[发明专利]从可变温度热源产生动力的方法、设备和热力循环

说明书

本发明涉及由可变温度热源产生动力的级联方法，包括：根据超临界有机朗肯循环，使选自全氟化合物(如全氟‑2‑甲基戊烷/全氟正己烷)的主工作流体在主回路(2)中循环，在锅炉(4)中将可变温度热源(9)与主回路(2)的主工作流体操作地联接，以加热和蒸发主工作流体；根据辅助朗肯循环使辅助工作流体在辅助回路(3)中循环；将主朗肯循环的膨胀的主工作流体与辅助朗肯循环的辅助工作流体级联地热联接，以便冷却主工作流体，并且在辅助工作流体在辅助膨胀器(12)中膨胀之前，通过从主朗肯循环到辅助朗肯循环的热传递来加热和蒸发辅助工作流体。

技术领域

本发明涉及用于从可变温度热源产生机械动力和/或电力的方法、设备和级联热力循环。这种类型的方法/设备/循环利用可变温度热源来加热一种或多种工作流体，该热源将热量传递给工作流体，工作流体进行动力传递并在一个或多个膨胀器中膨胀。作为非限制性示例，这些可变温度热源可以是：燃气轮机的烟气、吸热发动机的烟气和热量、带有集油器或盐(液体载液，非蒸气)的太阳能集热器的CSP应用、压缩机的交互制冷热、中冷器冷却热、吸热发动机的机油和夹套、工业废热(钢厂、水泥厂、玻璃厂、石化过程热等)、生物质和废料的燃烧烟气等。

背景技术

公开文献US7942001示出了利用级联的有机朗肯循环从内燃发动机(例如微型涡轮或往复式发动机)的废热产生动力的系统。组合一对ORC系统，并选择它们各自的有机流体，以使第一有机朗肯循环的有机流体(甲苯)在明显高于第二有机朗肯循环的有机流体(R245fa)的沸点的冷凝温度下冷凝。单个热交换器用作第一朗肯有机循环的冷凝器和第二有机朗肯循环的蒸发器。

公开文献US8869531示出了用于从废热中回收能量的级联系统和方法。该系统包括：交换器，其与废热源联接以加热工作流体(CO₂、丙烷、氨)的第一流；第一膨胀装置，其从交换器接收第一流以使其膨胀并使轴转动；第一换热器，其联接到第一膨胀装置以从第一膨胀装置接收第一流并将热量从第一流传递到工作流体的第二流；第二膨胀装置，其从第一换热器接收第二流；以及第二换热器，其流体地联接到第二膨胀装置，以从第二膨胀装置接收第二流并将热量从第二流传递到第一流和第二流的组合流。

公开文献US6857268是一种级联的闭环循环，用于从热能源中回收动力，该热能源的温度足够高以蒸发诸如丙烷或丙烯之类的轻质烃。轻质烃在多个间接交换器中蒸发，在多个级联涡轮中膨胀，并在冷却系统中冷凝。然后用泵对轻质烃加压，并且轻质烃返回至间接热交换器。

公开文献EP2607635示出了级联的有机朗肯循环，其设置有通过冷凝器/蒸发器与顶部循环热连通的顶部循环和底部循环，在该冷凝器/蒸发器中，底部循环的工作流体(R245fa)随后被蒸发然后被加热，顶部循环的工作流体(硅氧烷MM)首先被冷却，然后冷凝。以此方式，在冷凝期间从顶部循环的工作流体传递的总热量的百分比等于或低于在蒸发期间传递到底部循环的总热量的百分比。

发明内容

定义

术语“高温下”是指可变温度热源的最高温度在300至600℃之间。

涉及工作流体的术语“稳定且不可燃”是指流体是稳定的，即其确实具有明显的动力学反应，并且在工作温度下的操作条件下不可燃，即其自燃温度高于其从中接收热量的可变温度热源的最高温度。

流体的术语“降低的温度”是指以开氏度为单位的流体温度与以开氏度为单位的所述流体的临界温度之间的比率。

术语“降低的压力”是指流体的压力与所述流体的临界压力之间的比率。

概述

在本文中，申请人已经意识到需要提高用于从可变温度热源产生机械动力和/或电力的方法/设备/循环的效率，以便例如对于相同的可用源产生更多的动力。

申请人特别地意识到需要提出一种甚至更有效的循环，该循环能够更好地利用可变温度热源中所包含的废热，例如上述的热源。