專利名稱：包括冷凝水回收設(shè)備的功率設(shè)施的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷凝水回收設(shè)備，特別地，但并非排他地，用于包括一個或多個熱機的功率設(shè)施，在操作中需要向熱機供應(yīng)空氣用于燃燒和/或通風(fēng)目的。另外，本發(fā)明涉及一種用于改進上文所提到的類型的功率設(shè)施中的總效率的方法。
背景技術(shù)：
用于產(chǎn)生電能或機械能的功率設(shè)施可包括熱機，例如，內(nèi)燃機或外燃機，如燃氣渦輪發(fā)動機或往復(fù)式發(fā)動機或其它機器。上文所提到類型的功率設(shè)施通常包括空氣入口和空氣通風(fēng)回路，空氣入口用于向功率設(shè)施的熱機內(nèi)提供可燃空氣，空氣通風(fēng)回路用于在同一熱機的外表面上提供冷卻空氣。這樣的功率設(shè)施常常需要在熱環(huán)境或熱的季節(jié)中運行，且特別地，可能要求它們在每天或在具體季節(jié)(例如夏季)最熱的時候提供峰值功率。當功率設(shè)施包括燃氣渦輪時，不利地是，隨著到功率設(shè)施的入口空氣溫度升高，渦輪能生成的電力降低。這導(dǎo)致了需要入口致冷系統(tǒng)，其包括安裝于功率設(shè)施的空氣入口處，特別是在空氣過濾設(shè)備內(nèi)的一個或多個熱交換器。傳統(tǒng)上，存在可用于冷卻這樣的熱交換器的三個選項:機械或蒸發(fā)或吸收。機械冷卻使用機械壓縮來降低入口空氣溫度以優(yōu)化熱機的輸出。蒸發(fā)冷卻向渦輪入口空氣流內(nèi)噴水，其中，水蒸發(fā)，從而冷卻空氣。吸收冷卻使用通常從熱機的廢氣提取的熱源，來提供驅(qū)動冷卻過程所需的能量。在所有上述情況下，冷卻過程在熱交換器下游產(chǎn)生冷凝水。這樣的水通常被認為是工業(yè)廢物且因此排放到廢液處理廠中。備選地，由冷卻過程所產(chǎn)生的水被回收且再循環(huán)以用于在功率設(shè)施中其它的工業(yè)用途。例如，在包括燃氣渦輪的功率設(shè)施中，從美國專利號5390505已知閉合循環(huán)使用這樣的水，其基本上為軟化水，通過將水注入到燃氣渦輪的燃燒區(qū)內(nèi)，以便實現(xiàn)功率增大、燃料節(jié)省和氧化氮(NOx)減少。上文所提到的解決方案允許提高燃氣渦輪的效率但也表現(xiàn)出了一些不便之處。實際上，在功率設(shè)施中添加用于在燃氣渦輪中引入冷凝水的回路可導(dǎo)致在燃氣渦輪中的熱區(qū)段中的腐蝕損害和熱應(yīng)力增加，且因此造成了維護干預(yù)增加，這意味著使功率設(shè)施停運。因此，將降低功率設(shè)施的總體可用性和可靠性。在功率設(shè)施的空氣入口處插入水回收設(shè)備通常會導(dǎo)致大量冷凝水產(chǎn)生。在某些情況下，當要求少量冷凝水時，(例如，0.5 - 3 m3/h)，這種解決方案可能不方便且其將需要在功率設(shè)施內(nèi)得到另一冷凝水源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種功率設(shè)施，其包括冷凝水回收設(shè)備，冷凝水回收設(shè)備允許從在功率設(shè)施中流動的潮濕空氣回收水，從而優(yōu)化了總效率且最小化水浪費。根據(jù)第一實施例，本發(fā)明通過提供一種功率設(shè)施而實現(xiàn)這個目的，該功率設(shè)施包括:熱機，用于向所述熱機內(nèi)遞送可燃第一流體的入口管和用于向所述熱機遞送冷卻第二流體的通風(fēng)回路，第一流體和/或第二流體包括在其中的水；其中，功率設(shè)施還包括水回收設(shè)備，水回收設(shè)備與入口管和/或通風(fēng)回路連接用于從第一流體和/或第二流體冷凝并收集水，水回收設(shè)備與至少一個熱交換器相關(guān)聯(lián)，至少一個熱交換器與入口管和/或通風(fēng)回路熱連接用于冷卻所述第一流體和/或所述第二流體至超過(beyond)其露點，水回收設(shè)備還包括連接裝置，其用于將從第一流體和/或第二流體冷凝的水遞送到用水設(shè)備。根據(jù)第一實施例的另一有利特征，用水設(shè)備為開環(huán)型。根據(jù)第一實施例的另一有利特征，用水設(shè)備包括:加熱裝置，其用于從由水回收設(shè)備分離并收集的水產(chǎn)生蒸汽；以及，蒸汽膨脹器，其用于從所述蒸汽產(chǎn)生能量。通過提供用于從第一可燃流體或從第二通風(fēng)流體或從第一流體和第二流體兩者回收水的設(shè)備，本發(fā)明允許根據(jù)功率設(shè)施的需要而方便地生成所要求的回收水流。如果要求了大量回收水，則水回收設(shè)備與入口管連接，且任選地與通風(fēng)回路連接。如果功率設(shè)施需要減少量的回收水，則水回收設(shè)備僅與通風(fēng)回路連接。在后一種情況下，可通過比將入口管連接到水回收設(shè)備所要求的那些更簡單且成本更低的修改來在現(xiàn)有功率設(shè)施中得到所需水量。本發(fā)明允許優(yōu)化包括使用回收水的設(shè)備的功率設(shè)施的總效率，特別是當用水設(shè)備為開環(huán)型時，例如，包括用于產(chǎn)生蒸汽的例如鍋爐的加熱裝置和用于從這樣的蒸汽產(chǎn)生能量的蒸汽膨脹器的設(shè)備。用于向本發(fā)明的水回收設(shè)備的熱交換器傳輸冷卻能力的冷源可為任何類型:機械、蒸發(fā)或吸收。本發(fā)明的另一目的在于發(fā)展一種用于改進包括熱機的功率設(shè)施的效率的方法。根據(jù)第二實施例，本發(fā)明通過提供一種方法來實現(xiàn)此另一目的，該方法包括如下步驟，其使至少一個熱交換器與熱機的入口管和/或熱機的通風(fēng)回路熱連接；操作熱交換器以冷卻在入口管中流動的第一流體和/或在通風(fēng)回路中流動的第二流體，第一流體和/或第二流體包括在其中的水；使所述第一流體和/或所述第二流體至超過其露點以便冷凝在其中的水；從第一流體和/或第二流體收集水，使用冷凝水來改進所述功率設(shè)施的效率。根據(jù)第二實施例的另一有利特征，使用冷凝水的步驟包括將冷凝水遞送到聯(lián)合循環(huán)功率單元和/或遞送到用于產(chǎn)生可飲用水的水處理單元和/或遞送到用于產(chǎn)生蒸汽的加熱裝置。通過第二實施例實現(xiàn)在上文參考本發(fā)明的第一實施例所述的同樣的優(yōu)點。


從結(jié)合附圖的本發(fā)明的實施例的以下描述，本發(fā)明的其它目的特征和優(yōu)點將會變得顯而易見，在附圖中:
圖1為根據(jù)本發(fā)明的功率設(shè)施的總體示意 圖2為圖1的功率設(shè)施的變型的不意 圖3為圖2中的變型的更詳細的示意 圖4為圖1的功率設(shè)施的另一變型的示意 圖5為圖1的功率設(shè)施的另一變型的示意 圖6為根據(jù)本發(fā)明用于改進功率設(shè)施中的效率的方法的流程圖。
具體實施例方式參看圖1至圖5的實施例，功率設(shè)施I包括:熱機2 ;入口管3，其用于向熱機2中遞送可燃的第一流體；以及，通風(fēng)回路4，其用于向熱機2遞送冷卻第二流體，第一流體和/或第二流體包括在其中的水。通常，第一流體和第二流體為潮濕空氣。當熱機2為燃氣渦輪時，在通風(fēng)回路中的第二流體的流率低于在入口管中的第一流體的流率。對于不同類型的熱機2，例如，往復(fù)式燃燒機，在通風(fēng)回路4中的第二流體的流率可大于在入口管3中的第一流體的流率。熱機2可為各種類型，全都需要被供應(yīng)可燃的第一流體和通風(fēng)回路4。例如，在功率設(shè)施I的已知的實施例中，熱機2為往復(fù)式發(fā)動機。在圖3中所示的功率設(shè)施I的實施例中，熱機2為燃氣渦輪發(fā)動機，其包括上游空氣壓縮機2a、下游渦輪2b和在上游空氣壓縮機2a與下游渦輪2b之間的燃燒器2c。在圖1至圖4的實施例中，熱機2包括排氣煙道12且與發(fā)電機13連接。在圖5所示的本發(fā)明的另一實施例中，熱機2為聯(lián)合循環(huán)功率單元，其包括蒸汽渦輪和蒸汽冷凝器2d，蒸汽冷凝器2d至少部分地由在通風(fēng)回路4中的第二流體冷卻。該功率設(shè)施I還包括:水回收設(shè)備10，其與入口管3和通風(fēng)回路4連接用于從第一流體和第二流體冷凝并收集流體，水回收設(shè)備與第一熱交換器30和第二熱交換器40相關(guān)聯(lián)，第一熱交換器30和第二熱交換器40分別與入口管3和通風(fēng)回路4熱連接，用于冷卻第一流體和第二流體至超過其露點。第一熱交換器和/或第二熱交換器例如由空氣盤管構(gòu)成。第一熱交換器30特別地在熱環(huán)境或熱季節(jié)中確保了可燃第一流體被冷卻以便使得由熱機2所生成的功率最大化。此外，被供應(yīng)到熱機2的可燃流體需要被過濾掉雜質(zhì)以避免損壞或過度磨損熱機2的構(gòu)件，特別是旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。為了保證所需的可燃流體質(zhì)量,功率設(shè)施I還在入口管3的吸入側(cè)上包括入口空氣處理系統(tǒng)5,入口空氣處理系統(tǒng)5包括第一熱交換器30和分別在第一熱交換器30的上游和下游的一個或多個過濾模塊6、7，過濾模塊6、7用于移除固體雜質(zhì)和/或其它雜質(zhì)。入口空氣處理系統(tǒng)5可布置為多種配置,這取決于功率設(shè)施I的具體要求。例如,入口空氣處理系統(tǒng)5可包括一個或多個風(fēng)雨罩，用于保護入口空氣處理系統(tǒng)5以避免天氣因素影響。在一些實施例中，入口空氣系統(tǒng)5的上游過濾模塊6包括用于從進入到第一熱交換器30的潮濕空氣分別移除細菌和病毒的HEPA和/或ULPA過濾器。任選地，在通風(fēng)回路4中也可要求過濾。在這樣的情況下(圖1、圖4和圖5)，包括HEPA和/或ULPA過濾器的上游過濾模塊40a設(shè)于熱交換器40的上游。為了將第一熱交換器30和第二熱交換器40致冷，功率設(shè)施I包括冷源31、41，冷源31、41分別連接到第一熱交換器30和第二熱交換器40，用于分別從第一流體和第二流體提取熱。在圖1至圖5的實施例中，冷源31由吸收制冷循環(huán)構(gòu)成，吸收制冷循環(huán)連接到熱回收蒸氣發(fā)生器35，熱回收蒸氣發(fā)生器35具有熱接觸排放煙道12的多個管。熱回收蒸氣發(fā)生器35的管從燃氣渦輪的廢氣提取熱能以用于在吸收制冷循環(huán)31中使用。構(gòu)成在圖1至圖5中的實施例中的冷源31的吸收制冷循環(huán)為本領(lǐng)域中熟知的且因此并不詳細地描述。例如，在本發(fā)明的實施例中，吸收制冷循環(huán)為水-氨型。在圖1至圖5的實施例中，冷源41為機械型，包括壓縮級(未圖示)，其為本領(lǐng)域中熟知的且因此不再更詳細地描述。一般而言，對于本發(fā)明的范圍，冷源31、41可為任何類型，也包括蒸發(fā)型，只要分別為熱交換器30、40生成恰當?shù)睦鋮s能力。考慮功率設(shè)施I的規(guī)格和要求來選擇冷源31、41的類型。例如，必須考慮到通?？蓮牡谝涣黧w和第二流體中冷凝的水量少于從其它流體冷凝的水量。例如，當熱機為燃氣渦輪時，可從第二流體冷凝的水量低于從第一流體冷凝的水量。因此，在這樣的情況下，當需要更少量的冷凝水時，僅第二熱交換器40設(shè)于功率設(shè)施I的通風(fēng)回路4上。在如圖1中那樣的實施例中，其中第一熱交換器30和第二熱交換器40都存在，通風(fēng)回路4包括入口區(qū)段，入口區(qū)段向大氣開放用于接收潮濕空氣。在如圖2和圖3中那樣的實施例中，其中僅第一熱交換器30存在，通風(fēng)回路4的入口區(qū)段在第一熱交換器30的下游與入口管3或入口空氣處理系統(tǒng)5直接連接，用于接收在入口管中朝熱機2流動的相同干燥空氣。在如圖4中那樣的實施例中，其中僅第二熱交換器40存在，通風(fēng)回路4的入口區(qū)段與入口管3或入口空氣處理系統(tǒng)5直接連接，用于接收在入口管中朝熱機2流動的相同的潮濕空氣。當在第一熱交換器30和第二熱交換器40中到達了露點條件時，分別從第一流體和第二流體分離水且在第一熱交換器30和第二熱交換器40的底部處收集水。水回收設(shè)備20包括連接裝置25、26、27，其用于將從第一流體和/或第二流體回收的冷凝水遞送到用水設(shè)備20。連接裝置25、26、27包括供給泵27和管路25、26，管路25、26用于分別從第一熱交換器30和第二熱交換器40向泵27提供水。冷凝水通過泵27遞送到水用戶設(shè)備20。任選地，在泵27與水用戶設(shè)備20之間，提供水處理設(shè)備50以改進進入到水用戶設(shè)備20的水的質(zhì)量。在圖1至圖5的實施例中，用水設(shè)備20為開環(huán)型，即，從第一流體和/或第二流體回收的冷凝水被遞送到使用設(shè)備，其并不再在熱機2內(nèi)再使用，而是發(fā)送到功率設(shè)施I的其它使用設(shè)備。在一些實施例中，用水設(shè)備20包括加熱裝置，其用于從由水回收設(shè)備10分離并收集的水產(chǎn)生蒸汽。例如，在圖2和圖3的實施例中，用水設(shè)備20包括用于產(chǎn)生蒸汽的加熱裝置，其由沿著熱機2的排放口設(shè)置于熱回收蒸氣發(fā)生器35下游的熱交換器35a構(gòu)成。備選地，在其它(未圖示)實施例中，這樣的加熱裝置由鍋爐構(gòu)成。由這樣的加熱裝置所產(chǎn)生的蒸汽遞送到蒸汽膨脹器51用于產(chǎn)生能量。在膨脹之后，離開蒸汽膨脹器51的蒸汽然后被遞送到熱機2的排放煙道12。蒸汽膨脹器51連接到第二發(fā)電機52。根據(jù)本發(fā)明的另一(未圖示)實施例，用水設(shè)備20包括用于產(chǎn)生可飲用水的水處理單元。根據(jù)本發(fā)明的又一(未圖示)實施例，用水設(shè)備20包括聯(lián)合循環(huán)功率單元。在圖6中圖解地示出的本發(fā)明的第三實施例中，用于改進在功率設(shè)施I中的效率的方法100包括五個主要步驟101-105。在該方法100的第一步驟101中，第一熱交換器30和第二熱交換器40與功率設(shè)施I的熱機2的入口管3和/或熱機2的通風(fēng)回路4熱連接。在該方法100的第二步驟102中，熱交換器30、40操作以冷卻在入口管3中流動的第一流體和/或在通風(fēng)回路4中流動的第二流體，第一流體和/或第二流體包括在其中的水。在方法100的第三步驟103中，使第一流體和第二流體超過其露點以冷凝在其中的水。在方法100的第四步驟104中，收集從第一流體和/或第二流體冷凝的水。在方法100的第五步驟105中，冷凝回收水用于改進功率設(shè)施的效率。在方法100的相應(yīng)實施例中，第五步驟105包括遞送冷凝水到聯(lián)合循環(huán)功率單元和/或遞送到用于產(chǎn)生可飲用水的水處理單元和/或遞送到用于產(chǎn)生蒸汽的加熱裝置。本發(fā)明允許通過提供一種水回收設(shè)備來實現(xiàn)上文所述的目的和優(yōu)點，該水回收設(shè)備允許針對功率設(shè)施的任何配置或工作條件而生成所需的冷凝水流。此外，本發(fā)明允許達到另外的優(yōu)點。特別地，上文所述的方法可用于通過在現(xiàn)有功率設(shè)施中包括根據(jù)本發(fā)明的水回收設(shè)備來整修現(xiàn)有功率設(shè)施。本書面描述使用實例來公開本發(fā)明，包括優(yōu)選實施例，且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括做出和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明的專利保護范圍由權(quán)利要求限定，且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所想到的其它實例。如果其它實例具有與權(quán)利要求的字面語言并無不同的結(jié)構(gòu)元件，或者如果其它實例包括與權(quán)利要求的字面語言并無實質(zhì)不同的等效結(jié)構(gòu)元件，則這些其它實例預(yù)期在權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種功率設(shè)施(I)，包括: -熱機⑵； -用于在所述熱機(2)內(nèi)遞送可燃第一流體的入口管(3)和用于向所述熱機(2)遞送冷卻第二流體的通風(fēng)回路(4)，所述第一流體和/或所述第二流體包括在其中的水； 其中，所述功率設(shè)施(I)還包括水回收設(shè)備(10)，所述水回收設(shè)備(10)與所述入口管(3)和/或所述通風(fēng)回路(4)連接用于從所述第一流體和/或所述第二流體冷凝并收集水，所述水回收設(shè)備(10)與至少一個熱交換器(30，40)相關(guān)聯(lián)，所述熱交換器(30，40)與所述入口管(3)和/或所述通風(fēng)回路(4)熱連接，用于冷卻所述第一流體和/或所述第二流體至超過其露點，所述水回收設(shè)備(20)還包括連接裝置(25，26，27)，其用于將從所述第一流體和/或所述第二流體冷凝的水遞送到用水設(shè)備(20)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率設(shè)施(I)，其特征在于，所述水回收設(shè)備(10)與所述通風(fēng)回路(4)熱連接，以從所述第二流體分離并收集水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率設(shè)施(I)，其特征在于，所述用水設(shè)備(20)為開環(huán)型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率設(shè)施(I)，其特征在于，所述用水設(shè)備(20)包括: -加熱裝置，其用于從由所述水回收設(shè)備(10)分離并收集的水產(chǎn)生蒸汽；以及 -蒸汽膨脹器，其用于從所述蒸汽產(chǎn)生能量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率設(shè)施(I)，其特征在于，所述用水設(shè)備(20)包括用于產(chǎn)生可飲用水的水處理單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率設(shè)施(I)，其特征在于，所述用水設(shè)備(20)包括聯(lián)合循環(huán)功率單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的功率設(shè)施(I)，其特征在于，所述熱交換器由吸收制冷循環(huán)來致冷。
8.一種用于包括熱機(2)的功率設(shè)施⑴的水回收設(shè)備(10)，所述水回收設(shè)備(10)與所述熱機(2)連接，用于從在所述熱機(2)的入口管(3)中流動的可燃的第一流體和/或從在所述熱機(2)的通風(fēng)回路(4)中流動的冷卻第二流體冷凝水，所述水回收設(shè)備(10)與至少一個熱交換器(30，40)相關(guān)聯(lián)，所述熱交換器(30，40)與所述入口管(3)和/或所述通風(fēng)回路(4)熱連接，用于冷卻所述第一流體和/或所述第二流體至超過其露點，其中，所述水回收設(shè)備(10)還包括連接裝置(25，26，27)，其用于將從所述第一流體和/或所述第二流體冷凝的水遞送到用水設(shè)備(20)。
9.一種用于改進在包括熱機(2)的功率設(shè)施(I)中的效率的方法(100)，所述方法(100)包括以下步驟: -使至少一個熱交換器(30，40)與所述熱機(2)的入口管(3)和/或所述熱機(2)的通風(fēng)回路⑷熱連接(101)； -操作(102)所述熱交換器(30，40)以冷卻在所述入口管(3)中流動的第一流體和/或在所述通風(fēng)回路(4)中流動的第二流體，所述第一流體和/或所述第二流體包括在其中的水， -使所述第一流體和/或所述第二流體超過其露點以冷凝在其中的水(103)， -收集(104)從所述第一流體和/或所述第二流體冷凝的水， -使用(105)所述冷凝水來改進所述功率設(shè)施的效率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法(100)，其特征在于，使用(105)所述冷凝水的步驟(105)包括將所述冷凝水遞送到聯(lián)合循環(huán)功率單元和/或遞送到用于產(chǎn)生可飲用水的水處理單元和/或遞 送到用于產(chǎn)生蒸汽的加熱裝置。
全文摘要
本公開涉及一種包括冷凝水回收設(shè)備的功率設(shè)施。一種功率設(shè)施，包括熱機；用于向所述熱機內(nèi)遞送可燃第一流體的入口管和用于向所述熱機遞送冷卻第二流體的通風(fēng)回路，第一流體和/或第二流體包括在其中的水；其中，功率設(shè)施還包括水回收設(shè)備，水回收設(shè)備與入口管和/或通風(fēng)回路連接用于從第一流體和/或第二流體冷凝并收集水，水回收設(shè)備與至少一個熱交換器相關(guān)聯(lián)，至少一個熱交換器與入口管和/或通風(fēng)回路熱連接用于冷卻所述第一流體和/或所述第二流體至超過其露點，水回收設(shè)備還包括連接裝置，其用于將從第一流體和/或第二流體冷凝的水遞送到用水設(shè)備。
文檔編號F01P11/00GK103174522SQ20121056000
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者F.R.比亞吉, M.桑蒂尼, G.馬徹蒂 申請人:諾沃皮尼奧內(nèi)有限公司