專利名稱：能量回收系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種用于將原本會浪費的由工業(yè)用熔爐產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)換成電能的經(jīng)濟構(gòu)件。更明確地說，本發(fā)明揭示一種用于通過回收部分浪費的熱能且將其變換成可在煉鋼廠內(nèi)被再用的電能來增加此同一工廠的效率的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
煉鋼廠納含不同類型的熔爐。板坯再熱爐、退火爐及其它類型的熔爐在煉鋼廠中是典型代表。熔爐一般具有相對低的效率，且由于氣體燃燒或其它方式而產(chǎn)生的熱的大量部分不能傳遞到鋼鐵且最終消散到大氣中。 煉鋼廠是電能的主要消耗者。世界上大多數(shù)發(fā)電廠使用產(chǎn)生C02排放物的化石燃料。因此，重要的是降低電能消耗以使C02排放物減到最少。在一些熔爐中，同流換熱器包括在煙道中以加熱用于燃料或氣體的燃燒空氣，所述燃料或氣體用于產(chǎn)生所述過程所需要的熱。在其它情況下，所述熱用于加熱隨后用于加熱建筑物的水。圖I中呈現(xiàn)此項技術(shù)中所知的此類典型系統(tǒng)的示意圖，其中來自熔爐10的初級排氣5饋送到同流換熱器15中，進來的空氣或液體20通過同流換熱器15循環(huán)，以傳遞及俘獲輸出空氣或液體25中的熱能。剩余的次級排氣30通過煙道35被處理掉。即使這些系統(tǒng)通?；厥沾罅康臒幔喈敶蟛糠值臒崛酝ㄟ^將熱氣釋放到大氣而被浪費。這些排氣的溫度保持足夠高以保證將所述熱能變換成電能的工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于回收作為工業(yè)生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物以廢氣形式而產(chǎn)生的原本會浪費的能量的系統(tǒng)及方法。廢氣由以燃料為動力的裝置產(chǎn)生且這些氣體排放到排出結(jié)構(gòu)中。這些廢氣的至少一部分轉(zhuǎn)向到熱交換器的氣體輸入端中，熱交換器還包括氣體輸出端、熱源液體輸入端及熱源液體輸出端。有機郎肯循環(huán)(ORC)系統(tǒng)的蒸發(fā)器的輸入端連接到熱交換器的熱源液體輸出端，而ORC的輸出端連接到熱交換器的熱源液體輸入端。通過熱交換器循環(huán)且通過氣體回路中的氣體輸出端回到排出結(jié)構(gòu)中的廢氣的量由排氣扇調(diào)節(jié)，排氣扇連接到由第一變頻驅(qū)動器(VFD)控制的第一電動機。通過熱源液體回路中的熱交換器及ORC中的蒸發(fā)器循環(huán)的熱源液體的量由連接到第二電動機及第二變頻驅(qū)動器(VFD)的泵調(diào)節(jié)。熱源液體納含加壓膨脹箱。納含比例積分調(diào)節(jié)器的第一控制器監(jiān)視氣體回路及熱源液體回路兩者的操作，且調(diào)節(jié)分別通過每一回路循環(huán)的氣體及液體的量。連接到以燃料為動力的裝置的第二控制器將關(guān)于以燃料為動力的裝置的燃料消耗速率的數(shù)據(jù)提供到第一控制器。第一控制器使用燃料消耗數(shù)據(jù)以調(diào)節(jié)氣體及熱源液體流量。ORC中的膨脹器連接到ORC中的發(fā)電機，且產(chǎn)生由轉(zhuǎn)換器測量的電。本發(fā)明還涉及一種用于調(diào)節(jié)電力產(chǎn)生的方法，所述電力是使用上文所描述的系統(tǒng)由從以燃料為動力的工業(yè)用裝置排放的受熱廢氣產(chǎn)生。基于具有進入熱交換器的氣體輸入端的受熱氣體的溫度反饋及如由第二控制器指示的裝置燃料消耗(如果可得到此數(shù)據(jù)，則添加到熱源液體初始目標溫度)作為輸入變量的函數(shù)計算用于熱源液體的最佳目標溫度。接著，基于具有最佳熱源液體溫度及用于第二變頻驅(qū)動器的目標速度參考作為輸入變量的函數(shù)進一步計算用于第一 VFD的所要速度前饋命令。接著，基于熱源液體的測定溫度以及并入到第一控制器中的比例積分調(diào)節(jié)器的比例增益及積分增益又進一步計算用于排氣扇的速度調(diào)整。接著，與計算出的第一 VFD的最大可允許速度一起設(shè)置第一 VFD的目標速度。如果風扇速度目標超過最大可允許速度，那么將風扇速度目標壓制到最大可允許速度。緊接著，隨后基于具有熱交換器的熱源液體出口處的熱源液體目標溫度及ORC系統(tǒng)冷卻流體的基于來自溫度傳感器的反饋信號的溫度作為輸入變量的函數(shù)計算用于第二 VFD的目標速度。基于具有ORC的如由轉(zhuǎn)換器測量的功率輸出作為輸入變量的函數(shù)確定用于第二 VFD的最大可允許速度。如果超過用于第二 VFD的最大可允許速度，則將第二 VFD的目標速度壓制到所允許的水平。所述方法返回到做出是否可得到燃料消耗數(shù)據(jù)的確定的時間點，直到以燃料為動力的裝置停機為止。


將參考圖式而根據(jù)本發(fā)明的以下詳細描述更好地理解本發(fā)明的上述及其它目的、方面及優(yōu)點，在圖式中圖I是此項技術(shù)中所知的氣體熱同流換熱器系統(tǒng)的示意圖。圖2是展示工業(yè)用能量回收系統(tǒng)的主要元件的示意圖。圖3是用于實施本發(fā)明的工業(yè)用能量回收系統(tǒng)的方法的框圖。圖4是展示工業(yè)用能量回收系統(tǒng)的主要元件的替代布置的示意圖。
具體實施例方式圖2以示意圖形式說明本發(fā)明的系統(tǒng)的功能性元件。存在與圖I所示的元件相同的元件，但此外，需要熔爐控制器40來監(jiān)視熔爐10的操作且將關(guān)于熔爐燃料消耗的數(shù)據(jù)提供到控制器90，如下文所論述。分接頭45經(jīng)添加以在次級排氣30通過例如煙道35的排出結(jié)構(gòu)排放到三級排氣流50中之前使次級排氣30的至少一部分轉(zhuǎn)向。分接頭45將三級排氣流50饋送到第一熱交換器55中。此熱交換器是基于排氣的溫度范圍、用于熱源液體的可接受溫度范圍、待傳遞到熱源液體的熱量及兩個回路上的可接受壓力降而設(shè)計，此將基于熱交換器的成本以及待由排氣扇及熱源液體循環(huán)泵消耗的能量提供經(jīng)濟的解決方案。熱交換器的材料必須適于排氣的化學(xué)成分。三級排氣流50通過使用排氣扇60而通過第一熱交換器55循環(huán),排氣扇60由第一電動機65驅(qū)動,第一電動機65由第一變頻驅(qū)動器(VFD) 70控制。排氣扇60經(jīng)設(shè)定尺寸以克服由第一熱交換器55在系統(tǒng)的最大容量(最大流量)下引入且用于從煙道35吸入排氣的壓力降。在停機的情況下，排氣扇60停止，使得氣體停止通過第一熱交換器55循環(huán)。熱交換器55使用的熱源介質(zhì)是液體，例如水、水與乙二醇的混合物、熱油或等效物，這是因為這些類型的流體與排氣相比具有更大的熱容量，且允許熱在有機郎肯循環(huán)(ORC)系統(tǒng)130的可接受的工作溫度范圍內(nèi)高效地傳遞到所述ORC系統(tǒng)。第一溫度傳感器及傳輸器75位于三級排氣流50的通向第一熱交換器55的輸入端處，且測量進入的熱氣的溫度。第二溫度傳感器及傳輸器80監(jiān)視退出第一熱交換器55的液體的溫度。由兩個傳感器測量的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破?0，控制器90可為市售的可編程邏輯控制器(PLC)或類似裝置，且用于通過改變控制第一電動機65的第一 VFD 70的速度目標而調(diào)節(jié)熱源液體的溫度及流量。熱源液體回路納含熱源液體循環(huán)泵95，熱源液體循環(huán)泵95維持液體通過ORC系統(tǒng)130的適當流量且可為定速或變速類型?？蔀槎ㄋ倩蜃兯匐妱訖C的第二電動機100耦合到液體循環(huán)泵95且在是變速泵的情況下由第二 VFD 105控制。第二 VFD 105又由控制器90調(diào)節(jié)。此系統(tǒng)經(jīng)適當設(shè)定尺寸以克服在熱源流體的最大可能流量下所預(yù)期的最大壓力降。熱源液體回路納含熱源液體膨脹箱115，熱源液體膨脹箱115是以惰性氣體120 (例如在其中可使用本發(fā)明的煉鋼廠通常可得到的惰性氣體)加壓，且熱源液體回路包括連接到膨脹箱115的減壓閥110。第三傳感器125是位于熱源回路的高溫側(cè)的壓力傳感器且用來監(jiān)視壓力。為ORC系統(tǒng)130的一部分的蒸發(fā)器132使熱源液體回路完整。煉鋼廠通常具有工廠供水系統(tǒng)，其出于冷卻目的而保持在受控制溫度。此供水系統(tǒng)160的部分可轉(zhuǎn)向且并入到作為ORC 130的一部分的散熱回路134中。在使用變速熱源液體循環(huán)泵95 (而不是定速熱源液體循環(huán)泵)的情況下，需要額外的溫度傳感器及傳輸器 (例如第四傳感器165)來測量冷卻介質(zhì)的溫度。需要此溫度來計算供第二 VFD 105調(diào)節(jié)熱源液體循環(huán)泵95的速度的參考。此額外傳感器可被包括作為ORC系統(tǒng)的一部分或在外部被添加?；诖藴囟茸兞考盁嵩匆后w目標溫度的值，控制器90修改泵速度參考以維持系統(tǒng)的最大可能輸出功率及效率。當ORC系統(tǒng)130冷卻介質(zhì)的溫度及/或熱源液體的目標溫度改變時，所述系統(tǒng)將修改熱源液體的流量以將所產(chǎn)生的功率及ORC效率維持在最大可能值。在本發(fā)明中使用的ORC系統(tǒng)130可為若干目前市售ORC系統(tǒng)中的任一者。此系統(tǒng)的膨脹器135耦合到發(fā)電機140，發(fā)電機140自身通過經(jīng)適當設(shè)定尺寸的饋電器145及對應(yīng)斷路器150連接到煉鋼廠配電系統(tǒng)。ORC系統(tǒng)130的電力輸出由電有源電力轉(zhuǎn)換器155監(jiān)視，且所得數(shù)據(jù)被傳輸?shù)娇刂破?0。電力轉(zhuǎn)換器155的目的是充當保護性裝置。可設(shè)置不同的保護水平。舉例來說，在系統(tǒng)產(chǎn)生過度電力的情況下，控制器90可經(jīng)編程以降低排氣扇60的速度，以在預(yù)定情形下減少所傳遞的熱或完全停止排氣扇60的操作。一些市售ORC系統(tǒng)還納含用于熱源流體的旁通閥作為保護。在發(fā)生上游電中斷(例如，通過斷路器的跳閘)且發(fā)電機140與配電網(wǎng)絡(luò)斷開的情況下，也將需要保護。在此情況下，有源電力轉(zhuǎn)換器155將指示零功率且停止排氣扇60順序也將被起始。如果液體壓力超過預(yù)先確定的某個值(由第三傳感器125檢測)，那么將降低用于排氣扇60的第一 VFD 70的目標參考，以作為減緩可能正在促成高壓的熱傳遞的措施。在感應(yīng)到預(yù)先確定的極其過度的壓力的情況下，減壓閥110將開動，且將使用對應(yīng)信號通過將用于排氣扇60的第一 VFD 70的速度目標降低到O而使系統(tǒng)停機。圖3是用于實施工業(yè)用能量回收系統(tǒng)的方法的框圖。所述系統(tǒng)使用存儲在控制器90中的軟件代碼來計算用于排氣扇60的第一 VFD 70的速度目標及用于熱源液體循環(huán)泵95的第二 VFD 105的速度目標，所述速度目標將使所產(chǎn)生的功率達到最大且將過程溫度及流量維持在所述系統(tǒng)的組件的設(shè)計參數(shù)內(nèi)。排氣的溫度及對應(yīng)流量是熔爐10的燃料消耗的直接結(jié)果。當熔爐從空載操作改變到滿載操作或從滿載操作改變到空載操作時，在排氣的溫度達到穩(wěn)態(tài)溫度之前存在延時。此信息被包括在計算用于熱源液體的溫度目標T*的模型中。此溫度目標T*、熱源液體的對應(yīng)溫度反饋Tho (其是從位于熱交換器55的出口處的溫度傳感器80獲得)及熱源液體的流量(其是從用于熱源液體循環(huán)泵95的第二 VFD105的速度目標η*計算出)用于計算用于排氣扇60的第一 VFD 70的速度目標。熔爐控制器40可提供熔爐燃料消耗數(shù)據(jù)Fuel_C。如果可提供所述數(shù)據(jù)，那么在305處檢索所述數(shù)據(jù)且將所述數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破?0。在300處確定熔爐10是否已操作充分長的時期。在310處使用此數(shù)據(jù)以及初始目標溫度Tl* (存儲在控制器90中的參數(shù))以使用公式T* =KO (Thg, Fuel_C)+Tl*計算最佳熱源液體目標溫度，其中T*是用于熱源液體的最佳目標溫度，KO (Thg. Fue 1_C)是具有進入系統(tǒng)的熱氣的溫度反饋(Thg.)及熔爐燃料消耗(Fuel_C)(可能得到或可能未得到溫度反饋(Thg.)及熔爐燃料消耗(Fuel_C))作為輸入變量的內(nèi)插塊或函數(shù)，且Tl*是作為參數(shù)存儲在控制器90中的熱源液體初始目標溫度Tl*。隨著氣體的溫度或燃料消耗上升，KO將呈現(xiàn)較高值，直到其達到預(yù)設(shè)極限為止。如果不能得到熔爐燃料消耗數(shù)據(jù)或不能得到進入系統(tǒng)的熱氣的溫度反饋(Thg)或既不能得到熔爐燃料消耗數(shù)據(jù)又不能得到進入系統(tǒng)的熱氣的溫度反饋(Thg)，那么將相應(yīng)地簡化K0。如果不能得到熔爐10的燃料消耗數(shù)據(jù)，那么在320處基于公式T* = KO (Thg)+Tl*計算最佳溫度T*。通過使用計算出的最佳溫度T*，在325處使用公式F*ff = Kl(T*，η*)進一步計算用于排氣扇60的第一 VFD 70的所要速度前饋命令，其中F*ff是表述為前饋命令的排氣扇速度， 且Κ1(Τ*，η*)是從具有計算出的最佳熱源液體溫度Τ*及用于熱源液體循環(huán)泵95的第二VFD 105的目標速度參考η*作為輸入變量的內(nèi)插塊或函數(shù)獲得。在335處根據(jù)公式F*c =(Kp+Ki/s). (T*-Tho)計算速度調(diào)整的量，其中F*c是排氣扇速度目標補償，Tho是如由離開熱交換器55的液體的第二傳感器80測量的熱源液體溫度，且Kp及Ki是排氣扇速度調(diào)節(jié)器的對應(yīng)于典型比例及積分(PI)調(diào)節(jié)器的比例增益及積分增益，但也可出于此目的而使用其它類型的調(diào)節(jié)器。術(shù)語Ι/s是此項技術(shù)中所知的算子，其對應(yīng)于積分器且是從將拉普拉斯變換應(yīng)用于微分方程式的求解而導(dǎo)出。在計算出補償F*c之后，在340處根據(jù)公式F*=F*ff+F*c設(shè)置用于排氣扇60的第一 VFD 70的目標速度F*，且根據(jù)公式F*max = K2 (T*，P，Pr)計算用于排氣扇60的第一 VFD 70的最大可允許速度F*max，其中F*max是VFD 70的最大可允許風扇速度參考，且K2(T*，P，Pr)是具有熱源液體目標溫度T*、ORC系統(tǒng)的如由轉(zhuǎn)換器155測量的以千瓦P為單位的輸出功率反饋及表示熱源液體的壓力Pr的來自第三傳感器125的反饋信號作為輸入變量的內(nèi)插塊或函數(shù)。在不能得到P或Pr變量的情況下可簡化函數(shù)Κ2。合意的是，知曉F*max以便避免以過度速度運行排氣扇且防止在系統(tǒng)中產(chǎn)生過度熱源液體壓力。350處的F*與F*max的比較確定排氣扇速度目標是否過高。如果過高，那么在355處調(diào)整排氣扇速度目標，使得F* = F*max。此后，在360處繼續(xù)處理，其中根據(jù)公式n* = K3(T*，Tc)+nl*計算用于熱源液體循環(huán)泵95的第二 VFD 105的速度目標n*，其中K3(T*，Tc)是從基于輸入變量Τ*(其用于如在310處計算的在熱交換器的出口處的熱源液體目標溫度)及Tc (其用于ORC系統(tǒng)冷卻流體的基于來自第四傳感器165的反饋信號的溫度)的內(nèi)插塊或函數(shù)獲得，且其中nl*是用于熱源液體循環(huán)泵95的第二 VFD 105的基本速度目標。當ORC冷卻流體溫度及/或液體熱源液體的目標溫度改變時，K3將改變以將所產(chǎn)生的功率及ORC系統(tǒng)130的效率維持在最大可能值。在365處根據(jù)公式n*max =K4(P)計算用于熱源液體循環(huán)泵95的第二 VFD 105的最大允許速度目標，其中Κ4(Ρ)是內(nèi)插塊或函數(shù)，對于所述內(nèi)插塊或函數(shù)，僅有的輸入變量是ORC系統(tǒng)130的如在轉(zhuǎn)換器155處測量的輸出功率。如果目標泵速度η*超過如在370處確定的最大可允許泵速度n*max,那么在375處對用于循環(huán)泵95的第二 VFD 105的速度目標強加限制以降低所述速度。此方法表示當熔爐運行時處于恒定使用中的控制環(huán)路。在圖4中，以示意圖形式呈現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)的功能性元件的替代布置。在此布置中，排氣扇60、第一電動機65及第一變頻驅(qū)動器70被消除。取而代之，閥170并入在排氣分接頭45處，在分接頭45處，退出同流換熱器15的排氣的一部分首先轉(zhuǎn)向到能量回收系統(tǒng)(熱交換器55)中。閥170由控制器90調(diào)節(jié)，以便以類似于上文所描述的用于提供用于排氣扇60的VFD 70的風扇速度目標的方式的方式改變排氣到能量回收系統(tǒng)中的流量。已根據(jù)優(yōu)選實施例描述上述發(fā)明。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可對所揭示的設(shè)備及方法做出各種修改及改變，且本發(fā)明適用于除了鋼鐵制造之外的其中產(chǎn)生熱排氣的許多其它工業(yè)生產(chǎn)過程，例如(舉例來說)水 泥廠及發(fā)電。本說明書及實例僅為示范性的，而本發(fā)明的真正范圍由所附權(quán)利要求書界定。
權(quán)利要求
1.一種用于將被引導(dǎo)到排出結(jié)構(gòu)的以受熱排氣形式作為以燃料為動力的工業(yè)生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物而產(chǎn)生的過剩能量轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)，其包含 熱交換器，其具有各自連接到所述排出結(jié)構(gòu)的氣體輸入端及氣體輸出端，且進一步具有熱源液體輸入端及熱源液體輸出端； 有機郎肯循環(huán)ORC系統(tǒng)，其具有連接到所述熱交換器的所述熱源液體輸出端的第一輸入端及連接到所述第一熱交換器的所述熱源液體輸入端的第一輸出端，所述ORC系統(tǒng)進一步具有將電力輸送到所述ORC系統(tǒng)的第二輸出端的發(fā)電機； 氣體循環(huán)構(gòu)件，其用于通過改變在所述排出結(jié)構(gòu)與所述熱交換器的所述氣體輸入端及所述氣體輸出端之間循環(huán)的氣體的量而調(diào)節(jié)所述液體熱源的溫度；及 熱源液體循環(huán)構(gòu)件，其用于通過改變在所述ORC與所述熱交換器之間循環(huán)的液體的量而調(diào)節(jié)到所述ORC的熱傳遞。
2.一種用于將被引導(dǎo)到排出結(jié)構(gòu)的以受熱排氣形式作為以燃料為動力的工業(yè)生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物而產(chǎn)生的過剩能量轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)，其包含 熱交換器，其具有氣體輸入端、氣體輸出端、熱源液體輸入端及熱源液體輸出端； 第一構(gòu)件，其用于將所述受熱排氣的至少一部分轉(zhuǎn)向到所述第一熱交換器的所述氣體輸入端中； 第二構(gòu)件，其連接到所述第一熱交換器的所述氣體輸出端以調(diào)節(jié)通過所述第一熱交換器的循環(huán)及所述排氣從所述第一熱交換器通過排氣孔回到所述排出結(jié)構(gòu)中的退出； 第三構(gòu)件，其用于供應(yīng)且調(diào)節(jié)熱源液體到所述第一熱交換器的所述熱源液體輸入端的流量；及 有機郎肯循環(huán)ORC系統(tǒng)，其具有連接到所述第一熱交換器的所述熱源液體輸出端的第一輸入端及通過所述第三構(gòu)件連接到所述第一熱交換器的所述熱源液體輸入端的第一輸出端，所述ORC系統(tǒng)進一步具有將電力輸送到所述ORC系統(tǒng)的第二輸出端的發(fā)電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第一構(gòu)件包含分接頭，所述分接頭在其輸入端處連接到所述排出結(jié)構(gòu)且在其輸出端處連接到所述第一熱交換器的所述氣體輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第二構(gòu)件包含 排氣扇，其連接到所述排氣孔； 第一電動機，其連接到所述排氣扇； 第一變頻驅(qū)動器，其連接到所述第一電動機 '及 第一控制器構(gòu)件，其連接到所述第一變頻驅(qū)動器以監(jiān)視且調(diào)節(jié)所述第一變頻驅(qū)動器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述第二構(gòu)件進一步包含 第二控制器構(gòu)件，其連接到所述第一控制器構(gòu)件以監(jiān)視所述工業(yè)生產(chǎn)過程的燃料消耗數(shù)據(jù)且將所述數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿龅谝豢刂破鳂?gòu)件； 第一傳感器構(gòu)件，其連接到所述第一熱交換器的所述氣體輸入端以測量所述點處的所述排氣的溫度且用于將所述數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿龅谝豢刂破鳂?gòu)件； 第二傳感器構(gòu)件，其連接到所述第一熱交換器的所述熱源液體輸出端以測量所述點處的所述液體的溫度且用于將所述數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿龅谝豢刂破鳂?gòu)件； 第三傳感器構(gòu)件，其連接到所述第一熱交換器的所述熱源液體輸出端以測量所述點處的所述熱源液體的壓力且用于將所述數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿龅谝豢刂破鳂?gòu)件；及保護性電力轉(zhuǎn)換器，其連接在所述ORC系統(tǒng)的所述第二輸出端與所述第一控制器構(gòu)件之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述第三構(gòu)件包含 加壓熱源液體膨脹箱； 減壓閥，其連接到所述膨脹箱且連接到所述第一控制器構(gòu)件； 變速循環(huán)泵，其在其輸入端處連接到所述膨脹箱且在其輸出端處連接到所述熱交換器的所述熱源液體輸入端； 第二電動機，其連接到所述泵； 第二變頻驅(qū)動器，其連接到所述第二電動機 '及 第四傳感器構(gòu)件，其連接到所述ORC以測量所述ORC所使用的冷卻介質(zhì)的溫度， 且其中，另外，所述第二變頻驅(qū)動器進一步連接到所述第一控制器構(gòu)件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述第三構(gòu)件包含 加壓熱源液體膨脹箱； 減壓閥，其連接到所述膨脹箱且連接到所述第一控制器構(gòu)件； 定速循環(huán)泵，其在其輸入端處連接到所述膨脹箱且在其輸出端處連接到所述熱交換器的所述熱源液體輸入端 '及 第二電動機，其連接到所述泵。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中所述第二構(gòu)件包含連接到所述分接頭的可調(diào)整閥，所述可調(diào)整閥的移動由第一控制器控制。
9.一種用于調(diào)節(jié)電力產(chǎn)生的方法，所述電力是使用熱交換器由從以燃料為動力的工業(yè)用裝置排放到排出結(jié)構(gòu)中的受熱廢氣產(chǎn)生，所述熱交換器具有連接到所述排出結(jié)構(gòu)的氣體輸入端及連接到變速排氣扇的氣體輸出端，所述變速排氣扇自身連接到所述排出結(jié)構(gòu)，且所述熱交換器進一步具有帶有蒸發(fā)器的有機郎肯循環(huán)裝置0RC，所述ORC具有連接到所述熱交換器的液體輸出端的熱源液體輸入端及連接到加壓液體源的熱源液體輸出端，所述加壓液體源進一步連接到泵且此后連接到所述熱交換器的液體輸入端，其中所述ORC納含膨脹器，所述膨脹器耦合到發(fā)電機，所述發(fā)電機具有連接到轉(zhuǎn)換器的電輸出端，所述方法包含 使所述廢氣的至少一部分遠離所述排出結(jié)構(gòu)而轉(zhuǎn)向到所述熱交換器的所述氣體輸入端中； 通過改變所述排氣扇的速度而改變?nèi)绱宿D(zhuǎn)向的所述廢氣的量來調(diào)節(jié)熱源液體溫度； 通過管理所述泵的操作而改變在所述ORC與所述熱交換器之間循環(huán)的所述液體的流量來控制從所述熱源液體傳遞到所述ORC的熱量；及 在所述轉(zhuǎn)換器處監(jiān)視在所述電輸出端處由所述發(fā)電機產(chǎn)生的電量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述泵可為變速泵或定速泵。
11.一種用于調(diào)節(jié)電力產(chǎn)生的方法，所述電力是由作為以燃料為動力的工業(yè)用裝置的副產(chǎn)物而產(chǎn)生的受熱廢氣產(chǎn)生，其中所述廢氣的至少一部分在從第一熱交換器的氣體輸出端排出到排出結(jié)構(gòu)中之前在由第一傳感器測量的溫度下轉(zhuǎn)向到所述第一熱交換器的氣體輸入端中，所述廢氣通過所述熱交換器的循環(huán)由排氣扇調(diào)節(jié)，所述排氣扇由第一電動機驅(qū)動，所述第一電動機的速度由第一變頻驅(qū)動器VFD控制，所述第一 VFD自身進一步由納含比例積分調(diào)節(jié)器的第一控制器控制，所述第一控制器連接到第二控制器，所述第二控制器進一步連接到所述以燃料為動力的裝置以監(jiān)視燃料消耗且連接到所述第一傳感器，且其中，另外，熱源液體在由第二傳感器測量的溫度下且在由第三傳感器測量的壓力下在從所述熱交換器的液體輸出端排出到熱源液體回路中之前被輸送到所述熱交換器的液體輸入端，所述傳感器兩者均連接到所述第一控制器，所述熱源液體通過所述熱交換器的循環(huán)由泵調(diào)節(jié)，所述泵由第二電動機驅(qū)動，所述第二電動機的速度由第二變頻驅(qū)動器VFD控制，所述第二 VFD自身進一步由所述第一控制器控制，同時熱源液體泵入口還連接到液體膨脹箱，所述液體膨脹箱經(jīng)受使用惰性氣體的加壓，所述液體膨脹箱的壓力由所述第三傳感器監(jiān)視，所述膨脹箱還包括由所述第一控制器監(jiān)視的減壓閥，從所述液體輸出端排出的所述熱源液體接著被引導(dǎo)通過位于有機郎肯循環(huán)ORC系統(tǒng)中的蒸發(fā)器，所述ORC系統(tǒng)納含散熱回路，所述散熱回路具有連接到所述第一控制器以測量ORC冷卻介質(zhì)的溫度的第四傳感器、連接到發(fā)電機的膨脹器及連接在所述發(fā)電機與所述第二控制器之間的電力轉(zhuǎn)換器，所述方法包含 首先確定是否可從所述第一控制器得到表示所述以燃料為動力的工業(yè)用裝置的所述燃料消耗的數(shù)據(jù)； 如果可得到所述數(shù)據(jù)，那么根據(jù)公式T* = KO (Thg, Fuel_C)+Tl*計算用于所述熱源液體的最佳目標溫度，其中K0(Thg.Fuel_C)是具有進入所述氣體輸入端的受熱氣體的溫度反饋(Thg.)及裝置燃料消耗(Fuel_C)作為輸入變量的內(nèi)插塊或函數(shù)，且Tl*是作為變量存儲在所述第二控制器中的熱源液體初始目標溫度； 否則，根據(jù)公式T* = K0(Thg)+Tl*計算用于所述熱源液體的最佳目標溫度； 根據(jù)公式F*ff = KKT*, η*)進一步計算用于所述第一變頻驅(qū)動器的所要速度前饋命令，其中F*ff是表述為前饋命令的排氣扇速度，且Kl (Τ*，η*)是具有所述計算出的最佳熱源液體溫度Τ*及用于所述第二變頻驅(qū)動器的目標速度參考η*作為輸入變量的內(nèi)插塊或函數(shù)； 根據(jù)公式F*c= (Kp+Ki/s). (T*-Tho)又進一步計算速度調(diào)整，其中F*c是排氣扇速度目標補償，Tho是如由所述第二傳感器測量的所述熱源液體溫度，且Kp及Ki分別是所述比例積分調(diào)節(jié)器的比例增益及積分增益； 根據(jù)公式F* = F*ff+F*c設(shè)置所述第一變頻驅(qū)動器的目標速度； 根據(jù)公式F*max = K2(T*，P，Pr)進一步設(shè)置所述第一變頻驅(qū)動器的最大可允許速度，其中K2(T*，P，Pr)是具有所述熱源液體目標溫度T*、所述ORC系統(tǒng)的如由所述轉(zhuǎn)換器測量的以千瓦P為單位的輸出功率反饋作為輸入變量的內(nèi)插塊或函數(shù)，且 Pr是表示所述熱源液體回路的壓力的來自所述第三傳感器的反饋信號； 確定F* > F*max是否成立； 如果成立,那么限制所述排氣扇速度,使得F* = F*max ； 否則，根據(jù)公式n* = K3(T*，Tc)+nl*另外計算用于所述第二變頻驅(qū)動器的所述目標速度η*,其中K3(T*,Tc)是基于輸入變量T*及Tc的內(nèi)插塊或函數(shù),所述T*表示所述熱交換器的出口處的所述熱源液體目標溫度，所述Tc表示ORC系統(tǒng)冷卻流體的基于來自所述第四傳感器的反饋信號的溫度，且其中nl*是所述第二 VFD的基本速度目標； 根據(jù)公式n*max = K4 (P)進一步確定用于所述第二 VFD的最大可允許速度,其中K4(P)是內(nèi)插塊或函數(shù)，對于所述內(nèi)插塊或函數(shù)，所述輸入變量是所述ORC的如由所述轉(zhuǎn)換器測量的所述輸出功率P ; 進一步確定n* > n*max是否成立； 如果成立,那么限制泵速度,使得n* = n*max ;且 否則，返回到首先確定，直到所述以燃料為動力的裝置不再處于操作中為止。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于將作為工業(yè)生產(chǎn)過程的副產(chǎn)物以受熱氣體形式而產(chǎn)生的原本會浪費的能量轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)及方法。至少一些廢氣從典型的排出結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向通過熱交換器并且回到排出結(jié)構(gòu)中。流過熱交換器的氣體的量由控制器監(jiān)控及調(diào)節(jié)。熱源液體在壓力下同時循環(huán)通過熱交換器及通過有機郎肯循環(huán)系統(tǒng)。所循環(huán)的熱源液體的量也由控制器監(jiān)控及調(diào)節(jié)。ORC系統(tǒng)將來自熱源液體的熱轉(zhuǎn)換成電。
文檔編號F02C9/00GK102859148SQ201080060256
公開日2013年1月2日 申請日期2010年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月26日
發(fā)明者艾哈邁德·杜爾馬茲, 馬塞洛·安德列斯·拉臘 申請人:東芝三菱電機工業(yè)系統(tǒng)有限公司