專利名稱：用于回收廢熱的復(fù)合閉環(huán)熱循環(huán)系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文中所公開的實(shí)施例大體上涉及用于回收廢熱的熱循環(huán)系統(tǒng)的領(lǐng)域，并且更特定而言，涉及具有用于回收廢熱的布雷頓(Brayton)頂循環(huán)和朗肯(Rankine)底循環(huán)的復(fù)合閉環(huán)熱循環(huán)系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
大量廢熱通過各種工業(yè)和商業(yè)過程和操作產(chǎn)生。示例性廢熱源包括來自空間加熱組件、蒸汽鍋爐、發(fā)動機(jī)和冷卻系統(tǒng)的熱量。用語“廢熱”包括由傳統(tǒng)上未被開發(fā)作為能量源的基本過程放出的任何余熱供給。一些發(fā)電系統(tǒng)利用替代燃料(例如生物氣或填埋氣)提供更好的可靠性和脫網(wǎng)操作，示例為燃?xì)鉁u輪和內(nèi)燃機(jī)，例如小型渦輪和往復(fù)式發(fā)動機(jī)。內(nèi)燃機(jī)可用于使用諸如汽油、天然氣、生物氣、植物油和柴油這樣的燃料來發(fā)電。然而，可能放出諸如氮氧化物和顆粒物這樣的大氣污染物。一種用以從內(nèi)燃機(jī)的廢熱發(fā)電而不增加排放物的方法是應(yīng)用蒸汽朗肯底循環(huán)。朗肯循環(huán)通常包括渦輪發(fā)電機(jī)、蒸發(fā)器/鍋爐、冷凝器以及液體泵。然而，基于水的蒸汽朗肯循環(huán)由于成本高和效率低在上述低溫廢熱區(qū)域沒有吸引力。有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)的性能受到流通于ORC內(nèi)的工作流體的約束的限制。用作工作流體的蒸汽可能只對于特定范圍的循環(huán)溫度和壓力而言是最佳的。這種傳統(tǒng)的蒸汽朗肯底循環(huán)需要在相對低的壓力下冷凝，這意味著大的低壓渦輪和冷凝器體積。因此，傳統(tǒng)的蒸汽朗肯底循環(huán)系統(tǒng)的安裝不成比例的笨重，并且考慮到從低溫廢熱所得的相對小的產(chǎn)出，其是復(fù)雜的。蒸汽冷凝的低壓引入其它復(fù)雜度，例如需要特別的除氣單元以移除從外部泄漏到低于大氣壓的容器中的大氣空氣。 需要具有一種簡單的系統(tǒng)和方法，其有效地回收廢熱并且不受流通于朗肯循環(huán)系統(tǒng)中的蒸汽工作流體的約束的限制。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，公開了一種廢熱回收系統(tǒng)。該廢熱回收系統(tǒng)包括具有加熱器的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)，該加熱器配置為用以使二氧化碳蒸氣與熱流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱二氧化碳蒸氣。朗肯循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)接至布雷頓循環(huán)系統(tǒng)并配置為用以使工作流體與二氧化碳蒸氣成熱交換關(guān)系地流通以便加熱該工作流體。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，公開了一種操作廢熱回收系統(tǒng)的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，公開了一種廢熱回收系統(tǒng)。該廢熱回收系統(tǒng)包括具有加熱器的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)，該加熱器配置為用以使二氧化碳蒸氣與來自熱源的熱流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱二氧化碳蒸氣。朗肯循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)接至布雷頓循環(huán)系統(tǒng)并配置為用以使工作流體與二氧化碳蒸氣和熱流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱工作流體。


當(dāng)參考附圖來閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在所有附圖中類似的標(biāo)號表示類似的部件，其中
圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的具有布雷頓循環(huán)系統(tǒng)和朗肯循環(huán)系統(tǒng)的廢熱回收系統(tǒng)的圖解展示。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例顯示操作廢熱回收系統(tǒng)的方法所涉及的示例性步驟的流程圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)不例性實(shí)施例的具有布雷頓循環(huán)系統(tǒng)和朗肯循環(huán)系統(tǒng)的廢熱回收系統(tǒng)的圖解展示。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本文中所論述的實(shí)施例，公開了一種廢熱回收系統(tǒng)。該示例性系統(tǒng)包括具有 加熱器的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)(頂循環(huán))，該加熱器配置為用以使二氧化碳蒸氣與熱流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱二氧化碳蒸氣。朗肯循環(huán)系統(tǒng)(底循環(huán))聯(lián)接至布雷頓循環(huán)系統(tǒng)，并配置為用以使工作流體與二氧化碳蒸氣成熱交換關(guān)系地流通以便加熱該工作流體。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，該示例性廢熱回收系統(tǒng)與熱源集成以允許效率更高的廢熱回收以用于發(fā)電。熱源可包括內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)鉁u輪、地?zé)?、太陽熱能、工業(yè)和住宅熱源，等等。參照圖I，顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的廢熱回收系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括布雷頓循環(huán)系統(tǒng)(頂循環(huán))12，布雷頓循環(huán)系統(tǒng)(頂循環(huán))12聯(lián)接至朗肯循環(huán)系統(tǒng)(底循環(huán))14。在所示的實(shí)施例中，布雷頓循環(huán)系統(tǒng)12包括加熱器16、第一渦輪18、冷卻器20和壓縮機(jī)22。二氧化碳蒸氣通過布雷頓循環(huán)系統(tǒng)12流通。加熱器16聯(lián)接至熱源24，例如發(fā)熱系統(tǒng)(例如發(fā)動機(jī))的排氣單元。加熱器16從熱的流體(例如從熱源產(chǎn)生的廢氣)接收熱量并且加熱二氧化碳以便加熱二氧化碳蒸氣。在一個(gè)特定實(shí)施例中，來自加熱器16的二氧化碳蒸氣可處于大約490攝氏度的溫度并且處于大約200巴的壓力。使二氧化碳蒸氣行進(jìn)通過第一渦輪18以便使二氧化碳蒸氣膨脹并驅(qū)動配置為用以產(chǎn)生電力的第一發(fā)電機(jī)26。在一個(gè)特定實(shí)施例中，來自第一渦輪18的二氧化碳蒸氣可處于大約320攝氏度的溫度并且處于大約40巴的壓力。在所示的實(shí)施例中，使用二氧化碳作為工作流體具有不易燃、無腐蝕、無毒性并能經(jīng)受高循環(huán)溫度(例如超過400攝氏度的溫度)的優(yōu)點(diǎn)。在如上所述的一個(gè)實(shí)施例中，可將二氧化碳超臨界地加熱到高溫而不會有化學(xué)分解的風(fēng)險(xiǎn)。在該不例性實(shí)施例中，朗肯循環(huán)系統(tǒng)14包括第一換熱器28、第二換熱器30、第三換熱器32和第四換熱器34。工作流體(例如烴流體)通過朗肯循環(huán)系統(tǒng)14流通。在一個(gè)更特定的實(shí)施例中，工作流體可包括一種有機(jī)工作流體。該有機(jī)工作流體可包括丙烷、丁烷、五氟丙烷、五氟丁烷、五氟聚醚、油或其組合。這里應(yīng)當(dāng)指出，有機(jī)工作流體的該列表不是包括性的并且可設(shè)想具有適用于有機(jī)朗肯循環(huán)的其它有機(jī)工作流體。來自第一渦輪18的二氧化碳蒸氣順序地經(jīng)由第一換熱器28、第二換熱器30和第三換熱器32與汽化工作流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱該工作流體。在一個(gè)特定實(shí)施例中，第三換熱器32的出口處的二氧化碳蒸氣處于85攝氏度的溫度并且處于40巴的壓力。來自第三換熱器32的二氧化碳被進(jìn)給通過冷卻器20以使二氧化碳蒸氣冷卻。然后通過壓縮機(jī)22將冷卻的二氧化碳蒸氣壓縮至顯著更高的壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，來自壓縮機(jī)22的二氧化碳蒸氣處于大約210攝氏度的溫度并且處于大約200巴的壓力。在一個(gè)實(shí)施例中，壓縮機(jī)22可為多級壓縮機(jī)，其帶有布置在該多級壓縮機(jī)的每個(gè)級之間的中間冷卻器。來自壓縮機(jī)22的壓縮二氧化碳蒸氣經(jīng)由第四換熱器34與工作流體成熱交換關(guān)系地流通，從而加熱汽化工作流體，充分降低二氧化碳蒸氣的溫度，在低至例如120攝氏度的溫度下從廢熱源24吸收熱。這有助于最大化從廢熱源24的熱量提取。在一個(gè)特定實(shí)施例中，來自第四換熱器34的汽化工作流體可處于大約170攝氏度的溫度并且處于大約60巴的壓力。換而言之，汽化工作流體處于超臨界狀態(tài)。該循環(huán)在布雷頓循環(huán)系統(tǒng)12中重復(fù)進(jìn)行。然后將來自第四換熱器34的汽化工作流體進(jìn)給通過與二氧化碳蒸氣處于熱交換關(guān)系的第一換熱器28以便進(jìn)一步加熱汽化工作流體。在一個(gè)特定實(shí)施例中，第一換熱器28的出口處的汽化工作流體處于大約205攝氏度的溫度并且處于大約60巴的壓力。朗肯循環(huán)系統(tǒng)14還包括第二渦輪36、冷凝器38、泵40、分流裝置42。使汽化工作流體行進(jìn)通過第二渦輪36以便使該汽化工作流體膨脹并驅(qū)動配置為用以產(chǎn)生電力的第二發(fā)電機(jī)44。在一個(gè)特定實(shí)施例中，來自第二渦輪的工作流體處于大約105攝氏度的溫度并且處于大約5巴的壓力。第二渦輪36可為軸式膨脹器、沖擊式膨脹器，或者高溫螺紋式膨脹器、徑向入流渦輪式的膨脹器。換而言之，汽化工作流體處于亞臨界狀態(tài)。使來自第二渦輪36的膨脹的汽化工作流體進(jìn)給通過與二氧化碳蒸氣處于熱交換關(guān)系的第三換熱器32。在一個(gè)實(shí)施例中，來自第三換熱器32的汽化工作流體處于大約65攝氏度的溫度并且處于大約5巴的壓力。在汽化工作流體行進(jìn)通過第二渦輪36之后，使其行進(jìn)通過第三換熱器32到冷凝器38。該汽化工作流體冷凝成液體，從而產(chǎn)生冷凝的工作流體。在一個(gè)特定實(shí)施例中，冷凝工作流體處于大約50攝氏度的溫度并且處于大約5巴的壓力。然后使用泵40將冷凝工作流體在相對較高的壓力下泵送通過第三換熱器32至分流裝置42。對工作流體加壓和再熱導(dǎo)致從液體狀態(tài)到汽化狀態(tài)的逐步相變。在一個(gè)特定實(shí)施例中，第三換熱器的出口處的工作流體處于大約100攝氏度的溫度并且處于大約60巴的壓力。在所示的實(shí)施例中，分流裝置42將來自第三換熱器32的工作流體的流分為兩個(gè)部分。分流裝置42配置為用以將來自第三換熱器32的汽化工作流體的一部分進(jìn)給至第四換熱器34，并且將來自第三換熱器32的汽化工作流體的另一部分進(jìn)給至第一換熱器28上游的點(diǎn)46。來自第三換熱器32的汽化工作流體的其它部分與從第四換熱器34進(jìn)給至第一換熱器28的汽化工作流體混合。該循環(huán)在朗肯循環(huán)系統(tǒng)14中重復(fù)進(jìn)行。在所示的實(shí)施例中，在二氧化碳蒸氣與汽化工作流體之間存在多個(gè)熱交換情形 (也可稱為熱量的“內(nèi)循環(huán)(intra-cycle) ”傳遞)。二氧化碳蒸氣與汽化工作流體之間的這種熱交換經(jīng)由換熱器28、30、32和34。這種熱交換用于使朗肯循環(huán)系統(tǒng)14中的工作流體沸騰(如果該工作流體處于亞臨界溫度)或者以其它方式增加工作流體的焓(如果該工作流體處于超臨界溫度)。根據(jù)本文中所論述的實(shí)施例，在布雷頓循環(huán)系統(tǒng)12中，二氧化碳被廢熱源直接加熱(不通過中間流體傳熱)。使二氧化碳蒸氣膨脹以生產(chǎn)電力。通過一系列換熱器28、30、32和34使來自二氧化碳蒸氣的熱量轉(zhuǎn)移至流通于朗肯循環(huán)系統(tǒng)14中的烴流體。二氧化碳在汽化狀態(tài)下流通于布雷頓循環(huán)系統(tǒng)12中，當(dāng)在朗肯循環(huán)系統(tǒng)14中時(shí)；烴流體在再加壓和加熱之前冷卻和冷凝為液相。
如上面所論述的那樣，在布雷頓循環(huán)系統(tǒng)12中使用二氧化碳作為工作流體中具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，二氧化碳即使在顯著較高的溫度(例如在300-600攝氏度的范圍內(nèi))下也將保持惰性。此外，二氧化碳在較高的溫度并不經(jīng)受明顯的化學(xué)分解，有助于獲得更高的系統(tǒng)效率。示例性系統(tǒng)10在顯著較高的壓力(例如70-200巴)下操作。因此，該系統(tǒng)10是緊湊和簡單的。循環(huán)流體保持純凈并且不需要蒸汽設(shè)施的除氣單元。組合利用二氧化碳作為工藝流體操作的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)以及朗肯循環(huán)系統(tǒng)從高溫?zé)嵩从行У靥崛崃?，并且同時(shí)將剩余的低溫?zé)崃扛咝У剞D(zhuǎn)換成電能。參照圖2，公開了顯示在操作廢熱回收系統(tǒng)10的方法中所涉及的示例性步驟的流程圖。該方法涉及，如步驟48所展示的那樣，經(jīng)由布雷頓循環(huán)系統(tǒng)12的加熱器16使二氧化碳蒸氣與熱流體成熱交換關(guān)系地流通。加熱器16從熱流體(例如從熱源產(chǎn)生的廢氣)接收熱量并且加熱二氧化碳以便加熱二氧化碳蒸氣。如步驟50所展示的那樣，使二氧化碳蒸氣行進(jìn)通過第一渦輪18以便使二氧化碳蒸氣膨脹。換而言之，使二氧化碳蒸氣行進(jìn)通過第一渦輪18以便使二氧化碳蒸氣膨脹并且驅(qū)動配置為用以產(chǎn)生電力的第一發(fā)電機(jī)26。 如步驟52所展示的那樣，來自第一渦輪18的二氧化碳蒸氣順序地經(jīng)由朗肯循環(huán)系統(tǒng)14的第一換熱器28、第二換熱器30和第三換熱器32與汽化工作流體成熱交換關(guān)系地流通以加熱工作流體。如步驟54所展示的那樣，使來自第三換熱器32的二氧化碳進(jìn)給通過冷卻器20以便冷卻二氧化碳蒸氣。如步驟56所展示的那樣，然后經(jīng)由壓縮機(jī)22將冷卻的二氧化碳蒸氣壓縮至顯著更高的壓力。如步驟58所展示的那樣，然后經(jīng)由第四換熱器34使來自壓縮機(jī)22的壓縮二氧化碳蒸氣與汽化工作流體成熱交換關(guān)系地流通，從而加熱該汽化工作流體。該循環(huán)在布雷頓循環(huán)系統(tǒng)12中重復(fù)。然后將來自第四換熱器34的汽化工作流體進(jìn)給通過與二氧化碳蒸氣處于熱交換關(guān)系的第一換熱器28以便進(jìn)一步加熱該汽化工作流體。如步驟60所展示的那樣，使汽化工作流體行進(jìn)通過朗肯循環(huán)系統(tǒng)14的第二渦輪36以便使該汽化工作流體膨脹并且驅(qū)動配置為用以產(chǎn)生電力的第二發(fā)電機(jī)44。使來自第二渦輪36的膨脹的汽化工作流體進(jìn)給通過與二氧化碳蒸氣處于熱交換關(guān)系的第三換熱器32。如步驟62所展示的那樣，在汽化工作流體行進(jìn)通過第二渦輪36之后，使其行進(jìn)通過第三換熱器32到冷凝器38。使該汽化工作流體冷凝成液體，以便產(chǎn)生冷凝的工作流體。如步驟64所展示的那樣，然后使用泵40將冷凝的工作流體在相對較高的壓力下泵送通過第三換熱器32至分流裝置42。工作流體的加壓和再熱導(dǎo)致從液體狀態(tài)到汽化狀態(tài)的逐步相變。在所示的實(shí)施例中，分流裝置42將來自第三換熱器32的工作流體的流分為兩個(gè)部分。該方法包括將來自第三換熱器32的汽化工作流體的一部分進(jìn)給至第四換熱器34，如步驟66所展示的那樣。該方法還包括將來自第三換熱器32的汽化工作流體的另一部分進(jìn)給至第一換熱器28上游的點(diǎn)46，如步驟68所展示的那樣。來自第三換熱器32的汽化工作流體的其它部分與從第四換熱器34進(jìn)給至第一換熱器28的汽化工作流體混合，如步驟70所展示的那樣。該循環(huán)在朗肯循環(huán)系統(tǒng)14中重復(fù)。參照圖3，顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的廢熱回收系統(tǒng)72。系統(tǒng)72包括聯(lián)接至朗肯循環(huán)系統(tǒng)(底循環(huán))76的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)(頂循環(huán))74。在所示的實(shí)施例中，布雷頓循環(huán)系統(tǒng)74包括加熱器77、渦輪78、冷卻器80、第一壓縮機(jī)級82、第二壓縮機(jī)級84以及布置在第一壓縮機(jī)級82與第二壓縮機(jī)級84之間的中間冷卻器86。二氧化碳蒸氣流通通過布雷頓循環(huán)系統(tǒng)74。加熱器77聯(lián)接至熱源88，例如發(fā)熱系統(tǒng)(例如發(fā)動機(jī))的排氣單元。加熱器77從熱的流體(例如從熱源產(chǎn)生的廢氣)接收熱量并且加熱二氧化碳以便加熱二氧化碳蒸氣。使二氧化碳蒸氣行進(jìn)通過渦輪78以便使二氧化碳蒸氣膨脹并驅(qū)動配置為用以產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)90。在所示的實(shí)施例中，朗肯循環(huán)系統(tǒng)76包括多個(gè)換熱器92、94、96。工作流體(例如烴流體)通過朗肯循環(huán)系統(tǒng)76流通。來自渦輪78的二氧化碳蒸氣順序地經(jīng)由換熱器92、94、96與汽化工作流體成熱交換關(guān)系地流通以加熱該汽化工作流體。來自換熱器96的二氧化碳被進(jìn)給通過冷卻器80以使二氧化碳蒸氣冷卻。然后經(jīng)由第一壓縮機(jī)級82和第二壓縮機(jī)級84將冷卻的二氧化碳蒸氣壓縮至顯著更高的壓力。來自第一壓縮機(jī)級82的二氧化碳蒸氣通過中間冷卻器86冷卻并被然后進(jìn)給至第二壓縮機(jī)級84。 來自第二壓縮機(jī)級84的壓縮二氧化碳蒸氣經(jīng)由加熱器77與來自熱源88的熱流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱該二氧化碳蒸氣?？赏ㄟ^冷卻(通過汽化工作流體或周圍空氣)移除由每個(gè)壓縮階段在二氧化碳蒸氣流上所施加的熱量，以便減少驅(qū)動壓縮機(jī)所需的能量投入。該循環(huán)在布雷頓循環(huán)系統(tǒng)12中重復(fù)。在所示的實(shí)施例中，來自朗肯循環(huán)系統(tǒng)76的汽化工作流體還經(jīng)由加熱器77與來自熱源88的熱流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱該汽化工作流體。換而言之,經(jīng)由加熱器77使來自熱源88的熱量被用來加熱二氧化碳蒸氣和汽化工作流體。為了更具體起見，來自熱源88的熱量首先被用來加熱二氧化碳蒸氣，并且然后加熱汽化工作流體。朗肯循環(huán)系統(tǒng)76還包括渦輪98、冷凝器100、泵102以及分流裝置104。使汽化工作流體行進(jìn)通過渦輪98以便使該汽化工作流體膨脹并驅(qū)動配置為用以產(chǎn)生電力的發(fā)電機(jī)106。來自渦輪98的膨脹的汽化工作流體被進(jìn)給通過換熱器96，換熱器96與從泵102返回的冷凝工作流體的流處于熱交換關(guān)系。汽化工作流體行進(jìn)通過渦輪98之后，使其行進(jìn)通過換熱器96到冷凝器100。該汽化工作流體冷凝成液體，從而產(chǎn)生冷凝的工作流體。然后使用泵102將冷凝的工作流體在相對較高的壓力下泵送通過第三換熱器96至分流裝置104。來自泵102的加壓的液態(tài)工作流體在換熱器96內(nèi)被加熱，首先由從渦輪98進(jìn)入換熱器96的膨脹的工作流體蒸汽流加熱，并且然后由也行進(jìn)通過換熱器96的二氧化碳蒸氣流加熱。對工作流體的加壓和再熱導(dǎo)致從液體狀態(tài)到汽化狀態(tài)的逐步相變。在所示的實(shí)施例中，分流裝置104將來自第三換熱器96的工作流體的流分為兩個(gè)部分。分流裝置104配置為用以將來自第三換熱器96的汽化工作流體的一部分進(jìn)給至加熱器77，并且來自換熱器96的汽化工作流體的另一部分被進(jìn)給通過換熱器94，其被供給至換熱器92上游的點(diǎn)108。該工作流體進(jìn)一步被二氧化碳蒸氣流加熱。來自換熱器96的汽化工作流體的后者部分在點(diǎn)108處與從加熱器77進(jìn)給至換熱器92的汽化工作流體混合。該循環(huán)在朗肯循環(huán)系統(tǒng)76中重復(fù)。雖然本文中已經(jīng)顯示和描述了本發(fā)明的僅僅某些特征，但是，對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言可想到許多變型和修改。因此，應(yīng)當(dāng)理解，所附權(quán)利要求意圖覆蓋所有這些落在本發(fā)明的真正精神內(nèi)的變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種廢熱回收系統(tǒng)，包括 布雷頓循環(huán)系統(tǒng)，所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括加熱器，所述加熱器配置為用以使ニ氧化碳蒸氣與熱流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱ニ氧化碳蒸氣；以及 朗肯循環(huán)系統(tǒng)，所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)接至所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)并配置為用以使工作流體與所述ニ氧化碳蒸氣成熱交換關(guān)系地流通以便加熱所述工作流體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在干，所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括第一渦輪，所述第一渦輪聯(lián)接至所述加熱器并配置為用以使所述ニ氧化碳蒸氣膨脹。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在干，所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括第一加熱器，所述第一加熱器聯(lián)接至所述第一渦輪并配置為用以產(chǎn)生功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括第一換熱器、第ニ換熱器和第三換熱器，其中，來自所述第一渦輪的ニ氧化碳蒸氣順序地經(jīng)由所述第一換熱器、所述第二換熱器和所述第三換熱器與所述汽化工作流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱所述工作流體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括冷卻器，所述冷卻器配置為用以冷卻進(jìn)給通過所述第一換熱器、所述第二換熱器和所述第三換熱器的ニ氧化碳蒸氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在干，所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)配置為用以壓縮進(jìn)給通過所述冷卻器的ニ氧化碳蒸氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在干，所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括第四換熱器，所述第四換熱器配置為用以使所述汽化工作流體與從所述壓縮機(jī)進(jìn)給的ニ氧化碳蒸氣成熱交換關(guān)系地流通以便加熱所述工作流體。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在干，所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括第二渦輪，所述第二渦輪配置為用以使經(jīng)由所述第一換熱器從所述第四換熱器進(jìn)給的汽化工作流體膨脹。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在干，所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括第二發(fā)電機(jī)，所述第二發(fā)電機(jī)聯(lián)接至所述第二渦輪并配置為用以發(fā)電。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括冷凝器，所述冷凝器配置為用以使經(jīng)由所述第三換熱器從所述第二渦輪進(jìn)給的汽化工作流體冷凝。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括泵，所述泵配置為用以將來自所述冷凝器的冷凝工作流體加壓并且進(jìn)給至所述第三換熱器以便使所述冷凝工作流體汽化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括分流裝置，所述分流裝置配置為用以將來自所述第三換熱器的汽化工作流體的一部分進(jìn)給至所述第四換熱器，并且將來自所述第三換熱器的汽化工作流體的另一部分進(jìn)給至所述第一換熱器上游的點(diǎn)；其中，來自所述第三換熱器的汽化工作流體的其它部分與從所述第四換熱器進(jìn)給至所述第一換熱器的汽化工作流體混合。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述工作流體包括烴。
14.ー種方法,包括 使ニ氧化碳蒸氣與熱流體成熱交換關(guān)系地流通以便經(jīng)由布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的加熱器加熱所述ニ氧化碳蒸氣；以及使汽化工作流體與所述ニ氧化碳蒸氣成熱交換關(guān)系地流通以便經(jīng)由聯(lián)接至所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的朗肯循環(huán)系統(tǒng)加熱所述汽化工作流體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括使所述ニ氧化碳蒸氣經(jīng)由第一渦輪膨脹，所述第一渦輪聯(lián)接至所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的加熱器。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括經(jīng)由第一發(fā)電機(jī)發(fā)電，所述第一發(fā)電機(jī)聯(lián)接至所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的第一渦輪。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括使來自所述第一渦輪的ニ氧化碳蒸氣順序地經(jīng)由第一換熱器、第二換熱器和第三換熱器與所述汽化工作流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱所述汽化工作流體。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法還包括經(jīng)由所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的冷卻器使進(jìn)給通過所述第一換熱器、所述第二換熱器和所述第三換熱器的ニ氧化碳蒸氣冷卻。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法還包括經(jīng)由所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)的壓縮機(jī)壓縮進(jìn)給通過所述冷卻器的ニ氧化碳蒸氣。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法還包括使所述汽化工作流體與從所述壓縮機(jī)進(jìn)給的ニ氧化碳蒸氣成熱交換關(guān)系地流通，以便經(jīng)由所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)的第四換熱器加熱所述汽化工作流體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法還包括經(jīng)由所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)的第二渦輪使進(jìn)給通過所述第四換熱器、所述第一換熱器的汽化工作流體膨脹。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法還包括經(jīng)由第二發(fā)電機(jī)發(fā)電，所述第二發(fā)電機(jī)聯(lián)接至所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)的第二渦輪。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法還包括經(jīng)由所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)的冷凝器使進(jìn)給通過所述第二換熱器、所述第三換熱器的汽化工作流體冷凝。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法還包括經(jīng)由所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)的泵將來自所述冷凝器的冷凝工作流體加壓并且進(jìn)給至所述第三換熱器。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法還包括經(jīng)由所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)的分流裝置將來自所述第三換熱器的汽化工作流體的一部分進(jìn)給至所述第四換熱器并且將來自所述第三換熱器的汽化工作流體的另一部分進(jìn)給至所述第一換熱器上游的點(diǎn)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法還包括使來自所述第三換熱器的汽化工作流體的其它部分與從所述第四換熱器進(jìn)給至所述第一換熱器的汽化工作流體混合。
27.一種廢熱回收系統(tǒng)，包括 布雷頓循環(huán)系統(tǒng)，所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括加熱器，所述加熱器配置為用以使ニ氧化碳蒸氣與來自熱源的熱流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱ニ氧化碳蒸氣；以及 朗肯循環(huán)系統(tǒng)，所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)接至所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)并配置為用以使工作流體與所述ニ氧化碳蒸氣和所述熱流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱所述工作流體。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括渦輪，所述渦輪聯(lián)接至所述加熱器并配置為用以使所述ニ氧化碳蒸氣膨脹。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，其特征在干，所述朗肯循環(huán)系統(tǒng)包括多個(gè)換熱器，其中，來自所述渦輪的ニ氧化碳蒸氣順序地經(jīng)由所述多個(gè)換熱器與所述汽化工作流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱所述汽化工作流體。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括冷卻器，所述冷卻器配置為用以冷卻進(jìn)給通過所述多個(gè)換熱器的ニ氧化碳蒸氣。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的系統(tǒng)，其特征在干，所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括多級壓縮機(jī)，所述多級壓縮機(jī)配置為用以壓縮進(jìn)給通過所述冷卻器的ニ氧化碳蒸氣。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述布雷頓循環(huán)系統(tǒng)包括中間冷卻器，所述中間冷卻器布置在第一壓縮機(jī)級與第二壓縮機(jī)級之間并配置為用以冷卻從所述第一壓縮機(jī)級進(jìn)給至所述第二壓縮機(jī)級的ニ氧化碳蒸氣。
33.根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱器還配置為用以使所述熱流體與所述汽化工作流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱所述工作流體。
全文摘要
一種廢熱回收系統(tǒng)包括具有加熱器(46)的布雷頓循環(huán)系統(tǒng)，該加熱器(46)配置為用以使二氧化碳蒸氣與熱流體成熱交換關(guān)系地流通以便加熱二氧化碳蒸氣。朗肯循環(huán)系統(tǒng)聯(lián)接至布雷頓循環(huán)系統(tǒng)并配置為用以使工作流體與二氧化碳蒸氣成熱交換關(guān)系地流通以便加熱該工作流體。
文檔編號F02C6/18GK102695860SQ201080061552
公開日2012年9月26日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者M.A.勒哈 申請人:通用電氣公司