專利名稱:通過(guò)中間冷卻實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)的方法和裝置的制作方法
本發(fā)明一般涉及利用膨脹和回收的工作流體將來(lái)自熱源的能量轉(zhuǎn)換為可用形式的方法和裝置。本發(fā)明還涉及提高熱力循環(huán)的熱利用效率的方法和裝置。
在蘭金循環(huán)中，像水、氨水或氟利昂這樣的工作流體在利用有效熱源的蒸發(fā)器中蒸發(fā)。蒸發(fā)后的氣態(tài)工作流體通過(guò)渦輪時(shí)膨脹，把能量變換為可用形式。然后，用過(guò)的氣態(tài)工作流體在利用有效冷卻介質(zhì)的冷凝器內(nèi)冷凝。冷凝的工作介質(zhì)用泵加壓，然后再汽化，如此繼續(xù)循環(huán)下去。
放能循環(huán)利用雙元或多元工作流體，這在美國(guó)專利 4，346，561中已有描述。這種循環(huán)通常的工作原理是把液態(tài)雙元工作流體用泵加至高壓，并加熱，使之部分汽化。然后，流體自急驟蒸發(fā)，使高沸點(diǎn)工作流體與低沸點(diǎn)工作流體分離。低沸點(diǎn)組分在通過(guò)渦輪時(shí)膨脹，驅(qū)動(dòng)渦輪，而高沸點(diǎn)組分將熱回收，用來(lái)加熱汽化前的雙元工作液體。然后，將高沸點(diǎn)組分與用過(guò)的低沸點(diǎn)工作流體混合在一起，在有冷卻介質(zhì)的冷凝器內(nèi)吸收用過(guò)的工作流體。
傳統(tǒng)的蘭金循環(huán)和放能循環(huán)理論上的比較證明，當(dāng)利用諸如海水、地?zé)崮芰康葴囟容^低的可用熱源時(shí)，新循環(huán)的效率較蘭金循環(huán)的效率有所提高。
本申請(qǐng)人另一項(xiàng)更新的發(fā)明是美國(guó)專利4，489，563，名稱為基本卡利納循環(huán)。在該發(fā)明中，利用相對(duì)低溫可用熱量在中等壓力下部分地蒸餾至少是一部分多元流體流，從而產(chǎn)生不同成分的工作流體餾分。餾分被用來(lái)產(chǎn)生至少是一種主要的、較低沸點(diǎn)組分相對(duì)豐富的稠溶液，并產(chǎn)生一種較低沸點(diǎn)組分相對(duì)貧乏的稀溶液。增加主要稠溶液的壓力，然后使之汽化，產(chǎn)生加壓的氣態(tài)主工作流體。氣態(tài)主工作流體膨脹到低壓級(jí)，把能量變換成可用形式。用過(guò)的低壓級(jí)工作流體通過(guò)在稀溶液中冷卻溶解，在主吸收期冷凝，從而回收初始的工作流體，供再使用。
在把熱能變換成可用形式的任何一個(gè)過(guò)程中，熱源中可用能量主要損失產(chǎn)生在工作液體的蒸發(fā)或汽化過(guò)程中。這種可用能量的損失(也叫做放能或逸能)，是由于鍋爐內(nèi)熱源和工作流體的焓-溫特性失配的結(jié)果。簡(jiǎn)言之，對(duì)任何既定的焓來(lái)說(shuō)，熱源溫度總是高于工作流體的溫度。理想的溫差幾乎是零，但不完全等于零。
這種失配出現(xiàn)于用純凈物質(zhì)作為工作流體的傳統(tǒng)的蘭金循環(huán)，以及出現(xiàn)于用混合物質(zhì)作為工作流體的上述卡利納循環(huán)(Kalina Cycle)和放能循環(huán)。以卡利納循環(huán)和放能循環(huán)的方式使用混合物作為工作流體，使上述損失有明顯的減小。但是，不管在什么循環(huán)中進(jìn)一步減少上述能量損失，是最好不過(guò)了。
在傳統(tǒng)的蘭金循環(huán)中，熱源和工作流體的 -溫特性失配造成的能量損失，約占可用放能的25%。在美國(guó)專利4，489，563所描述的這種循環(huán)中，鍋爐內(nèi)由于焓-溫特性失配而造成的放能損失，約占全部可用放能的14%。
為了進(jìn)行討論，熱力循環(huán)中整個(gè)汽化過(guò)程可看作由三個(gè)不同部分組成預(yù)熱，汽化和過(guò)熱。就傳統(tǒng)的工藝而言，在預(yù)熱期間熱源和工作流體的匹配是適當(dāng)?shù)?。然而，適宜于過(guò)熱過(guò)程的溫度范圍內(nèi)的熱量通常要比必需的熱量大得多，而適宜于汽化過(guò)程的溫度范圍內(nèi)的熱量卻比必需的熱量小得多。本發(fā)明的發(fā)明人意識(shí)到，適宜于高溫過(guò)熱過(guò)程的一部分高溫?zé)崃勘挥糜谏鲜鲆阎^(guò)程中的汽化過(guò)程。這就在兩個(gè)熱流之間造成很大的溫差，其結(jié)果是導(dǎo)致不可逆的放能損失。
當(dāng)工作流體在渦輪內(nèi)部分膨脹之后，再予加熱，通過(guò)這種方法可以減小上述不可逆損失。但是，再熱增加了過(guò)熱所需的熱量。所需熱量的這種增加，使熱源和工作流體的焓-溫特性之間有了更好的匹配。然而，對(duì)汽化所需的熱量來(lái)說(shuō)，再熱並無(wú)好處。因此，每單位重量的工作流體所需的總熱量隨再熱之增加而有很大的增加。這樣，通過(guò)鍋爐渦輪的工作流體的總重量流率就減小。重量流率的減小限止了可導(dǎo)出的總效率增長(zhǎng)的可能，所以，再熱的好處在很大程度上只是暫時(shí)的好處。
解決熱源和工作流體的焓-溫特性匹配不佳這個(gè)老問(wèn)題的理想途徑是，將從熱源可用的高溫?zé)崃坑糜谶^(guò)熱過(guò)程，從而在過(guò)熱過(guò)程中減小溫差，但與此同時(shí)由于提供了溫度較低的熱量而使汽化過(guò)程中的溫差達(dá)到最小。顯然，這兩個(gè)目的是互相矛盾的，因?yàn)樵黾舆^(guò)熱過(guò)程的熱量，似乎或者需要提高總的熱源溫度，或者需要再加熱。如上所述，再熱有一定的缺點(diǎn)，在很大程度上沖淡了所得到的、或多或少是短暫的好處。
此外，過(guò)熱過(guò)程的可用熱量愈大，由渦輪輸出的、用過(guò)的氣態(tài)工作流體的輸出溫度也就愈高。從效率的角度來(lái)看，這并不是我們所希望的，因?yàn)檩敵稣羝倪^(guò)量加熱使隨后的冷凝過(guò)程更加困難，造成額外的放能損失。因此，任何試圖提高一部分循環(huán)效率的努力，似乎最終都導(dǎo)致另一部分循環(huán)效率的降低。
本發(fā)明的一大特征是，允許鍋爐內(nèi)工作流體和熱源的焓-溫特性較緊密地匹配，從而大大提高熱力循環(huán)的效率。本發(fā)明的另一個(gè)特征是，不但在汽化過(guò)程中具有一些優(yōu)點(diǎn)，而且還提供一個(gè)能提高過(guò)熱過(guò)程效率的系統(tǒng)。本發(fā)明還有一個(gè)特征，那就是不一定要減小熱力循環(huán)的質(zhì)量流率就可以達(dá)到上述優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方案，一種實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)的方法包括使氣態(tài)工作流體膨脹從而將其能量轉(zhuǎn)換為可用形式這樣一個(gè)步驟。膨脹的氣態(tài)工作流體受到冷卻，隨后，膨脹到耗盡的低壓級(jí)，將其能量轉(zhuǎn)換為可用形式。用過(guò)的工作流體被冷凝，然后，冷凝后的工作流體利用膨脹的氣態(tài)工作流體冷卻期間傳導(dǎo)的熱量而汽化。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，一種實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)的方法包括過(guò)熱汽化的工作流體這一步驟。被過(guò)度加熱的工作流體膨脹，將其能量轉(zhuǎn)換為可用形式。然后膨脹的工作流體受到再熱而進(jìn)一步膨脹，把額外的能量轉(zhuǎn)換為可用形式。膨脹后再熱的流體受到冷卻，然后又膨脹，這一次膨脹到耗盡的低壓級(jí)，將其能量轉(zhuǎn)換為可用形式。用過(guò)的工作流體被冷凝，隨后利用膨脹后再熱的流體冷卻期間傳導(dǎo)的熱而汽化。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案，一種實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)的方法包括預(yù)熱初始工作流體至接近它的沸點(diǎn)的溫度這樣一個(gè)步驟。被預(yù)熱的初始工作流體分裂為第一流體流和第二流體流兩部分。第一流體流利用第一熱源的能量汽化，而第二流體流則利用第二熱源的能量汽化。第一和第二汽化流體流組合在一起，隨后被過(guò)熱，產(chǎn)生增壓的氣態(tài)主工作流體。增壓的氣態(tài)主工作流體受到膨脹，將其能量轉(zhuǎn)換為可用形式。然后，膨脹后增壓的主工作流體被再熱，再次膨脹。膨脹和再熱后增壓的主工作流體受到冷卻，從而為汽化第二流體流提供熱源。受冷卻的主工作流體再度膨脹，這一次膨脹到耗盡的低壓級(jí)，將其能量變換為可用形式。用過(guò)的主工作流體被冷卻和冷凝，形成初始的工作流體。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案，一種實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)的裝置包括一臺(tái)渦輪裝置。這臺(tái)渦輪裝置由兩個(gè)渦輪機(jī)組組成，第一個(gè)渦輪機(jī)組和第二個(gè)渦輪機(jī)組至少各包括一個(gè)渦輪級(jí)。每個(gè)渦輪機(jī)組有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口。第一個(gè)渦輪機(jī)組的出氣口和第二個(gè)渦輪機(jī)組的進(jìn)氣口之間接著一臺(tái)渦輪氣體冷卻器，這樣，大部分通過(guò)渦輪機(jī)組的流體要經(jīng)過(guò)渦輪氣體冷卻器，然后回到所述的渦輪裝置。
圖1是實(shí)施本發(fā)明的方法和裝置的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)系統(tǒng)之簡(jiǎn)圖;
圖2是本申請(qǐng)人過(guò)去的一項(xiàng)發(fā)明的典型實(shí)施例示意圖，圖中虛線以內(nèi)的部分是圖1那個(gè)系統(tǒng)所用的一個(gè)典型子系統(tǒng)之略圖;
圖3是一張表示理論計(jì)算溫度(華氏)與鍋爐每小時(shí)熱負(fù)載或焓(英熱量單位)的關(guān)系的圖表，用于圖2所示的本申請(qǐng)人過(guò)去的一項(xiàng)發(fā)明之典型實(shí)施方案;
圖4是一張表示理論計(jì)算溫度(華氏)與鍋爐每小時(shí)熱含量或焓(英熱量單位)的關(guān)系的圖表，與本發(fā)明之典型實(shí)施方案一致。
根據(jù)本發(fā)明之實(shí)施方案，圖1所示的系統(tǒng)10完成了一個(gè)熱力循環(huán)，圖中相同的標(biāo)號(hào)用來(lái)表示幾個(gè)圖中的相同部分。系統(tǒng)10包括鍋爐102，依次由預(yù)熱器104、蒸發(fā)器106和過(guò)熱器108組成。此外，系統(tǒng)10還包括渦輪120、再熱器122、中間冷卻器124和冷凝子系統(tǒng)126。
冷凝器126可以是已知的任何一種拒熱裝置。在蘭金循環(huán)中，拒熱在簡(jiǎn)單的熱交換器中出現(xiàn)，所以，對(duì)于用蘭金循環(huán)來(lái)說(shuō)，冷凝子系統(tǒng)126可采取熱交換器或冷凝器的形式。在美國(guó)專利 4，489，563所描述的卡利納循環(huán)中，拒熱系統(tǒng)要求離開渦輪的氣體與多元流體流混合，例如，由水和氨水組成的工作流體流，然后冷凝和蒸餾，產(chǎn)生初始狀態(tài)的工作流體。這樣，當(dāng)本發(fā)明與卡利納循環(huán)一起使用時(shí)，美國(guó)專利4，489，563所描述的蒸餾子系統(tǒng)可用作為冷凝子系統(tǒng)126。故在本申請(qǐng)文件中特將美國(guó)專利4，489，563也包括進(jìn)去，作為基準(zhǔn)。
各種各樣的熱源均可用來(lái)驅(qū)動(dòng)本發(fā)明所提出的循環(huán)。例如，溫度高達(dá)攝氏一千度或更高的一些熱源以及諸如由海水熱梯度中獲得的低熱源，均可利用。又如，諸如次等原油、廢熱、地?zé)?、太?yáng)熱或海水熱能的換能系統(tǒng)，亦可用本發(fā)明來(lái)實(shí)施。
各種不同的工作流體可與本系統(tǒng)一起使用，這取決于所用的冷凝子系統(tǒng)126的類型。如與本申請(qǐng)文件中作為基準(zhǔn)包括進(jìn)去的美國(guó)專利所描述的冷凝子系統(tǒng)126聯(lián)合使用，任何包含較低沸點(diǎn)流體和相對(duì)較高沸點(diǎn)流體的多元工作流體均可使用。例如，所用的工作流體可以是氨水與水的混合物，可以是兩種或多種碳?xì)浠衔?，可以是兩種或多種氟利昂，也可以是碳?xì)浠衔锱c氟利昂的混合物，或者是諸如此類的混合物。一般說(shuō)來(lái)，工作流體可以是具有較好熱力學(xué)特性和可溶性的任意數(shù)量化合物的混合物。但是，在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的蘭金循環(huán)時(shí)，像水、氨水或氟利昂之類的常用單元工作流體也是可以使用的。
如圖1所示，完全冷凝的工作流體通過(guò)預(yù)熱器104，在該預(yù)熱器內(nèi)被加熱到低于它的沸點(diǎn)的溫度。這一預(yù)熱過(guò)程是通過(guò)冷卻所有的熱源流來(lái)提供的，這些熱源流如通過(guò)預(yù)熱器104的虛線所示。從預(yù)熱器104出來(lái)的工作流體在點(diǎn)128分成兩股獨(dú)立的工作流體流。
第一股工作流體流在點(diǎn)128分離出來(lái)后進(jìn)入汽化器106，而第二股工作流體流則進(jìn)入中間冷卻器124。第一流體流在汽化器106被通過(guò)汽化器106的、虛線所示的反向加熱流體流加熱，並與通過(guò)預(yù)熱器104的加熱流體流互通。通過(guò)中間冷卻器124的第二流體流被沿線130流動(dòng)的流體流加熱。第一和第二流體流均被完全汽化并初始過(guò)熱。這兩條流體流的每一條都有大致相同的壓力和溫度，但流率可以各不相同。然后，從蒸發(fā)器106和從中間冷卻器124出來(lái)的流體流在點(diǎn)132重新混合在一起。
混合的工作流體流被送入過(guò)熱器108，如圖中通過(guò)過(guò)熱器108的虛線所示，在過(guò)熱器108內(nèi)最終被僅與部分熱源流進(jìn)行的熱交換所過(guò)熱。這樣，由點(diǎn)25延伸至點(diǎn)26的熱源流首先通過(guò)過(guò)熱器108，然后通過(guò)蒸發(fā)器106，最終通過(guò)預(yù)熱器104。如圖4線A所示，加熱流體流的焓-溫特性是線性的。
總的工作流體流由過(guò)熱器108進(jìn)入渦輪120的第一個(gè)渦輪機(jī)組134。渦輪機(jī)組134包括一個(gè)或更多的級(jí)136，在插圖所說(shuō)明的實(shí)施例中，第一個(gè)渦輪機(jī)組134包括三個(gè)級(jí)136。在第一個(gè)渦輪機(jī)組134中，工作流體膨脹到第一個(gè)中間壓強(qiáng)的程度，從而把熱能變換為機(jī)械能。
從第一個(gè)渦輪機(jī)組134出來(lái)的整個(gè)工作流體流在再熱器122被再熱。再熱器122是一個(gè)常用的過(guò)熱器或熱交換器。從點(diǎn)25到點(diǎn)26流動(dòng)的熱源流剩余部分在點(diǎn)138分裂，在再熱過(guò)程中被利用。再熱到高溫后，工作流體流離開再熱器122，流向第二個(gè)渦輪機(jī)組140。與此同時(shí)，從點(diǎn)51流至點(diǎn)53的加熱流體流在點(diǎn)142處返回至主加熱流體流，對(duì)蒸發(fā)器106中的汽化過(guò)程和預(yù)熱器104中的預(yù)熱過(guò)程作出貢獻(xiàn)。第二個(gè)渦輪機(jī)組140可包括若干級(jí)136。在用插圖說(shuō)明的實(shí)施例中，第二個(gè)渦輪機(jī)組140有四個(gè)級(jí)，但是，這里所描述的每個(gè)渦輪機(jī)組的級(jí)數(shù)可有很大的變化，視具體情況而定。
第二個(gè)渦輪機(jī)組140內(nèi)的工作流體由第一個(gè)中間壓強(qiáng)膨脹到第二個(gè)中間壓強(qiáng)，從而產(chǎn)生功率。然后，總的工作流體流被送至中間冷卻器124，在中間冷卻器124內(nèi)冷卻，為汽化第二股工作流體流提供所需的熱量。中間冷卻器124可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的熱交換器。工作流體流沿線130流向最后一個(gè)渦輪機(jī)組144。
最后的這個(gè)渦輪機(jī)組144在插圖中只有一個(gè)單級(jí)136，但是，這個(gè)渦輪機(jī)組的級(jí)數(shù)?？捎泻艽蟮淖兓秶?，視具體情況而定。工作流體膨脹到最后耗盡的流體壓力級(jí)，產(chǎn)生額外的功率。流體流從最后那個(gè)渦輪機(jī)組144流出，通過(guò)冷凝子系統(tǒng)126，在那兒得到冷凝后用泵加至高壓，然后被送至預(yù)熱器104繼續(xù)循環(huán)。
圖2所示之卡利納循環(huán)冷凝子系統(tǒng)126′，可用作為圖1所示系統(tǒng)之冷凝子系統(tǒng)126。在分析冷凝子系統(tǒng)126′時(shí)，從包含初始復(fù)合流的用標(biāo)號(hào)1標(biāo)記的子系統(tǒng)中的那點(diǎn)著手是有益的。該初始復(fù)合流采用氨水和水的形式，具有較高和較低沸點(diǎn)組分的初始成分。在點(diǎn)1，初始復(fù)合流處于耗盡的的低壓級(jí)，用泵151加至中間壓力級(jí)，其壓力參數(shù)如同泵151之后的點(diǎn)2的壓力參數(shù)。
從流線的點(diǎn)2開始，處于中間壓力的初始復(fù)合流在熱交換器154、同流換熱器156和主熱交換器158被連續(xù)加熱。
初始復(fù)合流在熱交換器154、同流換熱器156和主熱交換器158是通過(guò)與來(lái)自渦輪機(jī)120′的、用過(guò)的復(fù)合工作流體進(jìn)行熱交換而被加熱的。當(dāng)圖1的系統(tǒng)用冷凝子系統(tǒng)126′來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，渦輪120就可用來(lái)代替渦輪120′。此外，在熱交換器154內(nèi)，初始復(fù)合流被冷凝流加熱，這在下文中將予以描述。在同流換熱器156內(nèi)，初始復(fù)合流被冷凝流和與稀、稠工作流體餾分進(jìn)行的熱交換進(jìn)一步加熱，這一點(diǎn)在下文中也將給予描述。
主熱交換器158的加熱僅由從渦輪出口流出的熱流來(lái)進(jìn)行，這種加熱實(shí)質(zhì)上是對(duì)余熱回收的補(bǔ)償。
初始復(fù)合流在主熱交換器158和分離級(jí)160之間的點(diǎn)5處在中間壓強(qiáng)下蒸餾，蒸餾是在包括熱交換器154和158以及同流換熱器156的蒸餾系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的。如果需要的話，在熱交換器154或158或同流換熱器156的任何一個(gè)之中，均可使用任何適當(dāng)或可用熱源的輔助加熱手段。
在點(diǎn)5這個(gè)位置，初始復(fù)合流在蒸餾系統(tǒng)內(nèi)部分地汽化，並被送往比重分離器級(jí)160。在比重分離器級(jí)160內(nèi)，蒸餾系統(tǒng)產(chǎn)生的低沸點(diǎn)組分(即氨水)濃縮蒸汽餾份從初始復(fù)合流的殘余中分離出來(lái)，在點(diǎn)6產(chǎn)生濃縮蒸汽餾份，在剝落濃縮蒸汽餾份的點(diǎn)7產(chǎn)生剝離液體餾份。
從點(diǎn)7剝離出來(lái)的液體餾份進(jìn)而被分為第一和第二剝離液體餾份流，它們的參數(shù)分別如同點(diǎn)8和點(diǎn)10的參數(shù)。
相對(duì)于稀工作流體餾份而言，點(diǎn)6的濃縮餾份富含較低沸點(diǎn)組分(即氨水)，這在下面將討論到。
從點(diǎn)6出來(lái)的第一濃縮蒸汽餾份流，在點(diǎn)8與第一剝離液體餾份流混合，在點(diǎn)9提供稠工作流體餾份。
稠工作流體餾份相對(duì)復(fù)合工作流體(下文將將予討論)而言富含氨水的較低沸點(diǎn)組分。另一方面，稀工作流體餾份相對(duì)復(fù)合工作流體而言(下文中將予討論)，較低沸點(diǎn)組分貧乏。
在點(diǎn)10的第二剝離液體餾份包含初始復(fù)合流的殘余部分，並用來(lái)構(gòu)成冷凝流。
在點(diǎn)9的稠工作流體餾份，在同流換熱器156內(nèi)部分地冷凝后流至點(diǎn)11。在此之后，稠工作流體餾份在預(yù)熱器162內(nèi)(點(diǎn)11至點(diǎn)13)被進(jìn)一步冷卻和冷凝，最后通過(guò)與經(jīng)過(guò)點(diǎn)23和24的冷卻水源的熱交換，在吸收級(jí)152冷凝。
用泵166把稠工作流體餾份送至增壓的高壓級(jí)。然后，稠工作流體餾份經(jīng)過(guò)預(yù)熱器162，到達(dá)點(diǎn)22。從點(diǎn)22開始，稠工作液體餾份繼續(xù)通過(guò)圖1所示的系統(tǒng)循環(huán)。
在實(shí)現(xiàn)卡利納循環(huán)時(shí)，從渦輪120出來(lái)的、位于點(diǎn)38的復(fù)合工作流體壓力是如此之低，以致在這種壓力和有效環(huán)境溫度下不能冷凝。用過(guò)的復(fù)合工作流體從點(diǎn)38流出，經(jīng)過(guò)主熱交換器158、同流換熱器156和熱交換器154時(shí)部分地冷凝，釋放出的熱被用來(lái)預(yù)熱輸入流。這一預(yù)熱過(guò)程前面已討論過(guò)。
然而，在點(diǎn)17的余下的復(fù)合工作流體與在點(diǎn)19的冷凝流混合。在點(diǎn)19，來(lái)自點(diǎn)20的冷凝流被節(jié)流，其壓力被減至點(diǎn)17的余下復(fù)合工作流體的低壓級(jí)。產(chǎn)生的混合物由點(diǎn)18饋出，經(jīng)過(guò)吸收級(jí)152時(shí)余下的復(fù)合工作流體被冷凝流吸收，在點(diǎn)1再生初始復(fù)合流。
如圖1所示，中間冷卻過(guò)程由中間冷卻器124完成。中間冷卻過(guò)程減少最后那個(gè)渦輪級(jí)的每磅工作流體的輸出。但是，中間冷卻在不減少每磅工作流體的數(shù)量的情況下使再熱成為可能。所以，與沒(méi)有中間冷卻過(guò)程的再熱相比，利用中間冷卻有一些具有特殊意義的優(yōu)點(diǎn)。
有利的是，中間冷卻器124返回給汽化過(guò)程的熱與再熱器122消耗的熱大致等同。這保證了工作流體重量流率得到恢復(fù)。這樣，就沒(méi)有必要減小工作流體的質(zhì)量流率來(lái)調(diào)節(jié)較高溫度的再熱過(guò)程。
點(diǎn)40、41、42和43的流動(dòng)參數(shù)是設(shè)計(jì)變量，可以選擇，以從系統(tǒng)10獲取最大之裨益。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能夠選擇上述設(shè)計(jì)變量，以便在各種可能遇到的情況下取得最佳的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。
圖1給出了各種不同過(guò)程點(diǎn)的參量，這些參量可有很大的變化，視具體情況而定。但是，作為這類系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般準(zhǔn)則或拇指法則，可以指出，令點(diǎn)40的溫度盡可能地接近點(diǎn)37的溫度，以至于第一個(gè)渦輪機(jī)組134和第二個(gè)渦輪機(jī)組140的效率就接近等同，這樣做常常是很有利的。此外，設(shè)計(jì)這類系統(tǒng)時(shí)使點(diǎn)42的溫度一般地高于汽化器106中工作流體的飽和蒸汽的溫度，這在許多情況下也許是人們所希望的。人們也常希望使點(diǎn)43的溫度一般地高于鍋爐102內(nèi)工作流體的飽和液體的溫度。
雖然在插圖說(shuō)明的實(shí)施例中蒸發(fā)器106和中間冷卻器124用的是單段的壓力，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到，在具體情況下可以選擇兩段、三段甚至段數(shù)更高的鍋爐壓力。本發(fā)明對(duì)多重汽化循環(huán)同樣也適用。雖然通過(guò)利用中間冷卻器124在蒸發(fā)過(guò)程中的熱可以獲得一些特殊的優(yōu)點(diǎn)，但是在渦輪機(jī)組之間利用中間冷卻器這一方法可應(yīng)用于短缺適當(dāng)溫度熱量的熱力系統(tǒng)的任何部分，中間冷卻可為汽化補(bǔ)充熱量或可為過(guò)熱器補(bǔ)充熱量。
不言而喻，本發(fā)明并不限于中間冷卻與再熱之聯(lián)合利用。盡管這種聯(lián)合利用有一些具有特殊意義的優(yōu)點(diǎn)，但是不用再熱僅用中間冷卻也有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，只要最后一級(jí)渦輪排出之流體被過(guò)熱，不用二次加熱亦可利用中間冷卻。總的說(shuō)來(lái)，要達(dá)到足夠高的流體溫度，兩級(jí)渦輪之間安排中間冷卻，是重要的。
一般說(shuō)來(lái)，至少讓通過(guò)渦輪的大部分流體流經(jīng)過(guò)中間冷卻器，這是有好處的。讓通過(guò)渦輪的流體流基本上全部都經(jīng)過(guò)中間冷卻器，那好處就更大了。讓冷卻的流體基本上全都返回渦輪以進(jìn)一步膨脹，也是有好處的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)比較圖3和圖4看出來(lái)。圖3說(shuō)明了對(duì)于圖2所示的這類熱力循環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)的鍋爐熱負(fù)載循環(huán)。圖2所示的這類熱力循環(huán)系統(tǒng)是根據(jù)美國(guó)專利4，489，563的學(xué)說(shuō)提出來(lái)的，該專利已在前面收編在其中了，線A是指熱源，而線B則指工作流體。曲線段B1表示預(yù)熱期間工作流體的焓-溫特性，曲線段B2指汽化，曲線段B3代表過(guò)熱。窄點(diǎn)位于B1段和B2段的交叉區(qū)。曲線A和B之間的空隙度表示熱力循環(huán)系統(tǒng)之不可逆效率低，本發(fā)明正試圖將其減至最小值。在過(guò)熱期間，存在過(guò)多的熱，而在汽化期存在熱之不足。
現(xiàn)在來(lái)看圖4，圖中就本發(fā)明作為例證的實(shí)施方案給出了理論計(jì)算溫度與鍋爐內(nèi)焓或熱負(fù)載之關(guān)系。曲線C代表工作流體，而曲線A表示熱源流體。圖表上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)于圖1上的點(diǎn)。本曲線圖說(shuō)明，就本發(fā)明而言，工作流體大致有四個(gè)線性區(qū)，而不是三個(gè)大致的線性區(qū)。在點(diǎn)22和點(diǎn)44、46之間的區(qū)域，預(yù)熱發(fā)生方式與本申請(qǐng)人先前的一項(xiàng)發(fā)明中的預(yù)熱發(fā)生方式總的說(shuō)來(lái)是一致的，如圖3中的B1段所示。點(diǎn)44、46和點(diǎn)48、49之間的曲線段表示汽化，飽和液體點(diǎn)用SL表示，而飽和蒸汽點(diǎn)則用SV表示。點(diǎn)48、49和點(diǎn)330、41之間的曲線段代表有效汽化之后帶有再熱的過(guò)熱過(guò)程。可以看出，點(diǎn)40和點(diǎn)30、41之間的曲線段緊隨熱源線A，從而導(dǎo)致緊密的溫度匹配。一般說(shuō)來(lái)，該曲線的總的形狀特別是點(diǎn)SV和點(diǎn)30、41之間的那一段，比以往可能接近的程度更接近熱源線A，所以本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)更高的效率。
為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明能夠取得的優(yōu)點(diǎn)，我們進(jìn)行了兩組計(jì)算。在這兩組計(jì)算中利用了相同的熱源。第一組計(jì)算涉及根據(jù)圖2所示的熱力循環(huán)系統(tǒng)的功率循環(huán)說(shuō)明例。在這一循環(huán)例中，工作流體是水-氨(水)的混合物，濃度為72.5氨水重量百分比(即氨水重量與工作流體總重量之比)。下面的表1列出了利用標(biāo)準(zhǔn)氨(水)-水焓/濃度曲線圖所進(jìn)行的理論計(jì)算的參數(shù)。在該表中，第一列中標(biāo)出的點(diǎn)相當(dāng)于圖2中標(biāo)出的點(diǎn)。
表1點(diǎn) 溫度 壓力 焓 氨水濃度 重量(絕對(duì)壓強(qiáng) (英熱量單 磅氨/總號(hào)數(shù) (華氏度) 磅/平方吋) 位/磅) 重量 磅/小時(shí)1 60.00 23.40 -79.72 .4392 104639.192-17 60.00 74.61 -79.72 .4392 52073.662-20 60.00 74.61 -79.72 .4392 52565.532 60.00 74.61 -79.72 .4392 104639.193-17 115.87 74.31 -16.82 .4392 52073.663-20 115.87 74.31 -16.82 .4392 52565.533 115.87 74.31 -16.82 .4392 104639.193-11 115.87 74.31 -16.82 .4392 26111.023-12 115.87 74.31 -16.82 .4392 37736.673-16 115.87 74.31 -16.82 .4392 40791.514-11 134.02 74.11 45.97 .4392 26111.024-12 134.02 74.11 45.97 .4392 37736.674-16 134.02 74.11 45.97 .4392 40791.514 134.02 74.11 45.97 .4392 104639.195 148.23 73.91 104.42 .4392 104639.196 148.23 73.91 625.12 .9688 13821.007 148.23 73.91 25.19 .3586 90818.198 148.23 73.91 25.19 .3586 9197.349 148.23 73.91 385.41 .7250 23018.3410 148.23 73.91 25.19 .3586 81620.85
表1(續(xù))點(diǎn) 溫度 壓力 焓 氨水濃度 重量(絕對(duì)壓強(qiáng) (英熱量單 磅氨/總號(hào)數(shù) (華氏度) 磅/平方吋) 位/磅) 重量 磅/小時(shí)11 123.01 73.71 314.18 .7250 23018.3412 122.52 73.91 -3.84 .3586 81620.8513 101.31 73.61 245.97 .7250 23018.3414 60.00 73.51 -48.36 .7250 23018.3415 148.23 23.90 548.21 .7250 23018.3416 122.01 23.70 436.94 .7250 23018.3417 75.00 23.60 294.63 .7250 23018.3418 84.37 23.60 30.22 .4392 104639.1919 86.01 23.60 -44.35 .3586 81620.8520 86.71 73.91 -44.35 .3586 81620.8521 60.00 1574.00 -48.36 .7250 23018.3422 119.01 1573.00 19.85 .7250 23018.3423-14 55.00 - - WATER 741492.8123-1 55.00 - - WATER 485596.4823 55.00 - - WATER 1227089.2924-13 64.14 - - WATER 741492.8124-18 78.69 - - WATER 485596.4824 69.90 - - WATER 1227089.2925 1040.00 - 235.95 GAS 125248.0026 152.82 - 13.26 GAS 125248.00
表1(續(xù))點(diǎn) 溫度 壓力 焓 氨水濃度 重量(絕對(duì)壓強(qiáng) (英熱量單 磅氨/總號(hào)數(shù) (華氏度) 磅/平方吋) 位/磅) 重量 磅/小時(shí)30 990.00 1570.00 1231.52 .7250 23018.3431 918.46 1090.00 1187.99 .7250 23018.3432 841.93 734.00 1141.40 .7250 23018.3433 756.84 470.00 1090.03 .7250 23018.3434 664.37 288.00 1035.14 .7250 23018.3435 565.61 168.00 978.08 .7250 23018.3436 453.43 87.00 915.46 .7250 23018.3437 367.12 50.00 868.77 .7250 23018.3438 262.47 24.10 813.91 .7250 23018.34
上述循環(huán)的輸出為2，595.78千瓦當(dāng)量，循環(huán)效率為31.78%。
在第二種情況分析中，本發(fā)明所說(shuō)明的功率循環(huán)被應(yīng)用于上述情況分析中的裝置。鍋爐內(nèi)采用相同壓強(qiáng)，工作流體采用相同成份，冷卻水采用相同溫度。下面的表2例出了再次利用標(biāo)準(zhǔn)氨-水和焓/濃度曲線圖所進(jìn)行的理論計(jì)算的參數(shù)。在下面表2中，點(diǎn)1-21符合圖2中專門標(biāo)出的點(diǎn)，點(diǎn)23-55符合其中圖1上專門標(biāo)出的點(diǎn)。
關(guān)于本第二種情況分析，計(jì)算出下列數(shù)據(jù)
表2點(diǎn) 溫度 壓強(qiáng) 焓 氨水濃度 重量(絕對(duì)壓強(qiáng) (英熱量單 磅氨/總號(hào)數(shù) (華氏度) 磅/平方吋) 位/磅) 重量 磅/小時(shí)1 60.00 25.60 -79.85 .4536 105580.762-17 60.00 74.61 -79.85 .4536 50589.802-20 60.00 74.61 -79.85 .4536 54990.972 60.00 74.61 -79.85 .4536 105580.763-17 111.28 74.31 -22.07 .4536 50589.803-20 111.28 74.31 -22.07 .4536 54990.973 111.28 74.31 -22.07 .4536 105580.763-11 111.28 74.31 -22.07 .4536 28091.823-12 111.28 74.31 -22.07 .4536 40205.783-16 111.28 74.31 -22.07 .4536 37283.164-11 127.49 74.11 33.90 .4536 28091.824-12 127.49 74.11 33.90 .4536 40205.784-16 127.49 74.11 33.90 .4536 37283.164 127.49 74.11 33.90 .4536 105580.765 142.00 73.91 93.93 .4536 105580.766 142.00 73.91 618.89 .9741 13639.057 142.00 73.91 16.07 .3764 91941.718 142.00 73.91 16.07 .3764 9745.959 142.00 73.91 367.65 .7250 23385.0010 142.00 73.91 16.07 .3764 82195.76
表2(續(xù))點(diǎn) 溫度 壓強(qiáng) 焓 氨水濃度 重量(絕對(duì)壓強(qiáng) (英熱量單 磅氨/總號(hào)數(shù) (華氏度) 磅/平方吋) 位/磅) 重量 磅/小時(shí)11 118.33 73.71 300.43 .7250 23385.0012 117.83 73.91 -11.31 .3764 82195.7613 99.03 73.61 237.69 .7250 23385.0014 60.00 73.51 -48.36 .7250 23385.0015 142.00 26.10 500.68 .7250 23385.0016 117.49 25.90 411.45 .7250 23385.0017 75.00 25.80 286.44 .7250 23385.0018 82.86 25.80 24.54 0.4536 105，580.7619 83.66 25.80 -49.97 0.3764 82，195.7620 83.66 73.91 -49.97 0.3764 82，195.7621 60.00 75.40 -48.36 0.7250 23，385.0022 114.33 1，574.40 14.38 0.7250 23，385.0023-14 55.00 - - WATER -23-1 55.00 - - WATER -23 55.00 - - WATER -24-13 63.88 - - WATER -24-18 76.79 - - WATER -24 69.07 - - WATER -25 040.00 - 235.95 GAS 125，248.0026 147.30 - 11.85 - 125，248.00
表2(續(xù))點(diǎn) 溫度 壓強(qiáng) 焓 氨水濃度 重量(絕對(duì)壓強(qiáng) (英熱量單 磅氨/總號(hào)數(shù) (華氏度) 磅/平方吋) 位/磅) 重量 磅/小時(shí)30 990.00 1，570.00 1，231.518 0.725 23，385.0031 925.50 1，140.00 1，192.105 0.725 23，385.0032 848.91 768.00 1，145.497 0.725 23，385.0033 769.84 510.00 1，097.707 0.725 23，385.0034 896.96 330.00 1，182.850 0.725 23，385.0035 803.24 210.00 1，123.792 0.725 23，385.0036 708.98 130.00 1，065.948 0.725 23，385.0037 602.31 72.40 1，002.486 0.725 23，385.0038 181.56 26.30 771.740 0.725 23，385.0040 769.84 510.00 1，097.707 0.725 23，385.0041 990.00 509.00 1，243.062 0.725 23，385.0042 602.31 72.40 1，002.486 0.725 23，385.0043 318.15 71.40 840.260 0.725 23，385.0044 293.55 1，570.00 233.915 0.725 23，385.0045 293.55 1，570.00 233.915 0.725 5，448.7146 293.55 1，570.00 233.915 0.725 17，936.3047 562.00 1，570.00 930.164 0.725 5，448.7148 562.00 1，570.00 930.164 0.725 17，936.3049 562.00 1，570.00 930.164 0.725 23，385.0050 1，040.00 - 235.950 GAS -
表2(續(xù))點(diǎn) 溫度 壓強(qiáng) 焓 氨水濃度 重量(絕對(duì)壓強(qiáng) (英熱量單 磅氨/總號(hào)數(shù) (華氏度) 磅/平方吋) 位/磅) 重量 磅/小時(shí)51 1，040.00 - 235.950 GAS -52 618.65 - 130.184 GAS -53 809.00 - 177.962 GAS -54 707.73 - 152.545 GAS -55 310.50 - 52.838 GAS -
本循環(huán)之輸出為2，800.96千瓦當(dāng)量，循環(huán)效率為34.59%，改進(jìn)比為1.079。額外之增益功率為204千瓦當(dāng)量(7.9%)。重量流率提高1.386%，放能損失降低6.514%。
因此，將渦輪級(jí)間的中間再熱與渦輪級(jí)間的中間冷卻結(jié)合起來(lái)，可從熱源回收高溫?zé)?，用于過(guò)熱過(guò)程，減小溫差。這種雙過(guò)熱引起的熱量虧損也由再冷卻過(guò)程中釋出的熱來(lái)補(bǔ)償(但是溫度低得多)，導(dǎo)致汽化過(guò)程中較低的溫差。
其結(jié)果是，鍋爐內(nèi)總的放能損失大大減小，整個(gè)循環(huán)的效率成比例地增高。
雖然本發(fā)明的新增部分本申請(qǐng)人過(guò)去提出的熱力循環(huán)會(huì)有重大的改進(jìn)，但是，本發(fā)明如應(yīng)用于傳統(tǒng)的蘭金循環(huán)裝置，則輸出之增加要高得多。這是因?yàn)樯鲜鰧＠枋龅难h(huán)較蘭金循環(huán)有效得多，因而進(jìn)一步改進(jìn)的余地就小了。
為了說(shuō)明用于蘭金循環(huán)的本發(fā)明可以得到的好處，我們進(jìn)行了兩組計(jì)算。這兩組計(jì)算都是以利用上面所描述的、具有相同冷卻水溫度和相同約束條件的相同熱源為基礎(chǔ)的。蘭金循環(huán)用純水作為工作流體，鍋爐內(nèi)單一壓強(qiáng)相當(dāng)于711.165磅/平方吋(絕對(duì)壓強(qiáng))，理論計(jì)算的總純輸出功率為1，800千瓦當(dāng)量，循環(huán)效率為22.04%。如改進(jìn)這種蘭金循環(huán)系統(tǒng)，使之包括再熱和中間冷卻，則改進(jìn)后的循環(huán)達(dá)到的理論計(jì)算輸出功率為2，207千瓦當(dāng)量，循環(huán)效率為27.27.02%。因此，改進(jìn)比為1.226，額外的功率增益為407千瓦當(dāng)量。
雖然本發(fā)明描述了一種優(yōu)選的實(shí)施方案，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)由此想出一些變更和改進(jìn)方案。在所附的權(quán)利要求
書中，希望包括符合本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的所有這些變更和改進(jìn)方案。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)的一種方法，其特征在于包括下列步驟使氣態(tài)工作流體膨脹從而將其能量轉(zhuǎn)換為可用形式；使所述膨脹的氣態(tài)工作流體冷卻；使所述冷卻的工作流體膨脹至耗盡低壓級(jí)從而將其能量轉(zhuǎn)換為可用形式；使所述用過(guò)的工作流體冷凝；以及利用冷卻期間從所述膨脹的氣態(tài)工作流體傳導(dǎo)來(lái)的熱量使所述冷凝的工作流體汽化。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于其中所述汽化步驟包括下列步驟將所述冷凝的工作流體分裂為兩個(gè)不同的流體流;使所述流體流中的第一個(gè)流體流在蒸發(fā)器中汽化;并使所述流體流中第二個(gè)流體流在有膨脹的氣態(tài)工作流體存在的情況下汽化，而使所述膨脹的氣態(tài)工作流體冷卻，并使所述第二個(gè)流體流汽化。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的方法，其特征在于包括在所述冷凝的工作流體分裂為兩個(gè)獨(dú)立的 流體流之前預(yù)熱所述冷凝的工作流體這一步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于包括使所述工作流體膨脹至所述流體變?yōu)轱柡鸵后w的耗盡低壓級(jí)這一步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征是其中所述的工作流體是一種單組分工作流體。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征是其中所述工作流體至少包括兩個(gè)具有不同沸點(diǎn)的組分。
7.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于包括下列步驟在使所述氣態(tài)工作流體膨脹之后再熱所述工作流體;并在再熱之后但在所述冷卻步驟之前使所述工作流體再次膨脹。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，其特征在于包括下列步驟提供加熱流體流;所述加熱流體為預(yù)熱所述工作流體和加熱所述第一個(gè)流體流提供熱量;利用一部分所述加熱流體過(guò)熱所述汽化的冷凝工作流體，并利用另一部分所述加熱流體預(yù)熱所述氣態(tài)工作流體。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的方法，其特征在于包括如下步驟在用所述加熱流體汽化所述冷凝的工作流體之前把所述用于再熱的加熱流體之所述部分與所述加熱流體之殘余部分重新組合在一起。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于其中所述冷卻步驟包括基本上使所有的氣態(tài)工作流體冷卻并在此之后基本上使所有的所述冷卻的工作流體膨脹這一步驟。
11.本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)循環(huán)的一種方法，其特征在于包括下列步驟使汽化的工作流體過(guò)熱;使所述過(guò)熱的流體膨脹從而將其能量轉(zhuǎn)換為可用形式;再熱所述膨脹的流體;使所述再熱的流體膨脹從而將其能量轉(zhuǎn)換為可用形式;冷卻所述膨脹后再熱的流體;使所述冷卻的流體膨脹至耗盡的低壓級(jí)從而將其能量轉(zhuǎn)換為可用形式;冷凝所述用過(guò)的工作流體;以及利用冷卻期間從所述膨脹后再熱的流體中傳導(dǎo)出來(lái)的熱量汽化所述冷凝的工作流體。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其特征在于包括為過(guò)熱和汽化所述工作流體提供一種作為熱源的流體介質(zhì)這一步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的方法，其特征在于包括下列步驟用一部分所述流體熱源再熱所述膨脹的流體;用另一部分所述流體熱源過(guò)熱所述汽化的工作流體;以及重新組合所述兩個(gè)流體流以汽化所述冷凝的流體。
14.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其特征在于包括預(yù)熱所述冷凝的工作流體這一步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14所述的方法，其特征在于包括下列步驟把所述預(yù)熱的流體分裂為兩個(gè)流體流;所述流體流中的一個(gè)流體流在第一個(gè)蒸發(fā)器中汽化;所述流體流中的另一個(gè)流體流被冷卻期間從所述膨脹后再熱的流體傳導(dǎo)出的所述熱量所汽化;以及重新組合所述流體流，然后過(guò)熱該工作流體。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15所述的方法，其特征是其中所述冷卻步驟包括冷卻大部分所述膨脹的再熱流體這一步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求
15所述的方法，其特征是其中所述冷卻步驟包括基本上冷卻所有的所述膨脹的再熱流體，然后基本上使所有的所述冷卻的流體膨脹這一步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其特征在于包括使待再熱的膨脹的流體之溫度大致等于待冷卻的膨脹的流體之溫度這一步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其特征在于包括使冷卻前流體之溫度一般地高于正在汽化的工作流體的飽和蒸汽之溫度這一步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其特征在于包括使冷卻的流體之溫度高于正在汽化的工作流體的飽和液體之溫度這一步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其特征在于包括使冷卻過(guò)程返回給權(quán)利要求
11所指系統(tǒng)的熱量大致等于再熱所消耗的熱量這一步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的方法，其特征在于其中所述工作流體是一個(gè)多元流體流。
23.本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)的一種方法，其特征在于包括下列步驟預(yù)熱初始工作流體至接近沸點(diǎn)的溫度;將預(yù)熱的初始工作流體分裂為第一和第二流體流;用第一個(gè)熱源汽化所述第一流體流;用第二個(gè)熱源汽化所述第二流體流;重新組合所述汽化的第一和第二流體流;過(guò)熱所述重新組合的工作流體以產(chǎn)生增壓的氣態(tài)主工作流體;使增壓的主工作流體膨脹從而將其能量轉(zhuǎn)換為可用形式;再熱所述已膨脹的增壓的主工作流體;使再熱的主工作流體膨脹從而將其能量轉(zhuǎn)換為可用形式;基本上冷卻所有的膨脹、再熱的增壓的主工作流體從而為汽化所述第二流體流提供所述熱源;使冷卻的主工作流體膨脹到耗盡低壓級(jí)從而將其能量轉(zhuǎn)換為可用形式;以及冷卻所述冷凝的和用過(guò)的主工作流體從而形成所述初始工作流體。
24.本發(fā)明是實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)的一種裝置，其特征在于包括下列組成部分一個(gè)由第一渦輪機(jī)組和第二渦輪機(jī)組組成的渦輪裝置，每個(gè)渦輪機(jī)組至少包括一個(gè)渦輪級(jí)，所述渦輪機(jī)組中的每個(gè)機(jī)組有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口;以及一個(gè)連接在所述第一渦輪機(jī)組的出氣口和所述第二渦輪機(jī)組的進(jìn)氣口之間的渦輪氣體冷卻器，這樣，通過(guò)渦輪裝置的大部分流體都經(jīng)過(guò)渦輪氣體冷卻器并回到所述渦輪裝置。
25.根據(jù)權(quán)利要求
24所述的裝置，其特征在于其中所述第一渦輪機(jī)組包括第一渦輪段和第二渦輪段，所述渦輪段中每一段至少包括一個(gè)渦輪級(jí)并有一個(gè)進(jìn)氣口和一個(gè)出氣口，所述裝置還包括一個(gè)連接在所述第一渦輪段的出氣口和所述第二渦輪段的進(jìn)氣口之間的渦輪氣體再熱器。
26.根據(jù)權(quán)利要求
25所述的裝置，其特征在于包括一個(gè)與所述第二渦輪機(jī)組的出氣口連接的冷凝子系統(tǒng)和一個(gè)連接在所述第一渦輪機(jī)組的進(jìn)氣口與所述冷凝子系統(tǒng)的出口菅之間的鍋爐，所述鍋爐包括一個(gè)預(yù)熱部分、一個(gè)汽化部分和一個(gè)過(guò)熱部分。
27.根據(jù)權(quán)利要求
26所述的裝置，其特征在于其中所述預(yù)熱部分與所述蒸發(fā)器和所述渦輪氣體冷卻器射流地連接，以致來(lái)自所述預(yù)熱部分的流體流可在所述渦輪氣體冷卻器和所述汽化部分汽化。
28.根據(jù)權(quán)利要求
27所述的裝置，其特征在于其中所述的鍋爐可與一個(gè)流體熱源連接，所述的再熱器包括將所述熱源導(dǎo)至所述再熱器從而繞過(guò)所述的過(guò)熱器的裝置以及將所述熱源的所述部分在進(jìn)入所說(shuō)汽化部分之前返回到權(quán)項(xiàng)27所指的流體流的裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求
26所述的裝置，其特征在于其中所述冷凝子系統(tǒng)是一個(gè)冷凝多元工作流體的分餾裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求
24所述的裝置，其特征在于其中所述氣體冷卻器被安排來(lái)接收基本上所有通過(guò)所述渦輪的流體流并將所述流體流返回到所述渦輪裝置。
專利摘要
通過(guò)中間冷卻實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)的一種方法和裝置。它包括一個(gè)冷凝子系統(tǒng)，一個(gè)鍋爐和一個(gè)渦輪。鍋爐可包括一個(gè)預(yù)熱器，一個(gè)蒸發(fā)器和一個(gè)過(guò)熱器。流體在渦輪內(nèi)初始膨脹后可導(dǎo)至再熱器從而提高過(guò)熱可用溫度。流體回到渦輪并進(jìn)一步膨脹之后可從渦輪回收并在中間冷卻器內(nèi)冷卻。此后，流體回到渦輪再次膨脹。渦輪氣體之冷卻可為汽化提供附加熱量。中間冷卻可補(bǔ)償用于再熱的熱量，并可回收經(jīng)最終渦輪膨脹之后的可用熱量不然這熱量將無(wú)用。
文檔編號(hào)F01K7/22GK86101160SQ86101160
公開日1986年8月27日 申請(qǐng)日期1986年2月26日
發(fā)明者亞力山大·I·卡林納 申請(qǐng)人:亞力山大·I·卡林納導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan