專利名稱：轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、廢熱回收裝置及工業(yè)水泥設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及廢熱回收(waste heat recovery)的領(lǐng)域，并且特別涉及用于將來自廢熱源的廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、用于將廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的廢熱回收裝置以及帶有該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的工業(yè)水泥設(shè)備。
背景技術(shù)：
工業(yè)過程通常產(chǎn)生廢熱，例如，通過氣體冷凝物或冷卻流體產(chǎn)生廢熱，或廢熱包含在來自水泥、化學(xué)品、玻璃、紙或鋼制造過程、來自廢物焚化過程或來自內(nèi)燃機(如燃?xì)廨啓C或往復(fù)式發(fā)動機)中的燃料燃燒的排氣(exhaust gas)或冷卻空氣中。這種廢熱通常被排放到大氣。但是，為了提高工業(yè)過程的整體效率而不增加排放物的輸出，通常采用用于回收廢熱的底循環(huán)(bottoming cycle)。底循環(huán)通常需要高排氣溫度，不過需要較低排氣溫度的底循環(huán)的實例是有機朗肯循環(huán)(ORC)。ORC通過使用帶有與熱源相稱的沸騰溫度的有機工作流體從低溫廢熱源中產(chǎn)生軸功率。該閉合的朗肯循環(huán)包括用于蒸發(fā)工作流體的蒸發(fā)器或鍋爐、被供以來自蒸發(fā)器的蒸氣以驅(qū)動發(fā)電機或其它負(fù)載的渦輪、用于冷凝來自渦輪的排放蒸氣的冷凝器以及用于使冷凝的工作流體循環(huán)到蒸發(fā)器的器械(例如泵)。這種朗肯循環(huán)系統(tǒng)用于產(chǎn)生電功率。舉例來說，專利US 6，880，344描述了一種閉合的朗肯循環(huán)，其可高效地使用來自往復(fù)式發(fā)動機系統(tǒng)或燃?xì)鉁u輪發(fā)動機系統(tǒng)中的多個源的廢熱。文件WO 2008/074637公開了一種用于將來自廢熱源的廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括閉合的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，該朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括用于蒸發(fā)工作流體并通過廢熱加熱的蒸發(fā)器、由蒸發(fā)的工作流體驅(qū)動且連接到軸上的渦輪以及在渦輪與蒸發(fā)器之間以流體的方式互相連接(interconnect)的冷凝器。在蒸發(fā)器處的廢熱溫度低于350°C，且蒸發(fā)的工作流體的壓力不超過8bar。適合這些條件的工作流體(如稱為R_245fa的工作流體)是有機、無毒且氟化的。結(jié)果，氟化的流體可逸散。流體在化學(xué)上是穩(wěn)定的并且是溫室氣體，即，其促進(jìn)氣候變化，并因此可能受制于環(huán)境法規(guī)。最終，對于系統(tǒng)可能需要專用和高成本的措施來避免工作流體殘余物逸散到大氣。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是縮小基于有機朗肯循環(huán)ORC的廢熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的覆蓋面積 (footprint)。通過根據(jù)獨立權(quán)利要求的用于將來自廢熱源的廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、用于將廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的廢熱回收裝置以及帶有該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的工業(yè)水泥設(shè)備來實現(xiàn)該目的。根據(jù)本實用新型的一個實施例，提供一種用于將來自廢熱源的廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)具有閉合的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，該朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括通過廢熱加熱的蒸發(fā)器；連接到軸上且由在蒸發(fā)器中蒸發(fā)的ORC工作流體驅(qū)動的渦輪；在渦輪和蒸發(fā)器之間以流體的方式互相連接的冷凝器；布置在冷凝器和蒸發(fā)器之間的泵；帶有渦輪和泵的底層模塊；以及帶有冷凝器的頂層模塊，在運行的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，該頂層模塊布置在底層模塊之上。所提出的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的模塊化設(shè)計使得能夠在工廠場地進(jìn)行大量的預(yù)制并且在運輸?shù)竭\行場地之前對單獨的模塊進(jìn)行預(yù)先測試。將頂層模塊安裝在底層模塊的頂部縮小了系統(tǒng)的覆蓋面積，即所需的地面面積，并且通常有助于緊湊的設(shè)計。底層模塊置放在地平面，因此有資格的人員可容易地接近其構(gòu)件以便進(jìn)行維護和修理。在就重力而言頂層模塊安裝在其它模塊之上或頂部的情況下，循環(huán)通過冷凝器的被加熱的冷卻空氣可借助于自然對流上升到開口而不會由其它工藝構(gòu)件阻擋。 在優(yōu)選的實施例中，底層模塊還包括可能需要維護的機電構(gòu)件，例如聯(lián)接到軸上的發(fā)電機。優(yōu)選地，帶有標(biāo)準(zhǔn)模塊的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)也可形成發(fā)電設(shè)備或發(fā)電設(shè)備的一部分，并且可通過變更將熱源連接到轉(zhuǎn)換系統(tǒng)上的中間回路而使發(fā)電設(shè)備適合每一種廢熱源。在優(yōu)選實施例中，頂層模塊可具有可標(biāo)準(zhǔn)化且可模塊化地彼此相鄰布置在水平面中的冷凝器。優(yōu)選地，可根據(jù)所需的轉(zhuǎn)換功率和/或由熱源所產(chǎn)生的廢熱的量以模塊化的方式更換該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的渦輪和泵。在有利的實施例中，ORC工作流體是有機、無毒且未氟化的?；氐讲粠в蟹腛RC 工作流體減少了環(huán)境方面的擔(dān)憂而無需專門的泄漏預(yù)防，并因此有利于公眾接受該廢熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。優(yōu)選地，ORC工作流體包括純碳?xì)浠衔锶绠惗⊥?C4Hltl)和戊烷(C5H12)或其組合。這種ORC工作流體以氣相和液相在高于環(huán)境壓力的壓力下在朗肯循環(huán)中循環(huán)。這改善了自行起動(black-start)能力，因為不必在渦輪之后產(chǎn)生真空以起動系統(tǒng)。在本實用新型的上下文中，用語“工業(yè)廢熱源”優(yōu)選是指具有不同于產(chǎn)生或采用廢熱的主要目標(biāo)的工業(yè)設(shè)備。另外，可使用地?zé)釤嵩春突诳稍偕臒嵩?，例如燃燒木屑的鍋爐。示例性廢熱源包括來自內(nèi)燃機(如燃?xì)廨啓C或往復(fù)式發(fā)動機)中的燃料燃燒的排氣；來自例如廢物焚化過程且通過煙 排出的煙氣或廢氣；來自水泥、化學(xué)品、玻璃、紙或鋼制造過程的冷卻空氣；或來自工業(yè)過程或燃燒發(fā)動機的冷卻水。特別地，可考慮水泥設(shè)備的熟料冷卻空氣和同一水泥設(shè)備的預(yù)熱塔的廢氣。當(dāng)然，必須使用于產(chǎn)生軸功率的工業(yè)設(shè)備的廢熱的可用性與相同廢熱在設(shè)備內(nèi)部如用于干燥或在裝置外部如用于區(qū)域供熱的其它可能用途平衡。在有利的實施例中，該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)還包括具有靜態(tài)構(gòu)件的中層模塊，該中層模塊在平行于重力方向的豎直方向上布置在底層模塊和頂層模塊之間。靜態(tài)構(gòu)件例如為蒸發(fā)器。在優(yōu)選的實施例中，底層、中層以及頂層模塊中的各個包括可模塊化地更換的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件。模塊中的至少一個具有標(biāo)準(zhǔn)容器尺寸。在有利的實施例中，該系統(tǒng)包括用于將廢熱傳遞到蒸發(fā)器的中間回路。該中間回路包括用于通過廢熱加熱中間回路工作流體(如加壓水)的熱交換器。被加熱的中間回路工作流體然后被循環(huán)到蒸發(fā)器，在其中，廢熱被進(jìn)一步傳遞到ORC工作流體。該中間回路在熱源中(例如在水泥設(shè)備中)含塵量高的情況下是特別優(yōu)選的。蒸發(fā)器或熱交換器可布置在中層模塊處。在優(yōu)選的實施例中，中間回路的工作流體是加壓水。因此，熱交換器中未發(fā)生蒸發(fā)，并且熱交換器的表面積可保持較小。在優(yōu)選的實施例中，加壓水的溫度低于200°C。
中間回路提供了增加的靈活性，并且特別是允許將多個熱源連接到單個朗肯循環(huán)蒸發(fā)器上。特別地，不同的熱源(如同一水泥設(shè)備的熟料冷卻空氣或預(yù)熱塔的廢氣)可串聯(lián)連接在中間回路中。在又一優(yōu)選的實施例中，結(jié)合中間回路在蒸發(fā)器中使用帶有最佳表面積與體積比的板殼式(plate-and-shell type)熱交換器。板殼式熱交換器用于將廢熱從中間回路的被加熱的工作流體傳遞到ORC工作流體。示例性板殼式熱交換器(其由于如例如在文件 W02009068119中所描述的創(chuàng)新的焊接工藝而良好地適合經(jīng)受ORC循環(huán)中超過40bar的壓力)可從德國什未林市的GESMEX GmbH公司獲得。有利地，該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括用于控制包括從發(fā)電機到電網(wǎng)的電功率供應(yīng)的廢熱轉(zhuǎn)換過程的控制單元。該控制單元連接到傳感器及致動器上以便使轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的運行適合滿足工業(yè)設(shè)備的運行條件。示例性致動器包括布置在工作流體回路中的變速驅(qū)動流體泵、冷凝器風(fēng)扇、用于切斷(trip)渦輪的切斷閥以及能使渦輪在更寬的負(fù)荷范圍內(nèi)運行的可變進(jìn)口導(dǎo)葉。另外，控制單元甚至可與廢熱發(fā)生過程相互作用，以便在由工業(yè)設(shè)備的運行條件所施加的限度內(nèi)優(yōu)化廢熱轉(zhuǎn)換。控制單元可適合控制在預(yù)定的電壓水平下將電功率從發(fā)電機供給到電網(wǎng)。在備選的示例性實施例中，提供一種用于將來自工業(yè)廢熱源的廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)具有帶有通過廢熱加熱的中間回路工作流體的中間回路；帶有任何合適的有機工作流體的閉合的朗肯循環(huán)系統(tǒng)；并且包括用于通過被加熱的中間回路工作流體蒸發(fā)有機工作流體的板殼式熱交換器。閉合的朗肯循環(huán)系統(tǒng)還包括由在板/殼熱交換器中蒸發(fā)的有機工作流體驅(qū)動的渦輪；以及在渦輪和板/殼熱交換器之間以流體的方式互相連接的冷凝器。優(yōu)選的中間回路工作流體為水，而閉合的朗肯循環(huán)的有機工作流體可為有毒或無毒、氟化或未氟化的工作流體。該備選的示例性實施例可與本說明書中提及的任何有利的變型或?qū)嵤├毩⒌亟Y(jié)合。總之，本實用新型允許以環(huán)境友好的方式利用迄今為止主要由于生態(tài)方面的原因以及缺乏合適的設(shè)備而被忽視的品質(zhì)較低的廢熱源。閉合的朗肯循環(huán)系統(tǒng)通過廢熱被提供動力，該廢熱例如以溫度低于400°C、可能低于250°C且在一些情形中甚至低于200°C的熱冷卻流體或殘余熱氣流的形式提供。在與廢熱成熱交換關(guān)系的蒸發(fā)器中，合適的工作流體在低于40bar并且可能甚至低于Sbar的壓力下被蒸發(fā)并加熱到低于約170°C的溫度，且隨后被供給到渦輪以便產(chǎn)生軸功率，該軸功率繼而可驅(qū)動壓縮機或發(fā)電機。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種用于將廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的廢熱回收裝置。該廢熱回收裝置包括帶有渦輪的底層模塊；和帶有冷凝器的頂層模塊，該頂層模塊布置在底層模塊之上，并且經(jīng)由管道連接到底層模塊和蒸發(fā)器上；其中，蒸發(fā)器用于蒸發(fā)通過廢熱加熱的ORC工作流體；其中，渦輪由蒸發(fā)的ORC工作流體驅(qū)動并連接到軸上；其中，冷凝器在渦輪和蒸發(fā)器之間以流體的方式互相連接；其中，泵在ORC系統(tǒng)中布置在冷凝器和蒸發(fā)器之間。[0027]根據(jù)本發(fā)明的又一實施例，提供了一種帶有廢熱源和根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的工業(yè)水泥設(shè)備。本實用新型的這些和其它方面將從下文所描述的實施例中變得明顯并且將參考下文所描述的實施例對其進(jìn)行闡述。
下文將參考在詳細(xì)的示意圖中示出的示例性實施例更詳細(xì)地解釋本實用新型的主題。圖1示意性地顯示了根據(jù)本實用新型的一個實施例的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。圖2示意性地顯示了根據(jù)本實用新型的另一個實施例的帶有中間回路的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。圖3顯示了根據(jù)本實用新型的另一個實施例的帶有以截面的區(qū)段的渦輪進(jìn)口殼體的截面圖。圖4A示意性地顯示了根據(jù)本實用新型的另一個實施例的帶有底層、中層以及頂層模塊的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。圖4B示意性地顯示了根據(jù)本實用新型的另一個實施例的帶有中間回路的圖4A的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。圖5A示意性地顯示了根據(jù)本實用新型的另一個實施例的帶有底層、中層以及頂層模塊的模塊式轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的側(cè)視圖。圖5B示意性地顯示了圖5A的模塊化轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的俯視圖，示出根據(jù)本實用新型的另一個實施例的頂層模塊。附圖中使用的參考標(biāo)號及其含義以概括形式并在參考標(biāo)號清列表中列出。原則上，相同的部件在附圖中設(shè)有同樣的參考標(biāo)號。部件列表1蒸發(fā)器IA液體-液體預(yù)熱器級IB蒸發(fā)器級IC液體_蒸氣過熱器級ID內(nèi)部熱回收熱交換器2 渦輪3 軸4發(fā)電機5冷凝器6 泵7廢熱源8 煙囪9廢熱-水熱交換器10 泵12壓縮機[0054]13渦輪進(jìn)口殼體13a 流道一13b 流道二13c 截面14傳感器15控制單元16閉合的朗肯循環(huán)17中間回路30轉(zhuǎn)換系統(tǒng)31底層模塊32頂層模塊33中層模塊35 管道
具體實施方式
圖1顯示了帶有閉合的有機朗肯循環(huán)(ORC) 16的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30的示意性圖示，在如箭頭所示的ORC工作流體的順時針流動方向上，該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30包括用于蒸發(fā)ORC工作流體的蒸發(fā)器1或鍋爐；禍輪2，該渦輪2被供以來自蒸發(fā)器的蒸氣以經(jīng)由共同的軸3驅(qū)動連接到電功率網(wǎng)上的發(fā)電機4或任何其它負(fù)載；冷凝器5，該冷凝器5用于冷凝來自渦輪的排放的ORC蒸氣；以及用于使冷凝的ORC工作流體循環(huán)到蒸發(fā)器1的器械，例如泵6。用于控制廢熱的轉(zhuǎn)換的控制單元15連接到發(fā)電機4和監(jiān)測熱發(fā)生過程的傳感器14以及與作為示例性致動器的泵6上。可選地，該系統(tǒng)還可包括用于在渦輪之后冷卻蒸氣并預(yù)熱冷凝的工作流體的內(nèi)部熱回收系統(tǒng)?？刂茊卧?5可集成斷路器、安全設(shè)備以及控制裝置，并且可為空氣調(diào)節(jié)的且為閉合的單元。控制單元15可為閥?？稍O(shè)置分離器(未示出)來從潤滑流體(如渦輪2的傳動裝置的油/潤滑系統(tǒng)中使用的油)中分離或提取工作流體殘余物，并且該分離器可將分離的工作流體殘余物重新噴射到主工作流體循環(huán)中。蒸發(fā)器1回收來自廢熱源7 (如在環(huán)境壓力下以低于400°C的溫度進(jìn)入蒸發(fā)器1 并經(jīng)由煙囪8被釋放到周圍環(huán)境的殘余熱氣流或熱排氣流)的熱量。通常，在蒸發(fā)器1中， ORC工作流體在低于40bar的壓力下被加熱到170°C，并且在渦輪2中膨脹到這樣的壓力， 艮口，在該壓力下在接近環(huán)境溫度的溫度下該ORC工作流體仍為氣態(tài)。在蒸發(fā)器1處的廢熱溫度可為190°C，在渦輪2處的廢熱溫度可為170°C。廢氣的溫度不可降至200°C以下以便提供在水泥設(shè)備的原料磨中原料混合物的必要的干燥和預(yù)熱。底層模塊31可包括渦輪2的旁通元件和用于切斷渦輪2的切斷閥。底層模塊31、中層模塊33以及頂層模塊32的構(gòu)件可通過鎖扣連接器、夾持連 接器、螺紋連接器、形狀配合連接器以及壓配合連接器中的一個安裝到模塊31，33，32上。轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30可通過鎖扣連接器、夾持連接器、螺紋連接器、形狀配合連接器以及壓配合連接器中的一個安裝到發(fā)電設(shè)備中。底層模塊31、中層模塊33以及頂層模塊32可通過鎖扣連接器、夾持連接器、螺紋連接器、形狀配合連接器以及壓配合連接器中的一個安裝到彼此上。工作流體可為在整個轉(zhuǎn)換過程期間處于過壓狀態(tài)且具有不低于大氣壓力的壓力的異丁烷。渦輪2可為高速渦輪，其帶有正齒輪傳動裝置(plane gearing)并且以至少為電功率網(wǎng)的標(biāo)稱AC頻率的1. 5倍的速度旋轉(zhuǎn)，并且對包括用于頻率轉(zhuǎn)換的功率電子裝置 (power electronics)的高速發(fā)電機4進(jìn)行供給。包括頻率轉(zhuǎn)換器的直接驅(qū)動式高速發(fā)電機4可允許高效發(fā)電并且可避免渦輪2和發(fā)電機4之間的傳動箱的缺陷。圖2示出帶有中間水回路17(虛線)的系統(tǒng)。第一熱交換器9置放在煙囪8中的排氣流中，在其中，作為中間回路17的工作流體的水第一次被加熱。被加熱的水然后循環(huán)到布置在構(gòu)成第二廢熱源的殘余熱氣流中的第二熱交換器9B，并被第二次加熱。熱水被引導(dǎo)到蒸發(fā)器1然后借助于水泵10循環(huán)返回到第一熱交換器9。渦輪2經(jīng)由軸3連接到壓縮機12上而非連接到發(fā)電機上，并且軸功率用來產(chǎn)生加壓氣體。圖2中所示的蒸發(fā)器1由串聯(lián)布置的不同級組成，即，用于預(yù)熱液態(tài)ORC工作流體的液體_液體預(yù)熱器級1A、用于蒸發(fā)ORC工作流體的蒸發(fā)器級IB以及用于過熱蒸發(fā)的ORC 工作流體的液體_蒸氣過熱器級1C。液體中間回路17工作流體(其可為水)和ORC工作流體沿相反的方向穿過這種裝置。圖3顯示了渦輪進(jìn)口殼體13，其中，工作流體從左側(cè)進(jìn)入并且朝向渦輪(圖3中未示出)在底部離開殼體。殼體包括至少兩個流道13a，13b，并且垂直于流動方向的截面13c 被分段或分區(qū)，其中，不同區(qū)段對應(yīng)于該至少兩個流道并且可獨立打開或關(guān)閉。這允許適應(yīng)部分負(fù)荷運行條件，在這種情況下流道中的一個或多個保持關(guān)閉。圖4A示意性地示出用于將來自廢熱源7的廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30的元件的優(yōu)選幾何布置的細(xì)節(jié)。系統(tǒng)的元件被分配給底層模塊31 (渦輪2、發(fā)電機4)、布置在底層模塊31之上的頂層模塊32 (冷凝器5)以及布置在底層模塊31和頂層模塊32之間的中層模塊33 (泵6、內(nèi)部熱回收熱交換器1D、示例性管道35)并安裝在底層模塊31、頂層模塊32以及中層模塊33內(nèi)。在所示的直接式蒸發(fā)系統(tǒng)中，蒸發(fā)器1在與其余構(gòu)件相隔一定距離處置放在廢氣流中。工作流體從蒸發(fā)器1或鍋爐直接前行至渦輪2，從該處經(jīng)由蒸氣-液體型內(nèi)部熱回收熱交換器ID前行至冷凝器5，并經(jīng)由泵6返回到內(nèi)部熱交換器ID且然后回到蒸發(fā)器1。圖4B示意性地示出帶有中間水回路17的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30的元件的類似的幾何布置。 熱交換器9置放在煙@ 8中的排氣流中，在其中，水通過來自殘余氣體的熱量被加熱。水被引導(dǎo)到過熱器1C、蒸發(fā)器IB以及預(yù)熱器1A，過熱器1C、蒸發(fā)器IB以及預(yù) 熱器IA全部被分配給中層模塊33。工作流體在被傳遞到渦輪2之前被預(yù)熱、蒸發(fā)并過熱。中間水回路17的水借助于同樣安裝在中層模塊33上的水泵10循環(huán)返回到水熱交換器9。三個前述模塊各包括標(biāo)準(zhǔn)容器尺寸的鋼框架，該鋼框架的尺寸允許通過公路或鐵路運輸，并且所分配的元件安裝到該鋼框架上。這些模塊可為預(yù)制的并且在工廠場地被測試，并且包括用于使相應(yīng)模塊的對應(yīng)管道段互相連接的標(biāo)準(zhǔn)化連接器或凸緣。系統(tǒng)的元件或構(gòu)件在前述模塊中的一個內(nèi)的相互布置繼而同樣基于模塊化概念。根據(jù)具體的工業(yè)設(shè)備中的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的規(guī)格選擇特定元件，例如渦輪。然后經(jīng)由標(biāo)準(zhǔn)化連接器如鎖扣連接器、夾持連接器、螺紋連接器安裝元件和/或以后如果需要的話更換元件。當(dāng)選擇元件以滿足該規(guī)格時，帶有更小的單獨等級的多個相同的元件與單個大元件相比是優(yōu)選的。例如，冷凝器有利地由與系統(tǒng)的額定功率相匹配的多個標(biāo)準(zhǔn)化單元組成。 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30可通過高效的快速自行起動而起動。在第一步驟中，檢查傳感器14， 該傳感器14檢驗廢熱源7的溫度(例如，中間循環(huán)17是否已準(zhǔn)備好并具有正確量的熱量)。在第二步驟中，檢查朗肯循環(huán)16和蒸發(fā)器1是否正在起作用。在第三步驟中，打開渦輪2前面的切斷閥(作為控制單元15)以便開始將來自廢熱源7的廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率。圖5A示意性地顯示了帶有底層模塊31、中層模塊33以及頂層模塊32的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30的側(cè)視圖。底層模塊31包括模塊化的可更換構(gòu)件，例如渦輪2和發(fā)電機4。中層模塊 33包括模塊化的可更換構(gòu)件，例如蒸發(fā)器1。頂層模塊32包括模塊化的可更換元件，例如冷凝器5和通風(fēng)設(shè)備。應(yīng)當(dāng)注意的是，盡管圖5A、圖5B示出每層模塊三個構(gòu)件，但是每層模塊31，32，33可包括不同數(shù)量的構(gòu)件。圖5B示意性地顯示了帶有頂層模塊32的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)30的俯視圖，該頂層模塊32 包括在平臺中彼此相鄰布置的多個冷凝器5。彼此相鄰布置的冷凝器5彼此連接。雖然已在附圖和前面的描述中示出和描述本實用新型，但這種圖示和描述應(yīng)該被認(rèn)為是說明性的或示例性的且非限制性的；本實用新型并不限于所公開的實施例。根據(jù)對附圖、公開內(nèi)容以及所附權(quán)利要求的研究，本領(lǐng)域中且實踐要求保護的本實用新型的技術(shù)人員可理解和實現(xiàn)所公開的實施例的其它變型。在本發(fā)明中，用詞“包括”不排除其它元件或步驟，并且獨立的冠詞“一”或“一個” 不排除多個。用于將來自廢熱源的廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的單個轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可實現(xiàn)本發(fā)明中所述的幾個項目的功能。在相互不同的本發(fā)明特征中陳述確定的措施的純事實并不表示這些措施的組合不可被有利地使用。本發(fā)明中的任何參考標(biāo)記均不應(yīng)當(dāng)被解釋為限制范圍。
權(quán)利要求1.一種用于將來自廢熱源(7)的廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)具有閉合的有機朗肯循環(huán)ORC系統(tǒng)(16)，該有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)(16)包括_蒸發(fā)器(1)，該蒸發(fā)器(1)通過所述廢熱被加熱，以用于蒸發(fā)ORC工作流體， -渦輪(2)，該渦輪(2)由蒸發(fā)的ORC工作流體驅(qū)動并連接到軸(3)上， -冷凝器(5)，該冷凝器(5)在所述渦輪(2)和所述蒸發(fā)器⑴之間以流體的方式互相連接，-泵(6)，該泵(6)布置在所述冷凝器(5)和所述蒸發(fā)器(1)之間， _帶有所述渦輪⑵的底層模塊(31)；以及-帶有所述冷凝器(5)的頂層模塊(32)，所述頂層模塊(32)布置在所述底層模塊(31) 之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述底層模塊(31)還包括需要維護的機電構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述機電構(gòu)件為聯(lián)接到所述軸 (3)上的發(fā)電機(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)還包括 -帶有靜態(tài)構(gòu)件的中層模塊(33)，該中層模塊(33)布置在所述底層模塊(31)和所述頂層模塊(32)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述靜態(tài)構(gòu)件為所述蒸發(fā)器⑴。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述模塊(31，32， 33)中的至少一個具有標(biāo)準(zhǔn)容器尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述底層模塊、中層模塊以及頂層模塊(31，33，32)中的各個包括可模塊化地更換的標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述廢熱源(7)包括水泥設(shè)備的預(yù)熱塔的廢氣和熟料冷卻空氣作為廢熱。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述ORC工作流體是有機、無毒且未氟化的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述ORC工作流體是純碳?xì)浠衔铩?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述純碳?xì)浠衔餅楫惗⊥?(C4H10)或戊烷(C5H12)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，來自所述廢熱源 (7)的廢熱經(jīng)由中間回路(17)被傳遞到蒸發(fā)器(1)，所述中間回路(17)包括用于通過廢熱加熱所述中間回路的工作流體的熱交換器(9)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述中間回路(17)的工作流體包括溫度低于200°C的加壓水。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述蒸發(fā)器(1)包括用于將廢熱從所述中間回路(17)的被加熱的工作流體傳遞到所述ORC工作流體的板殼式熱交換器⑴。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30) 還包括控制單元(15)。
16.一種用于將廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的廢熱回收裝置，其特征在于，包括 帶有渦輪⑵的底層模塊(31)；和帶有冷凝器(5)的頂層模塊(32)，所述頂層模塊(32)布置在所述底層模塊(31)之上， 并且經(jīng)由管道(35)連接到所述底層模塊(31)和蒸發(fā)器(1)上；其中，所述蒸發(fā)器(1)用于蒸發(fā)通過所述廢熱加熱的ORC工作流體； 其中，所述渦輪(2)由蒸發(fā)的ORC工作流體驅(qū)動并連接到軸(3)上； 其中，所述冷凝器(5)在所述渦輪(2)和所述蒸發(fā)器(1)之間以流體的方式互相連接； 其中，所述泵(6)在ORC系統(tǒng)中布置在所述冷凝器(5)和所述蒸發(fā)器(1)之間。
17.一種帶有廢熱源(7)和根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(30)的工業(yè)水泥設(shè)備。
專利摘要本實用新型涉及用于將廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、廢熱回收裝置及工業(yè)水泥設(shè)備，具體而言，涉及廢熱的轉(zhuǎn)換，并且特別涉及一種用于將來自廢熱源的廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。提供一種用于將來自廢熱源的廢熱轉(zhuǎn)換為軸功率的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，該轉(zhuǎn)換系統(tǒng)具有閉合的有機朗肯循環(huán)(ORC)系統(tǒng)，該有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括用于蒸發(fā)ORC工作流體并通過廢熱加熱的蒸發(fā)器、由蒸發(fā)的ORC工作流體驅(qū)動且連接到軸上的渦輪、在渦輪和蒸發(fā)器之間以流體的方式互相連接的冷凝器、布置在冷凝器和蒸發(fā)器之間的泵、帶有渦輪和泵的底層模塊以及帶有冷凝器的頂層模塊，該頂層模塊布置在底層模塊之上。
文檔編號F01K27/02GK202065022SQ20102052327
公開日2011年12月7日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月13日
發(fā)明者T·博爾納特, T·布爾基 申請人:Abb瑞士有限公司