專(zhuān)利名稱(chēng)：實(shí)現(xiàn)一種熱力循環(huán)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如何實(shí)現(xiàn)一種熱力循環(huán)。
利用工質(zhì)在熱力循環(huán)式的封閉系統(tǒng)中膨脹和再生，可將來(lái)自熱源的熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，然后轉(zhuǎn)變成電能。工質(zhì)可以具有不同沸點(diǎn)的組份，在系統(tǒng)內(nèi)的不同位置工質(zhì)的組分可以改變，以提高運(yùn)行效率。具有多組份工質(zhì)的系統(tǒng)已在A1exander I.Kalina的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)4346561；4489563；4548043；4586340；4604867；4732005；4763480；4899545；4982568；5029444；5095708和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)系列號(hào)08/127167；08/147670；08/283091)中被描述，因此這些文獻(xiàn)在這里做為參考資料。美國(guó)專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)4899545)描述了這樣一個(gè)系統(tǒng)，其中工質(zhì)的膨脹由多級(jí)完成，膨脹級(jí)之間的一部分工質(zhì)流與含有較少低沸點(diǎn)組分的貧工質(zhì)流相混合，然后進(jìn)入接收廢的，完全膨脹了的工質(zhì)流的蒸餾塔中與其它工質(zhì)流相結(jié)合。
總之，發(fā)明涉及實(shí)現(xiàn)一種熱力循環(huán)的方法和設(shè)備。一種包含低沸點(diǎn)成份和高沸點(diǎn)成份的，被加熱了的氣體工作流膨脹，將工質(zhì)流中的能量轉(zhuǎn)化成有用的形式，并產(chǎn)生膨脹了的工作流。膨脹后的工作流被分成兩路流，一路進(jìn)一步膨脹以獲得更多能量，最終成為廢工質(zhì)流，另一路被抽出。廢工質(zhì)流被送入蒸餾/冷凝子系統(tǒng)，在此轉(zhuǎn)化成含有較少低沸點(diǎn)組份的貧工質(zhì)流和含有較多低沸點(diǎn)組份的富工質(zhì)流。貧工質(zhì)流和富工質(zhì)流在再生子系統(tǒng)中與被抽出的膨脹工質(zhì)流結(jié)合，產(chǎn)生工作流。然后工作流在加熱器中被有效地加熱產(chǎn)生用于膨脹的、加熱后的氣體工作流。
在優(yōu)選實(shí)施例中，從蒸餾/冷凝子系統(tǒng)輸出的貧工質(zhì)流和富工質(zhì)流為完全冷凝了的工質(zhì)流。貧工質(zhì)流與膨脹后的工質(zhì)流結(jié)合產(chǎn)生一中間工質(zhì)流，該流冷卻時(shí)產(chǎn)生熱量用來(lái)預(yù)熱富工質(zhì)流。此后中間工質(zhì)流與預(yù)熱后的富工質(zhì)流相接合。冷卻過(guò)程中中間工質(zhì)流被冷凝，之后通過(guò)泵增加壓力，在與被預(yù)熱了的富工質(zhì)流相結(jié)合之前被預(yù)熱，富工質(zhì)流是使用來(lái)自中間工質(zhì)流的冷卻的熱量而預(yù)熱的。貧工質(zhì)流也是使用中間工質(zhì)流冷卻放出的熱量在與膨脹后的工質(zhì)流混合之前被預(yù)熱的。從貧富工質(zhì)流再生出的工作流被與其混合的膨脹工質(zhì)流預(yù)熱以使再生工作流在隨后被加熱時(shí)的熱傳遞更有效。
蒸餾/冷凝子系統(tǒng)最好產(chǎn)生第二貧工質(zhì)流，將其與廢工質(zhì)流結(jié)合，產(chǎn)生的組合流中低沸點(diǎn)組份的濃度較廢工質(zhì)流中低沸點(diǎn)組份濃度低，這樣可通過(guò)膨脹至低壓來(lái)提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。蒸餾/冷凝子系統(tǒng)包括一分離器，用于接納至少一部分組合流，當(dāng)其被冷凝和加熱后，將其分離成汽態(tài)初始富工質(zhì)流和液態(tài)初始貧工質(zhì)流。部分冷凝后的組合流與初始富工質(zhì)流混合成為富工質(zhì)流。蒸餾/冷凝子系統(tǒng)包括一些熱交換器，用于使結(jié)合后的冷凝工質(zhì)流在進(jìn)入分離器分離前再加熱；使富工質(zhì)流在冷凝后并經(jīng)泵升至高壓后預(yù)熱；使令工質(zhì)流和貧工質(zhì)流在冷凝前冷卻；使初始富工質(zhì)流與冷凝后組合流在混合之前冷卻。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特性將從以下優(yōu)選實(shí)施例及其權(quán)利要求的描述中可以清楚地看出。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施熱力循環(huán)的系統(tǒng)流程圖。
參照?qǐng)D1，該圖示出了實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)的設(shè)備400。該循環(huán)利用在加熱器412和再熱器414中的燃料例如廢物來(lái)產(chǎn)生熱，利用溫度為57°F的水450作為低溫源。除加熱器412和再熱器414外，裝置400還包括熱交換器401-411，高壓透平416和泵428，430，432，434。裝置400中采用包括水和氨(比水的沸點(diǎn)低)的兩種組份的工質(zhì)。如上述參考專(zhuān)利文獻(xiàn)所描述的，也可來(lái)用其它多組份流體。
高壓透平包括418、420兩級(jí)，每一級(jí)都作為一個(gè)氣體膨脹裝置，并具有機(jī)械部件，當(dāng)熱氣體膨脹時(shí)，將膨脹能量轉(zhuǎn)化成有用的形式。
熱交換器405-411，分離器424和泵428-432構(gòu)成蒸餾/冷凝子系統(tǒng)426，該子系統(tǒng)接收來(lái)自低壓透平422的廢工質(zhì)流，并將其轉(zhuǎn)化成含有較少低沸點(diǎn)組份的貧工質(zhì)流(圖1的41)和含有較多低沸點(diǎn)組份的富工質(zhì)流(圖1的22)。
熱交換器401，402和403和泵434構(gòu)成再生子系統(tǒng)452，該子系統(tǒng)將來(lái)自透平級(jí)418的膨脹工作流(點(diǎn)34)和來(lái)自蒸餾/冷凝子系統(tǒng)426的貧工質(zhì)流(點(diǎn)41)和富工質(zhì)流(22)再生成工作流(點(diǎn)62)。
如上所述的裝置400將在下面討論，系統(tǒng)中關(guān)鍵點(diǎn)的參數(shù)列于表1。
被稱(chēng)之為″廢工質(zhì)流″的入口工質(zhì)是來(lái)自低壓透平422的飽和蒸汽。廢工質(zhì)流的參數(shù)由點(diǎn)38表示，該流通過(guò)換熱器404并在此被部分冷凝和冷卻，此時(shí)參數(shù)由點(diǎn)16表示。然后參數(shù)由點(diǎn)16所示的廢工質(zhì)流通過(guò)熱交換器407，在此被進(jìn)一步部分冷凝和冷卻，獲得點(diǎn)17所示的參數(shù)。在這之后，廢工質(zhì)流與點(diǎn)20所示參數(shù)的液流相混合，該液流叫作貧工質(zhì)流，因?yàn)樗鄬?duì)于廢工質(zhì)流包含較少的低沸點(diǎn)組份(氨)。這樣混合的結(jié)果所產(chǎn)生的″組合流″(點(diǎn)18)含有低濃度的低沸點(diǎn)組份，在低壓和適當(dāng)溫度的冷卻水下能完全被冷凝。這樣就允許廢工質(zhì)流為低壓(點(diǎn)38)工質(zhì)流，因此提高了系統(tǒng)效率。
如點(diǎn)18所示參數(shù)的組合流通過(guò)換熱器410，在此它被冷卻水流(點(diǎn)23～59)完全冷凝，成為點(diǎn)1所示的參數(shù)，之后，點(diǎn)1所示參數(shù)的冷凝組合流由泵428升至較高壓力，使得泵428之后的組合流具有點(diǎn)2所示參數(shù)。點(diǎn)2所示參數(shù)的組合流的一部分被分離出來(lái)，這一部分具有如點(diǎn)8所示的參數(shù)。其余的組合流被分成兩個(gè)支流，分別具有點(diǎn)201和點(diǎn)202所示的參數(shù)。具有點(diǎn)202所示參數(shù)的組合流部分進(jìn)入熱交換器407，在此被廢工質(zhì)流16～17(見(jiàn)上)逆流加熱，得到點(diǎn)56所示的參數(shù)。具有點(diǎn)201所示參數(shù)的組合流的那部分進(jìn)入熱交換器408，在此被逆流的貧工質(zhì)流12-19(參見(jiàn)下)加熱，獲得點(diǎn)55所示的參數(shù)。在這一設(shè)計(jì)的較佳實(shí)施例中，55點(diǎn)和56點(diǎn)的溫度彼此相近或相等。
此后，這兩種工質(zhì)流結(jié)合成點(diǎn)3所示參數(shù)的工質(zhì)流。然后具有點(diǎn)3所示參數(shù)的工質(zhì)流被分成3個(gè)支流，分別具有點(diǎn)301，302和303的參數(shù)。具有點(diǎn)303參數(shù)的工質(zhì)流被送入熱交換器404，在此被廢工質(zhì)流38-16(見(jiàn)上)進(jìn)一步加熱并部分汽化，形成點(diǎn)53的參數(shù)。具有點(diǎn)302參數(shù)的工質(zhì)流進(jìn)入熱交換器405，在此被貧工質(zhì)流11-12(見(jiàn)下)進(jìn)一步加熱并部分汽化，成為點(diǎn)52所示之參數(shù)。具有點(diǎn)301參數(shù)的工質(zhì)流進(jìn)入熱交換器406，在此被″初始富工質(zhì)流″6-7(見(jiàn)下)進(jìn)一步加熱并部分汽化，獲得點(diǎn)51所示參數(shù)。然后具有點(diǎn)51、52、53參數(shù)的三種工質(zhì)流混合成一個(gè)具有點(diǎn)5參數(shù)的一種組合流。
具有點(diǎn)5參數(shù)的組合流進(jìn)入重力分離器424，在重力分離器424中，點(diǎn)5參數(shù)的工質(zhì)流被分成點(diǎn)6參數(shù)飽和蒸汽的″初始富工質(zhì)流″和點(diǎn)10參數(shù)飽和液體的″初始貧工質(zhì)流″。點(diǎn)6參數(shù)的飽和蒸汽，也就是初始富工質(zhì)流進(jìn)入熱交換器406，在此被工質(zhì)流301-51(見(jiàn)上)冷卻并部分冷凝，成為點(diǎn)7所示參數(shù)。然后，點(diǎn)7參數(shù)的初始富工質(zhì)流進(jìn)入熱交換器409，在此被″富工質(zhì)流″21-22(見(jiàn)下)進(jìn)一步冷卻并部分冷凝，成為點(diǎn)9所示參數(shù)。
此后點(diǎn)9參數(shù)的初始富工質(zhì)流與具有點(diǎn)8(見(jiàn)上)參數(shù)的液體的結(jié)合后的冷凝工質(zhì)流相混合，產(chǎn)生點(diǎn)13參數(shù)的所謂″富工質(zhì)流″。點(diǎn)13的組分和壓力應(yīng)使得這種富工質(zhì)流能被一定溫度的冷卻水全部冷凝。點(diǎn)13參數(shù)的富工質(zhì)流通過(guò)換熱器411，在此被水(工質(zhì)流23-58)冷卻并全部冷凝，獲得點(diǎn)14的參數(shù)。此后，點(diǎn)14參數(shù)的全部冷凝了的富工質(zhì)流被給水泵430升至高壓，獲得點(diǎn)21的參數(shù)。點(diǎn)21參數(shù)的富工質(zhì)流現(xiàn)在為過(guò)冷液體狀態(tài)。點(diǎn)21參數(shù)的富工質(zhì)流進(jìn)入熱交換器409，在此被部分冷凝的初始富工質(zhì)流7-9(見(jiàn)上)加熱，成為點(diǎn)22的參數(shù)。點(diǎn)22參數(shù)的富工質(zhì)流是由蒸餾/冷凝子系統(tǒng)426輸出的兩種全部冷凝的工質(zhì)流的一種。
現(xiàn)在回到重力分離器424，在此產(chǎn)生的(見(jiàn)上)具有點(diǎn)10參數(shù)的被稱(chēng)之為初始貧工質(zhì)流的飽和液體工質(zhì)流被分成兩種貧工質(zhì)流，分別為點(diǎn)11和點(diǎn)40所示參數(shù)。點(diǎn)40參數(shù)的第一貧工質(zhì)流由泵432升至高壓，成為點(diǎn)41所示參數(shù)，點(diǎn)41參數(shù)的第一貧工質(zhì)流是由蒸餾/冷凝子系統(tǒng)426輸出的兩種全部冷凝工質(zhì)流的第二種。點(diǎn)11參數(shù)的第二貧工質(zhì)流進(jìn)入熱交換器405，在此被冷卻，并向工質(zhì)流302-52(見(jiàn)上)提供熱量，成為點(diǎn)12所示的參數(shù)。點(diǎn)12參數(shù)的第二貧工質(zhì)流進(jìn)入熱交換器408，在此被進(jìn)一步冷卻，向工質(zhì)流201-55(見(jiàn)上)提供熱量，成為點(diǎn)19所示參數(shù)。點(diǎn)19參數(shù)的第二貧工質(zhì)流，被節(jié)流至如點(diǎn)17的較低的壓力，成為點(diǎn)20所示的參數(shù)。此后點(diǎn)20參數(shù)的第二貧工質(zhì)流與點(diǎn)17參數(shù)的乏工質(zhì)流相混合產(chǎn)生如上所述的點(diǎn)18參數(shù)的組合工質(zhì)流。
如上所述流程，其結(jié)果是來(lái)自低壓透平422的點(diǎn)38參數(shù)的廢工質(zhì)流全部被冷凝，并在蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中分成兩路液流，分別為點(diǎn)22和點(diǎn)41參數(shù)的富工質(zhì)流和貧工質(zhì)流。這兩路工質(zhì)流的總流量等于進(jìn)入子系統(tǒng)426的重量流量，如點(diǎn)38參數(shù)所示。點(diǎn)41和點(diǎn)22參數(shù)的工質(zhì)流的組分是不同的。具有點(diǎn)41和點(diǎn)22參數(shù)的工質(zhì)流的流量和組分是這樣的，即假如這兩種流混合，混合流應(yīng)具有點(diǎn)38參數(shù)工質(zhì)流所具有的流量和組分。但點(diǎn)22參數(shù)的富工質(zhì)流的溫度較點(diǎn)41參數(shù)的貧工質(zhì)流的溫度低、如下所述的，這兩種流在再生子系統(tǒng)452中同點(diǎn)34參數(shù)的膨脹工質(zhì)流相結(jié)合形成了在高壓透平416中被加熱和膨脹的工作介質(zhì)。
點(diǎn)22參數(shù)的過(guò)冷液態(tài)富工質(zhì)流進(jìn)入熱交換器403，在此被逆流的工質(zhì)流68-69(見(jiàn)下)預(yù)熱，成為點(diǎn)27的參數(shù)，結(jié)果點(diǎn)27的溫度接近或等于點(diǎn)41的溫度。
點(diǎn)27參數(shù)的富工質(zhì)流進(jìn)入熱交換器401，在此被逆流的″中間工質(zhì)流″166-66(見(jiàn)下)進(jìn)一步加熱，并部分或全部蒸發(fā)，成為點(diǎn)61的參數(shù)。41點(diǎn)參數(shù)的液態(tài)貧工質(zhì)流進(jìn)入熱交換器402，在此被工質(zhì)流167-67加熱成為44點(diǎn)參數(shù)。然后44點(diǎn)參數(shù)的貧工質(zhì)流與來(lái)自透平級(jí)418(見(jiàn)下)、具有34點(diǎn)參數(shù)的膨脹后工質(zhì)流結(jié)合產(chǎn)生65點(diǎn)參數(shù)的″中間工質(zhì)流″。然后這種中間工質(zhì)被分成166點(diǎn)參數(shù)和167點(diǎn)參數(shù)的兩路中間工質(zhì)流，二者在分別通過(guò)熱交換器401和402時(shí)被冷卻，成為66點(diǎn)和67點(diǎn)參數(shù)的工質(zhì)流。而后這兩股中間工質(zhì)流結(jié)合產(chǎn)生68點(diǎn)參數(shù)的中間工質(zhì)流。68點(diǎn)參數(shù)的中間工質(zhì)流再進(jìn)入熱交換器403，在此被冷卻并提供熱量用來(lái)預(yù)熱富工質(zhì)流22-27(見(jiàn)上)，成為69點(diǎn)參數(shù)。然后69點(diǎn)參數(shù)的中間工質(zhì)流通過(guò)泵434提高壓力，成為70點(diǎn)參數(shù)。70點(diǎn)參數(shù)的中間工質(zhì)流進(jìn)入熱交換器402與41點(diǎn)參數(shù)的貧工質(zhì)流并聯(lián)。70點(diǎn)參數(shù)的中間工質(zhì)流在換熱器402中被逆流的工質(zhì)流167-67(見(jiàn)上)加熱成為71點(diǎn)參數(shù)。
61點(diǎn)參數(shù)的富工質(zhì)流和71點(diǎn)參數(shù)的中間工質(zhì)流混合在一起，成為62點(diǎn)參數(shù)的工質(zhì)。62點(diǎn)參數(shù)的工作流進(jìn)入加熱器412，在此被外部熱源加熱成為30點(diǎn)參數(shù)，在多數(shù)情況下，此點(diǎn)為過(guò)熱蒸汽狀態(tài)。
進(jìn)入高壓透平418的30點(diǎn)參數(shù)的工作流膨脹并產(chǎn)生機(jī)械能，這些能量以后可轉(zhuǎn)化成電能。在高壓透平416的中間段，部分初始膨脹的工質(zhì)流被抽出產(chǎn)生34點(diǎn)參數(shù)的膨脹工質(zhì)流。此后34點(diǎn)參數(shù)的膨脹后工質(zhì)流與44點(diǎn)(見(jiàn)上)參數(shù)的貧工質(zhì)流相混合，結(jié)果產(chǎn)生了這種混合物65點(diǎn)參數(shù)的″中間工質(zhì)流″。具有35點(diǎn)參數(shù)的膨脹工質(zhì)流的其余部分通過(guò)高壓透平416的第二級(jí)420，繼續(xù)膨脹并以36點(diǎn)參數(shù)離開(kāi)高壓透平416。
從以上描述中得知，71點(diǎn)參數(shù)的中間工質(zhì)流的組分與65點(diǎn)參數(shù)的中間工質(zhì)流的組分相同。另外，由71點(diǎn)和61點(diǎn)參數(shù)的工質(zhì)流相混合(見(jiàn)上)得到的62點(diǎn)參數(shù)的工質(zhì)流的組分與34點(diǎn)參數(shù)的膨脹后工質(zhì)流的組分也相同。
以上所述混合的順序如下首先44點(diǎn)參數(shù)的貧工質(zhì)流加入到34點(diǎn)參數(shù)的膨脹后工質(zhì)流的組分中。此后這種混合物與61點(diǎn)參數(shù)(見(jiàn)上)的富工質(zhì)流結(jié)合。由于貧工質(zhì)流(41點(diǎn))和富工質(zhì)流(61點(diǎn))的結(jié)合正好為工作組分(例如38點(diǎn)乏工質(zhì)流的組分)，所以由34點(diǎn)、44點(diǎn)、61點(diǎn)組分的工質(zhì)流的混合而產(chǎn)生的62點(diǎn)參數(shù)的工質(zhì)流的組分與38點(diǎn)廢工質(zhì)流的組分相同。這種從貧和富工質(zhì)流再生出來(lái)的工作流(62點(diǎn))被與其混合的膨脹工質(zhì)流預(yù)熱以使得再生后工作流在隨后進(jìn)入加熱器412中被加熱時(shí)的傳熱更有效。
離開(kāi)高壓透平416的具有36點(diǎn)參數(shù)(見(jiàn)上)的膨脹工質(zhì)流通過(guò)再熱器414，在此被外部熱源加熱，成為37點(diǎn)參數(shù)。然后37點(diǎn)參數(shù)的膨脹后工質(zhì)流流過(guò)低壓透平，在此膨脹，產(chǎn)生機(jī)械能，成為最終的38點(diǎn)參數(shù)(見(jiàn)上)循環(huán)由此完成。
表1所示本系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)與低級(jí)燃料如城市廢物，生物垃圾等組分的情況相對(duì)應(yīng)。系統(tǒng)的運(yùn)行情況示于表2。對(duì)于一給定熱源來(lái)說(shuō)本系統(tǒng)的輸出功率為12.79Mw。與目前常用的朗肯循環(huán)相比較，在同樣情況下，后者輸出功率為9.2Mw。因此，本系統(tǒng)效率是朗肯循環(huán)效率的1.39倍。
本發(fā)明的其它實(shí)施例在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。例如，在所描述的實(shí)施例中，蒸汽從高壓透平416的中間點(diǎn)抽出。很顯然從高壓透平416的出口抽蒸汽用于再生子系統(tǒng)而將工質(zhì)流的其余部分通過(guò)再熱器414進(jìn)入低壓透平422也是有可能的。送入低壓透422的再熱工質(zhì)流溫度不同于進(jìn)入高壓透平416的工質(zhì)流的溫度也是可能的。將工質(zhì)流送入低壓透平而完全不經(jīng)過(guò)再熱也是可能的。本領(lǐng)域技術(shù)人員能發(fā)現(xiàn)對(duì)所描述系統(tǒng)最佳運(yùn)行的優(yōu)化參數(shù)。
表1#P psiA x T°FHBTu/lbG/G30F1 流量 相1 33.52.488164.00 -71.912.0967240,246飽和液體2114.87.488164.17 -71.562.0967240,246液體69°201114.87.488164.17 -71.562.0967 64,303液體69°202114.87.488164.17 -71.562.0967165,066液體69°3109.87.4881 130.65-0.282.0018229,369飽和液體301109.87.4881 130.65-0.282.0018 36,352飽和液體302109.87.4881 130.65-0.282.0018 31,299飽和液體303109.87.4881 130.65-0.282.0018161,717飽和液體5104.87.4881 192.68 259.482.0018229,369濕蒸汽.69556104.87.9295 192.68 665.53 .6094 69,832飽和蒸汽7103.87.9295 135.65 539.57 .6094 69,832濕蒸汽.1088114.87.488164.17 -71.56 .0949 10,877液體69°9102.87.929596.82 465.32 .6094 69,832濕蒸汽182710104.87.2950 192.6881.751.3923159,537飽和液體11104.87.2950 192.6881.751.0967125,663飽和液體12104.87.2950 135.6521.481.0967125,663液體57°13102.87.8700 103.53 392.97 .7044 80,709濕蒸汽.3114102.57.870064.00-5.01 .7044 80,709飽和液體16 34.82.7000 135.65 414.291.0000114,583濕蒸汽.362717 33.82.7000 100.57 311.601.0000114,583濕蒸汽.457318 33.82.4881 111.66 140.772.0967240,246濕蒸汽.755419 99.87.2950 100.57 -15.001.0967125,663液體89°20 33.82.2950 100.72 -15.001.0967125,663液體74°21 2450.00.870071.84 7.24 .7044 80,709液體278°22 2445.00.8700 130.6571.49 .7044 80,709液體219°23 Water57.0025.00 29.1955 3,345,31124 Water81.8849.88 29.1955 3,345,31125 Air 1742.00 0.00 .0000 026 Air 428.00 0.00.0000 027 2443.00.8700153.5797.05.704480,709液體196°30 2415.00.7000600.00 909.64 1.9093 218,777蒸汽131°31828.04.7000397.35 817.55 1.9093 218.777濕蒸汽.028933828.04.7000397.35 817.55 1.0000 114,583濕蒸汽.028934828.04.7000397.35 817.55.9093 104,194濕蒸汽.028935828.04.7000397.35 817.55 1.0000 114,583濕蒸汽.028936476.22.7000349.17 776.09 1.0000 114,583濕蒸汽.074637466.22.7000600.00 996.69 1.0000 114,583蒸汽242°38 35.82.7000199.68 791.41 1.0000 114,583飽和液體40104.87.2950192.6881.75.295633,874液體187°41838.04.2950194.1784.79.295633,874飽和液體44828.04.2950380.00 298.67.295633,874飽和液體45818.04.6006267.07 170.05 1.2050 138,069濕蒸汽.713451104.87.4881187.68 241.69.317336,352濕蒸汽.713452104.87.4881187.68 241.69.273231,299濕蒸汽.688253104.87.4881194.77 266.93 1.4114 161,717飽和液體55109.87.4881130.65-0.28.561264,303飽和液體56109.87.4881130.65-0.28 1.4406 165,06658 Water 72.0140.01 18.6721 2,139,50559 Water 99.3767.37 10.5234 1,205,80560 2435.00.8700350.06 447.47.704480,709蒸汽0°61 2425.00.8700380.00 576.27.704480,709蒸汽30°62 2425.00.7000390.03 433.90 1.9093 218,777濕蒸汽.936865828.04.6006394.11 690.25 1.2050 138,069濕蒸汽.2666166 828.04.6006394.11 690.25 1.205064,317濕蒸汽.2666167 828.04.6006394.11 690.25 1.205073,752濕蒸汽.266666818.04.6006200.6888.90.561364,317液體66°67818.04.6006200.6888.90.643773,752液體66°68818.04.6006200.6888.90 1.2050 138,069液表66°69 816.04.6006187.6873.961.2050138,069液體79°702443.00.6006193.3881.941.2050138,069液體219°712425.00.6006380.00 350.681.2050138,069液體31°運(yùn)行概況電廠總熱量37.91MW加給工質(zhì)的熱量37.91MW1128.94BTU/lb∑透平膨脹功 14.19MW 422.56BTU/lb毛電輸運(yùn) 13.84MW 411.99BTU/lb循環(huán)泵功率 0.71MW 21.11BTU/lb水泵和風(fēng)機(jī) 0.34MW 9.98BTU/lb其它輔助設(shè)備 0.00MW電廠凈輸出12.79MW 380.90BTU/lb毛循環(huán)效率34.62％凈熱效率 33.74％凈電廠效率33.74％第一定律效率 37.43％第二定律效率 58.99％第二定律最大效率 63.45％透平熱流量10113.07 BTU/KWh100點(diǎn)的流平 114583 lb/hr
表2注意″BUT/lb″為38點(diǎn)的每磅工質(zhì)熱量得失 BTU/lb M BTU/hr MW thermHtr 1 pts 62-30908.34 104.08 30.50Htr 2 pts 36-37220.6025.28 7.41總?cè)剂蠠?29.36 37.91總熱量輸入 1128.94129.36 37.91熱損失726.25 83.22 24.39泵功 V△P功 當(dāng)量熱輸入 功率 功率泵69-706.78 9.61 10.21 0.34泵14-21 10.42 8.639.17 0.31泵1-2 0.29 0.720.76 0.03泵40-412.58 0.900.95 0.03全部泵 19.86 21.11 0.71透平 MWe G△H △H △H isen ATEHPT(30-31) 5.90 175.82 92.09 107.08 .86IPT(35-36) 1.39 41.46 41.4648.21 .86LPT(37-38) 6.89 205.28 205.28 238.70 .86總14.19 422.5權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)熱動(dòng)力循環(huán)的方法，包括膨脹包含有一種低沸點(diǎn)組分和一種高沸點(diǎn)組分的、加熱了的氣體工作流，以使所述工作流中的能量轉(zhuǎn)化成有用的形式并產(chǎn)生膨脹工作流，將所述膨脹工作流分成第一膨脹工質(zhì)流和第二膨脹工質(zhì)流，膨脹所述第一膨脹工質(zhì)流以半其能量轉(zhuǎn)化成有用形式并產(chǎn)生廢工質(zhì)流，將所述廢工質(zhì)流送入蒸餾/冷凝子系統(tǒng)并由此輸出含有較少低沸點(diǎn)組份的第一貧工質(zhì)流和含有較多低沸點(diǎn)成分的富工質(zhì)流，將所述第二膨脹工質(zhì)流與所述貧工質(zhì)流和所述富工質(zhì)流相結(jié)合產(chǎn)生所述工作流，對(duì)所述工作流加熱以產(chǎn)生所述加熱了的氣體工作流。
2.一種如權(quán)利要求1所述的方法，其中從所述蒸餾/冷凝子系統(tǒng)輸出的所述貧工質(zhì)流和所述富工質(zhì)流為全部冷凝了的工質(zhì)流。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述結(jié)合包括首先將所述第一貧工質(zhì)流與所述第二膨脹后工質(zhì)流相結(jié)合產(chǎn)生中間工質(zhì)流，然后冷卻所述中間工質(zhì)流產(chǎn)生熱量以預(yù)熱所述富工質(zhì)流，再將所述中間工質(zhì)流與所述預(yù)熱后富工質(zhì)流相結(jié)合。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述的中間工質(zhì)流在所述的冷卻過(guò)程中被冷凝，而后用泵提高其壓力，并在與所述的預(yù)熱后富工質(zhì)流結(jié)合前使用來(lái)自冷卻所述中間工質(zhì)流的熱量預(yù)熱。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一貧工質(zhì)流由與所述第二工質(zhì)流混合前冷卻所述中間工質(zhì)流的熱量而預(yù)熱。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在所述蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中產(chǎn)生第二貧工質(zhì)流，在所述蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中將所述第二貧工質(zhì)流與所述廢工質(zhì)流相結(jié)合產(chǎn)生組合流，通過(guò)向低溫流體源傳熱使所述組合流冷凝。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，還包括在所述蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中將所述組合流的至少一部分成用于產(chǎn)生所述第一、第二貧工質(zhì)流的初始貧工質(zhì)流和用于產(chǎn)生所述富工質(zhì)流的初始富工質(zhì)流。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述的初始富工質(zhì)流為汽態(tài)，所述的初始貧工質(zhì)流為液態(tài)，所述的分離在所述蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包括在所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中將所述的初始貧工質(zhì)流分開(kāi)以產(chǎn)生所述的第一和第二貧工質(zhì)流。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括在所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中將所述的組合流分開(kāi)成為用于分成所述初始貧工質(zhì)流和所述初始富工質(zhì)流的第一組合流部分和第二組合流部分，將所述第二組合流部分與所述初始富工質(zhì)流相混合產(chǎn)生富工質(zhì)流。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述的富工質(zhì)流在所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中通過(guò)向所述的低溫流體源傳熱而被冷凝并通過(guò)泵升高壓力。
12.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述的初始富工質(zhì)流在所述的分離器中分離之前通過(guò)傳熱方式預(yù)熱所述組合流的至少一部分并使之部分蒸發(fā)而將其冷卻。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述的初始富工質(zhì)流通過(guò)傳熱預(yù)熱所述富工質(zhì)流而使其被冷卻。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述的第二貧工質(zhì)流在與所述的廢工質(zhì)流結(jié)合之前，通過(guò)向所述的第一組合流部分傳熱而被冷卻。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述的廢工質(zhì)流在與所述的第二貧工質(zhì)流結(jié)合之前，通過(guò)向所述的第一組合流部分傳熱而被冷卻。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在膨脹所述的第一工作流之前，加熱所述的第一工作流。
17.如權(quán)利要求4所述的方法，還包括在所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中產(chǎn)生第二貧工質(zhì)流，在所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中將所述的第二貧工質(zhì)流與所述的廢工質(zhì)流結(jié)合以產(chǎn)生組合物，通過(guò)向低溫流體源傳熱而冷凝所述組合流。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，還包括在所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中將所述組合流的至少一部分分成用于產(chǎn)生所述的第一、第二貧工質(zhì)流的初始貧工質(zhì)流和用于產(chǎn)生所述富工質(zhì)流的初始富工質(zhì)流，其中所述的初始富工質(zhì)流為氣態(tài)，所述的初始貧工質(zhì)流為液態(tài)，所述的分離是在所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中的分離器中進(jìn)行的。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中將所述的組合流分成用于分成所述初始貧工質(zhì)流和所述初始富工質(zhì)流的第一組合流部分和第二組合流部分，將所述第二組合流部分與所述初始富工質(zhì)流相混合產(chǎn)生富工質(zhì)流。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述的富工質(zhì)流在所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中通過(guò)向所述的低溫流體源傳熱而被冷凝并通過(guò)泵升高壓力。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述的初始富工質(zhì)流在所述的分離器中分離之前通過(guò)傳熱方式預(yù)熱所述組合流的至少一部分并使之部分蒸發(fā)而將其冷卻。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述的初始富工質(zhì)流通過(guò)傳熱方式預(yù)熱所述富工質(zhì)流而使其冷卻。
23.一種實(shí)現(xiàn)熱動(dòng)力循環(huán)的裝置，包括第一氣體膨脹器，該膨脹器接收包含有一種低沸點(diǎn)成份和一種高沸點(diǎn)成份的，加熱了的氣體工作流并產(chǎn)生膨脹工作流，具有機(jī)械部件的所述第一氣體膨脹器能將所述受熱氣體工作流在膨脹時(shí)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化成有用的形式，工質(zhì)流分流器，用來(lái)接收所述的膨脹工作流并將其分成第一膨脹工質(zhì)流和第二膨脹工質(zhì)流，第二氣體膨脹器，用來(lái)接收第二膨脹工質(zhì)流并產(chǎn)生廢工質(zhì)流，具有機(jī)械部件的所述的第二氣體膨脹器能將所述第二膨脹工質(zhì)流膨脹時(shí)的能量轉(zhuǎn)化成有用的形式，蒸餾/冷凝子系統(tǒng)，用來(lái)接收所述的廢工質(zhì)流并將其轉(zhuǎn)化成含有較少低沸點(diǎn)成份的第一貧工質(zhì)流和含有較多低沸點(diǎn)成份的富工質(zhì)流，再生子系統(tǒng)，用于接收并結(jié)合所述的第二膨脹工質(zhì)流、所述的第一貧工質(zhì)流和所述的富工質(zhì)流，輸出所述的工作流，加熱器，用于接收所述的工作流并給所述的工作流加熱以產(chǎn)生所述的受熱氣體工作流。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中蒸餾/冷凝子系統(tǒng)輸出全部冷凝了的所述貧工質(zhì)流和所述富工質(zhì)流。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其中所述的再生子系統(tǒng)包括第一結(jié)合點(diǎn)，在此所述的第一貧工質(zhì)流和所述的第二工質(zhì)流結(jié)合并形成中間工質(zhì)流；第一熱交換器，從所述的中間工質(zhì)流向所述的富工質(zhì)流傳熱以預(yù)熱所述的富工質(zhì)流；第二結(jié)合點(diǎn)，所述的中間工質(zhì)流和所述的預(yù)熱富工質(zhì)流在此結(jié)合。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述的再生系統(tǒng)還包括一第二熱交換器，其中所述的中間工質(zhì)流在所述的第一和第二熱交換器中被冷凝，其中所述的再生子系統(tǒng)還包括給所述的中間工質(zhì)流冷凝后增壓的泵，其中所述經(jīng)泵送的中間工質(zhì)流通過(guò)所述的第二熱交換器，在至所述的第二結(jié)合點(diǎn)之前被預(yù)熱。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中所述的第一貧工質(zhì)流通過(guò)所述的第二熱交換器，以利用來(lái)自所述中間工質(zhì)流流到所述第一結(jié)合點(diǎn)之前的冷卻過(guò)程的熱量預(yù)熱。
28.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)產(chǎn)生第二貧工質(zhì)流，并包括第一結(jié)合點(diǎn)，用于將所述的第二貧工質(zhì)流和所述的廢工質(zhì)流結(jié)合起來(lái)產(chǎn)生一組合流；一個(gè)冷凝器，通過(guò)向低溫流體源傳熱而使組合流冷凝。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)還包括一個(gè)工質(zhì)流分離器，用于在蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中將所述組合流的至少一部分分成產(chǎn)生所述第一和第二貧工質(zhì)流的初始貧工質(zhì)流和產(chǎn)生所述富工質(zhì)流的初始富工質(zhì)流。
30.如權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述的初始富工質(zhì)流為氣態(tài)，所述的初始貧工質(zhì)流為液態(tài)。
31.如權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)還包括一個(gè)工質(zhì)流分流器，用于將初始貧工質(zhì)流分流成所述的第一和第二貧工質(zhì)流。
32.如權(quán)利要求29所述的裝置，其中所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)還包括一個(gè)分流器，用于將所述的組合流分流成流向所述工質(zhì)流分離器的第一組合流部分和第二組合流部分；一個(gè)結(jié)合點(diǎn)，所述的第二組合流部分和所述的初始富工質(zhì)流在此結(jié)合并產(chǎn)生所述的富工質(zhì)流。
33.如權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)還包括一個(gè)第二冷凝器，所述的富工質(zhì)流通過(guò)向所述的低溫流體源傳熱而在此被冷凝；一個(gè)泵，所述的冷凝后富工質(zhì)流通過(guò)泵被增壓。
34.如權(quán)利要求30所述的裝置，其中所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)包括熱交換器，在此，所述的初始富工質(zhì)流和貧工質(zhì)流在所述的分離器中分離之前通過(guò)傳熱使得所述組合流的至少一部分被預(yù)熱并被部分蒸發(fā)從而使其冷卻。
35.如權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)包括一熱交換器，在此，所述的初始富工質(zhì)流通過(guò)傳熱以預(yù)熱所述富工質(zhì)流從而使其冷卻。
36.如權(quán)利要求35所述的裝置，其中所述的蒸流/冷凝子系統(tǒng)包括一熱交換器，用于使所述的第二貧工質(zhì)流與所述的廢工質(zhì)流在所述的第一結(jié)合點(diǎn)處結(jié)合之前，通過(guò)向所述的第一組合流部分傳熱而使其冷卻。
37.如權(quán)利要求35所述的裝置，其中所述的蒸餾/冷凝子系統(tǒng)包括一熱交換器，用于通過(guò)向所述的第一組合流部分傳熱，使所述廢工質(zhì)流在與所述的第二貧工質(zhì)流于所述的第一結(jié)合點(diǎn)處結(jié)合之前被冷卻。
38.如權(quán)利要求23所述的裝置，還包括一再熱器，用于在所述的第二膨脹器中膨脹所述的第一工質(zhì)流之前加熱所述第一工作流。
全文摘要
一種實(shí)現(xiàn)熱動(dòng)力循環(huán)的方法和裝置。將包含有一種低沸點(diǎn)組分和一種高沸點(diǎn)組分的加熱了的氣體工作流膨脹，以使工作流中的能量轉(zhuǎn)化成有用的形式并產(chǎn)生膨脹工作流。膨脹工作流被分成兩路工質(zhì)流，一路繼續(xù)膨脹以獲得更多能量并產(chǎn)生廢工質(zhì)流，另一路被抽出。將廢工質(zhì)流送入蒸餾/冷凝子系統(tǒng)中，在此將廢工質(zhì)流轉(zhuǎn)化成一種含有較少低沸點(diǎn)組分的貧工質(zhì)流和含有較多低沸點(diǎn)成分的富工質(zhì)流。貧工質(zhì)流和富工質(zhì)流在再生子系統(tǒng)中同抽出的膨脹工質(zhì)流部分相結(jié)合并產(chǎn)生工作流，而后工作流在加熱器中被有效地加熱并產(chǎn)生用于膨脹的加熱了的氣體工作流。
文檔編號(hào)F25B9/14GK1163384SQ9610808
公開(kāi)日1997年10月29日 申請(qǐng)日期1996年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月26日
發(fā)明者A·I·卡林納, R·I·佩列蒂埃 申請(qǐng)人:艾克澤吉公司