缩机上，并且构造成以便冷却离开第一压缩机的第一出口空气流，以产生第二出口空气流。第二压缩机联接到中间冷却器上，并且构造成以便压缩离开中间冷却器的第二出口空气流，以产生处于第二压力的第三出口空气流。超临界朗肯循环系统联接到燃气轮机发动机系统上。超临界朗肯循环系统联接到中间冷却器上，以便以与第一出口空气流成热交换关系的方式使工作流体循环，以将处于超临界压力的工作流体从第一温度加热到超过工作流体的临界温度的第二温度，以及冷却离开第一压缩机的第一出口空气流。

根据另一个示例性实施例，一种超临界朗肯循环系统通过中间流体回路联接到燃气轮机发动机系统上，中间流体回路构造成以便使传热流体循环。传热流体以与第一出口空气流成热交换关系的方式循环，并且工作流体以与传热流体成热交换关系的方式循环，以将处于超临界压力的工作流体从第一温度加热到超过工作流体的临界温度的第二温度，以及冷却离开第一压缩机的第一出口空气流。

根据本发明的另一个示例性实施例，公开了其一种与混合式动力发生系统相关的方法。

附图说明

当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相同的符号在所有图中表示相同的部件，其中：

图1是根据本发明的一个示例性实施例的具有燃气轮机发动机系统和超临界朗肯循环系统的混合式动力发生系统的图示；

图2是温度(T)—熵(S)的(关系)的图解表示，其用以比较传统的亚临界朗肯循环系统与根据本发明的一个示例性实施例的超临界朗肯循环系统；

图3是根据本发明的一个示例性实施例的逆流中间冷却器的图示；

图4是根据本发明的一个示例性实施例的逆流中间冷却器的图示；以及

图5是根据本发明的一个示例性实施例的、具有通过中间流体回路联接到超临界朗肯循环系统上的燃气轮机发动机系统的混合式动力发生系统的图示。

部件列表：

10混合式动力发生系统

12燃气轮机发动机系统

14超临界朗肯循环系统

16燃气轮机发动机

18第一压缩机

20第二压缩机

22涡轮

23液体区域

24燃气轮机轴

25两相区域

26燃烧器

27蒸气区域

28负载发电机

29表示传统的亚临界朗肯循环系统的曲线