[发明专利]使用一种三组分工作流体的热动力发电系统

说明书

本发明涉及热动力发电循环，更为具体地说，是一种使用包括水、氨和二氧化碳的工作流体的热动力发电系统。

最通用的从一种热源产生有用能量的热动力发电循环是兰金循环。在兰金循环中，一种如水、氨或氟利昂的工作流体使用一种可利用的热源在一个蒸发器内进行蒸发。蒸发出的气态工作流体然后通过一种涡轮机予以膨胀以释放出能量。使用过的气态工作流体于是使用一种可利用的冷却介质予以冷凝，而冷凝工作流体的压力由泵来增加。压缩的工作流体于是被蒸发使操作继续进行。

图1和2中显示的热动力发电系统分别使用水蒸汽和氨/水工作流体。在图1中，热动力发电设备包括一个进口10，其中过热蒸汽被施加到一系列热交换器12,14和16中。空气通过出口18从热交换器16中排出。流在进口10和相应的热交换器之间的空气流被标以A,B,C和D。在图1的系统中的工作流体是水/蒸汽，其中的水最初由泵20加压然后作为流E被施加到热交换器16中，在那里它被加热到接近其初沸点的温度。从热交换器16通过流F排出的热水被施加到热交换器14中，在那里变成蒸汽，然后从那里通过流G被送至热交换器12中，在这里它以过热蒸汽(流H)出现。过热蒸汽被送至膨胀器/涡轮机22，在其中产生发电操作。从膨胀器涡轮机22排出的水/蒸汽混合物被送至冷凝器24，循环又重新进行。

在图1所示的实例中，在进口10处的气体的温度是426.7℃。从热交换器12进气中获得的热将流G中的饱和蒸汽过度加热以产生流H的过热蒸汽。涡轮机22产生2004马力的轴功，这轴功可以转换成电力或用来驱动一个压缩机或其它机械装置。如上所述的部分冷凝蒸汽在冷凝器24中被完全冷凝，而泵20将液体水的压力在其进入热交换器16之前从1磅/平方英寸绝对压力(psia)加高至600psia。从热交换器16排出的空气温度是190℃。这个温度受到热交换器14内扭点温度的限制。该温度是从热交换器14排出的空气温度(263.3℃)和进入热交换器14的饱和水的温度(251.1℃)之间的温差，也就是温差12.2℃。这个温度是水压和气体及水流速的函数。下表1显示出对图1所示条件分析研究的计算结果。                             表1

流    A    B    C    D    E    F    G    H    I    J摩尔流量(1bmol/h)5000 5000 5000 5000 650 650 650 650 650 650质量流量(1h/h)144289 144289144289 144289 11709 11709 11709 11709 11709 11709温度(℃)426.7 393.3 262.8 190 40 251.1 250.5 410 38.9 38.9压力(psia)15 14.9 14.89 14.88 600 590 580 578 1.0 1.0