[发明专利]通过有机朗肯循环(ORC)从多个热源回收能量的系统

说明书

本发明涉及一种通过有机朗肯循环(ORC)从多个热源回收能量的系统。本发明还涉及在该系统中使用的一组蒸发器。

在内燃机的发电设备，如气体发动机的发电设备中，电力生产可利用具有蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环(ORC)的发动机的废热蒸汽来增加。ORC过程是一种朗肯过程，其使用有机工作流体来替代水/蒸汽循环。在一个设计好的热回收系统中，电力生产可高至15%，但这种系统的实际实施却非常困难，因为其涉及高温废热蒸汽的使用，例如来自废气的废热，以及低温废热蒸汽的利用，例如来自增压气体以及发动机冷却水的废热。基于有机朗肯循环而转换的能量提供了有效的方式来在小规模范围内利用低温废热，而蒸汽朗肯循环一般用于较大规模的从高温废热蒸汽中进行热回收。利用不同温度水平的废热蒸汽一般导致具有不同工作流体的复杂废热回收系统。

本发明的目的在于对上述问题提供改善。根据本发明的这个目的，可通过用于通过有机朗肯循环(ORC)从多个热源回收能量的系统来获得，所述系统包括有机工作流体在其中循环的回路，该回路包括至少一个涡轮机，至少一个冷凝器，至少一个泵以及至少两个平行设置的蒸发器，每个所述蒸发器与其中一个所述热源为热传递接触。

根据本发明的ORC能量回收系统的一个优选实施例中，该回路还包括至少两个预热器，该两个预热器平行设置并处于各个蒸发器的上游，每个所述预热器与其中一个所述热源为热传递接触。

为了减少单独部件以及连接的数量，并提供一种结构和功能有效的系统，每个所述预热器优选地与各自的蒸发器集成为一体。

为了说明本发明的效果，现在将所要求保护的具有平行蒸发器的ORC能量回收系统与用于在每个ORC系统中使用单个蒸发器的每个热源的单独传统ORC热回收系统进行比较。当考虑利用具有多个ORC过程的内燃机的废热蒸气时，废热回收系统将非常复杂，并相对昂贵。如果废热蒸气与装有平行预热器和蒸发器的ORC过程一起使用，该废热回收系统将更加简单，且所需的系统部件更少。例如可使用一个冷凝器和一个预进料系统来替代多个冷凝器和预进料系统。相对于装备单一蒸发器的传统ORC系统来说，估计利用本发明的系统来从往复式发动机的不同废热蒸气中回收能量变得更加便宜。

在小规模的ORC能量转换器中，与更大的ORC能量转换单元相比，次级损失更大。使用具有平行预热器以及蒸发器的ORC系统将减少这些损失，因为不需要用于每个废热蒸汽的独立涡轮机以及其它部件，但仅需要一个包括单独涡轮机的过程来用于多个废热蒸汽。

用于利用不同废热蒸汽的普通ORC系统中的平行预热器和蒸发器的使用允许ORC能量转换器设置在单个的相对较小尺寸的套管中，其允许了ORC能量转换器的使用还可在相对于多个独立的ORC能量转换器的较小空间内。

在根据本发明的ORC能量回收系统的另一个优选实施例中，平行的蒸发器和/或平行的预热器可集成到与回路连接的结构中，并与所述多个热源为热传递接触。还通过将蒸发器和/或预热器的工作流体侧进行结合，使得只有这些部件的热源侧为独立的，进一步实现节省。

根据本发明的ORC能量回收系统的进一步优选实施例在以下的从属权利要求中进行限定：

本发明在以下说明以及附图中进行阐述，其中相应的元件通过以100来增加的附图标记来表示，其中：

图1展示了传统高速ORC能量转换器的操作原理；

图2展示了根据本发明的ORC能量回收系统的第一实施例，该ORC回收系统具有用于结合不同热源，以对一个ORC能量转换器进行进料的平行蒸发器；

图3展示了根据本发明的ORC能量回收系统的第二实施例，该系统与具有大致不同温度的热源一起使用；以及

图4展示了平行蒸发器的变形例，其中当工作流体侧结合时，热源侧为独立的。