CN104619959A - 通过有机朗肯循环(orc)从多个热源回收能量的系统 - Google Patents

通过有机朗肯循环(orc)从多个热源回收能量的系统 Download PDF

Info

Publication number
CN104619959A
CN104619959A CN201280075837.1A CN201280075837A CN104619959A CN 104619959 A CN104619959 A CN 104619959A CN 201280075837 A CN201280075837 A CN 201280075837A CN 104619959 A CN104619959 A CN 104619959A
Authority
CN
China
Prior art keywords
loop
vaporizer
parallel
thermal source
turbo machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201280075837.1A
Other languages
English (en)
Inventor
尤哈·洪卡图基亚
安蒂-佩卡·乌西塔洛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tri O Gen Group Bv
Original Assignee
Tri O Gen Group Bv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tri O Gen Group Bv filed Critical Tri O Gen Group Bv
Publication of CN104619959A publication Critical patent/CN104619959A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1807—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage

Abstract

在具有平行预热器和蒸发器的ORC能量转换器中，通过普通ORC能量转换器中的平行蒸发器来利用内燃机的不同废热流。所述具有平行蒸发器的ORC能量转换器具有用于每个蒸发器的相同工作流体，且该工作流体在预进料系统或进料系统之后分离，该流体流在蒸发器或在冷凝器入口处混合。同样，可将蒸发器的工作流体侧进行合并，使得只有热源侧被分离出来。

Description

通过有机朗肯循环(ORC)从多个热源回收能量的系统
本发明涉及一种通过有机朗肯循环(ORC)从多个热源回收能量的系统。本发明还涉及在该系统中使用的一组蒸发器。
在内燃机的发电设备，如气体发动机的发电设备中，电力生产可利用具有蒸汽朗肯循环或有机朗肯循环(ORC)的发动机的废热蒸汽来增加。ORC过程是一种朗肯过程，其使用有机工作流体来替代水/蒸汽循环。在一个设计好的热回收系统中，电力生产可高至15%，但这种系统的实际实施却非常困难，因为其涉及高温废热蒸汽的使用，例如来自废气的废热，以及低温废热蒸汽的利用，例如来自增压气体以及发动机冷却水的废热。基于有机朗肯循环而转换的能量提供了有效的方式来在小规模范围内利用低温废热，而蒸汽朗肯循环一般用于较大规模的从高温废热蒸汽中进行热回收。利用不同温度水平的废热蒸汽一般导致具有不同工作流体的复杂废热回收系统。
本发明的目的在于对上述问题提供改善。根据本发明的这个目的，可通过用于通过有机朗肯循环(ORC)从多个热源回收能量的系统来获得，所述系统包括有机工作流体在其中循环的回路，该回路包括至少一个涡轮机，至少一个冷凝器，至少一个泵以及至少两个平行设置的蒸发器，每个所述蒸发器与其中一个所述热源为热传递接触。
根据本发明的ORC能量回收系统的一个优选实施例中，该回路还包括至少两个预热器，该两个预热器平行设置并处于各个蒸发器的上游，每个所述预热器与其中一个所述热源为热传递接触。
为了减少单独部件以及连接的数量，并提供一种结构和功能有效的系统，每个所述预热器优选地与各自的蒸发器集成为一体。
为了说明本发明的效果，现在将所要求保护的具有平行蒸发器的ORC能量回收系统与用于在每个ORC系统中使用单个蒸发器的每个热源的单独传统ORC热回收系统进行比较。当考虑利用具有多个ORC过程的内燃机的废热蒸气时，废热回收系统将非常复杂，并相对昂贵。如果废热蒸气与装有平行预热器和蒸发器的ORC过程一起使用，该废热回收系统将更加简单，且所需的系统部件更少。例如可使用一个冷凝器和一个预进料系统来替代多个冷凝器和预进料系统。相对于装备单一蒸发器的传统ORC系统来说，估计利用本发明的系统来从往复式发动机的不同废热蒸气中回收能量变得更加便宜。
在小规模的ORC能量转换器中，与更大的ORC能量转换单元相比，次级损失更大。使用具有平行预热器以及蒸发器的ORC系统将减少这些损失，因为不需要用于每个废热蒸汽的独立涡轮机以及其它部件，但仅需要一个包括单独涡轮机的过程来用于多个废热蒸汽。
用于利用不同废热蒸汽的普通ORC系统中的平行预热器和蒸发器的使用允许ORC能量转换器设置在单个的相对较小尺寸的套管中，其允许了ORC能量转换器的使用还可在相对于多个独立的ORC能量转换器的较小空间内。
在根据本发明的ORC能量回收系统的另一个优选实施例中，平行的蒸发器和/或平行的预热器可集成到与回路连接的结构中，并与所述多个热源为热传递接触。还通过将蒸发器和/或预热器的工作流体侧进行结合，使得只有这些部件的热源侧为独立的，进一步实现节省。
根据本发明的ORC能量回收系统的进一步优选实施例在以下的从属权利要求中进行限定：
本发明在以下说明以及附图中进行阐述，其中相应的元件通过以100来增加的附图标记来表示，其中：
图1展示了传统高速ORC能量转换器的操作原理；
图2展示了根据本发明的ORC能量回收系统的第一实施例，该ORC回收系统具有用于结合不同热源，以对一个ORC能量转换器进行进料的平行蒸发器；
图3展示了根据本发明的ORC能量回收系统的第二实施例，该系统与具有大致不同温度的热源一起使用；以及
图4展示了平行蒸发器的变形例，其中当工作流体侧结合时，热源侧为独立的。
图1所示的高速ORC能量转换器10为结合的预热器和蒸发器1，涡轮机2，冷凝器6以及进料泵5，它们都通过用于有机工作流体的循环回路C来连接。同样，可在ORC能量转换器中使用换热器4以及预进料泵7。该液态有机工作流体通过进料泵5来进行加压至高压，并随后进入结合的预热器和蒸发器1。该工作流体在预热器部分PH进行预加热，并随后通过热源HS在蒸发器部分EV进行蒸发，工作流体通过该热源HS为热传接触。随后蒸发的工作流体进入涡轮机2并随后膨胀，引起涡轮机2旋转。涡轮机2的旋转通过发电机3转化成电力。离开涡轮机2的工作流体一般为处于高温的干的蒸汽，且该工作流体可在进入结合的预热器和蒸发器1之前在该换热器4中用于在该液态工作流体的最初预热。低温蒸汽随后在冷凝器6中进行冷凝，并在一个或两个步骤中再次加压。在两个步骤的情况下，如实施例中所示，其可通过预进料泵7和进料泵5来实现-它们通过涡轮机2来驱动。可需要地使用预进料泵来提供该进料泵充足的初始压力，并/或提供轴承润滑的压力。
根据本发明的ORC能量转化系统100的原理，以及其如图2所示的平行蒸发器。基本的元件为普通ORC能量转换器中的平行蒸发器EV-A, EV-B，该平行蒸发器利用独立的废热流HS1, HS2（例如：在最初的热回收以及增压气体中冷热之后的废气热，它们都是来自内燃机）。在示例实施例中，每个蒸发器EV-A, EV-B与各自的预热器PH-A, PH-B结合成为集成的预热器/蒸发器101A, 101B。该ORC能量转换器110使用了每个预热器/蒸发器101A，101B的普通工作流体，且用于工作流体的回路C在普通的预进料或进料回路之后在处于平行预热器/蒸发器的上游处位置108处分流成分支B1，B2。同样，可使用普通的冷凝器106用于整个工作流体流。如果在每个预热器/蒸发器101A，101B中的工作流体压力水平和温度水平是一样的，可在循环中使用普通的进料泵105和普通的涡轮机102。在这种情况下，分支B1和B2在该涡轮机102的上游的位置109处汇聚在一起。最后，该实施例还包括在涡轮机102和冷凝器106之间的换热器104。
在示例的实施例中，在第一预热器/蒸发器101A和涡轮机102之间可设置过热器SH。该使用废气热的过热器SH可与预热器/蒸发器101A集成为一体。其用作使离开第一预热器/蒸发器101A的蒸发器部分EV-A的工作流体蒸气过热，其程度使得从两个平行预热器/蒸发器101A，101B而进入涡轮机102的工作流体蒸气的混合物具有充足的热量，以防止涡轮机102中的冷凝。
尽管在所展示的实施例中，蒸发器EV-A, EV-B为完全分离的，在某些情况下，平行蒸发器的工作流体侧可进行结合。在这种实施例中，如图4所示，只有蒸发器EV-A, EV-B的热源侧需要分离。相同的想法还可用于平行预热器PH-A, PH-B。这可在如果废热流通过室111A, 111B来导向，且如果预热器/蒸发器101A，101B包括用于流经这些室111A，111B的有机工作流体WF的普通导管或管112。这种实施例可从结构点方面来说更加简单。
如图3所示的，在根据本发明的ORC能量回收系统210的替代性实施例中，该系统210特别适用于不同热源HS1, HS2, HS3具有大致不同的温度的情况下。在这种情况下，热源HS1可为来自内燃机的废气热，该废气热具有相对高的温度，同时，热源HS2和HS3可为分别来自中冷器以及发动机冷却循环的热，它们具有更低的温度。该实施例中的回路C具有高温/高压分支BL。只有冷凝器206和预进料泵207被两个分支BH, BL.共用。高温/高压分支BH包括专用的高压循环进料泵205H，高温蒸发器201H，其与预热器结合，并包括一个高压循环涡轮机202H。通过相似的方式，低温/低压分支BL包括低压循环进料泵205G以及低压循环涡轮机202L。在进料泵205L和涡轮机202L之间，低温/低压分支BL在208处分成两个分支BL1, BL2，该两个分支导致了两个平行的低温蒸发器201L1, 201L2，每个平行的低温蒸发器再次与预热器结合。这些分支在209处汇聚在一起，以引导普通的蒸汽流到低压涡轮机202L。
尽管本发明可通过两个实施例来进行阐明，但其不应限于此。可设想对本发明的概念进行许多变化和调整。本发明的范围仅通过权利要求来限制。

Claims (15)

1.用于通过有机朗肯循环（ORC）从多个热源回收能量的系统，包括：回路，该回路中循环着有机工作流体，所述回路包括至少一个涡轮机、至少一个冷凝器//至少一个泵以及至少两个平行设置的蒸发器，每个所述蒸发器与其中一个所述热源热传递接触。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述回路还包括至少两个预热器，所述至少两个预热器平行设置，并处于各自蒸发器的上游处，每个所述预热器与其中一个所述热源热传递接触。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，每个所述预热器与各自的蒸发器集成为一体。
4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，每个预热器具有一个入口，该入口与源自至少一个泵的回路的液态进料线连接，且其中每个所述蒸发器具有一个出口，该出口与导向到至少一个涡轮机的蒸气线连接。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括过热器，所述过热器设置在至少其中一个蒸发器的出口和涡轮机之间。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述过热器与各自的蒸发器集成为一体。
7.根据前述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，平行的所述蒸发器集成到与回路连接的结构中，并与所述多个热源热传递接触。
8.根据前述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，平行的所述预热器集成到与回路连接的结构中，并与所述多个热源热传递接触。
9.根据前述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述至少一个泵包括在所述回路中串联设置的预进料泵和进料泵。
10.根据前述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，在所述回路中、在所述至少一个涡轮机和所述至少一个冷凝器之间，设置有换热器，且所述回路的位于所述至少一个泵和所述至少一个蒸发器之间的部分设置在所述换热器内。
11.根据前述任一项权利要求所述的系统，其特征在于，至少两个热源具有大致不同的温度，且该回路具有至少两个分支，每个分支包括至少一个蒸发器和与该热源的温度匹配的涡轮机。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，其中一个所述热源与发动机排气连接，且处在对应分支内的涡轮机为高压涡轮机；其它热源的至少其中之一与发动机冷却回路或增压气体中冷器连接，且处在对应分支内的涡轮机为低压涡轮机。
13.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，至少一个所述分支包括至少两个平行的蒸发器，其与不同的热源热传递接触。
14.至少两个平行蒸发器组成的蒸发器组，其用于根据本发明前述任一项权利要求所述的系统，其中，所述至少两个平行蒸发器设置为与不同的多个热源中的不同热源进行热传递接触。
15.根据权利要求14所述的蒸发器组，其特征在于，还包括至少两个预热器，所述至少两个预热器平行设置，并处于各自蒸发器的上游处，每个所述预热器设置成与其中一个所述热源热传递接触。
CN201280075837.1A 2012-08-03 2012-08-03 通过有机朗肯循环(orc)从多个热源回收能量的系统 Pending CN104619959A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/NL2012/050548 WO2014021708A1 (en) 2012-08-03 2012-08-03 System for recovering through an organic rankine cycle (orc) energy from a plurality of heat sources

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104619959A true CN104619959A (zh) 2015-05-13

Family

ID=46650847

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280075837.1A Pending CN104619959A (zh) 2012-08-03 2012-08-03 通过有机朗肯循环(orc)从多个热源回收能量的系统

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20150252692A1 (zh)
EP (1) EP2895708B1 (zh)
JP (1) JP2015528083A (zh)
KR (1) KR20150036784A (zh)
CN (1) CN104619959A (zh)
WO (1) WO2014021708A1 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108138605A (zh) * 2015-08-24 2018-06-08 沙特阿拉伯石油公司 由综合加氢裂化和柴油加氢处理设备中的废热发电
CN108431376A (zh) * 2015-10-21 2018-08-21 奥尔灿能源股份公司 热力循环和热源的功能协同效应
US10961873B2 (en) 2015-08-24 2021-03-30 Saudi Arabian Oil Company Power generation from waste energy in industrial facilities

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103527271B (zh) * 2013-10-21 2015-07-08 上海交通大学 非能动式低温热能有机物工质发电方法
WO2017088924A1 (en) * 2015-11-26 2017-06-01 Tri-O-Gen Group B.V. Method and apparatus for preventing fouling of a heat exchanger element

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3830062A (en) * 1973-10-09 1974-08-20 Thermo Electron Corp Rankine cycle bottoming plant
US20050262842A1 (en) * 2002-10-11 2005-12-01 Claassen Dirk P Process and device for the recovery of energy
CN101107425A (zh) * 2004-11-30 2008-01-16 开利公司 用于利用废热产生电力的方法和设备
US20100071368A1 (en) * 2007-04-17 2010-03-25 Ormat Technologies, Inc. Multi-level organic rankine cycle power system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006043835A1 (de) * 2006-09-19 2008-03-27 Bayerische Motoren Werke Ag Wärmetauscheranordnung
JP2010071091A (ja) * 2008-09-16 2010-04-02 Fuji Electric Holdings Co Ltd 複合発電システム
US8850814B2 (en) * 2009-06-11 2014-10-07 Ormat Technologies, Inc. Waste heat recovery system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3830062A (en) * 1973-10-09 1974-08-20 Thermo Electron Corp Rankine cycle bottoming plant
US20050262842A1 (en) * 2002-10-11 2005-12-01 Claassen Dirk P Process and device for the recovery of energy
CN101107425A (zh) * 2004-11-30 2008-01-16 开利公司 用于利用废热产生电力的方法和设备
US20100071368A1 (en) * 2007-04-17 2010-03-25 Ormat Technologies, Inc. Multi-level organic rankine cycle power system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108138605A (zh) * 2015-08-24 2018-06-08 沙特阿拉伯石油公司 由综合加氢裂化和柴油加氢处理设备中的废热发电
US10767932B2 (en) 2015-08-24 2020-09-08 Saudi Arabian Oil Company Recovery and re-use of waste energy in industrial facilities
US10801785B2 (en) 2015-08-24 2020-10-13 Saudi Arabian Oil Company Recovery and re-use of waste energy in industrial facilities
CN108138605B (zh) * 2015-08-24 2021-03-12 沙特阿拉伯石油公司 由综合加氢裂化和柴油加氢处理设备中的废热发电
US10961873B2 (en) 2015-08-24 2021-03-30 Saudi Arabian Oil Company Power generation from waste energy in industrial facilities
CN108431376A (zh) * 2015-10-21 2018-08-21 奥尔灿能源股份公司 热力循环和热源的功能协同效应
US10577984B2 (en) 2015-10-21 2020-03-03 Orcan Energy Ag Functional synergies of thermodynamic cycles and heat sources

Also Published As

Publication number Publication date
EP2895708B1 (en) 2017-05-10
KR20150036784A (ko) 2015-04-07
EP2895708A1 (en) 2015-07-22
WO2014021708A1 (en) 2014-02-06
US20150252692A1 (en) 2015-09-10
JP2015528083A (ja) 2015-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102084093B (zh) 用于使热动力循环系统运行的方法以及热动力循环系统
US20110314818A1 (en) Cascaded condenser for multi-unit geothermal orc
JP5339193B2 (ja) 排ガス熱回収装置
US11655736B2 (en) Combined cycle power plant with improved efficiency
CN105003351A (zh) 对气体机余热能进行梯级回收的多能量形式输出的能源塔
US9279347B2 (en) High temperature ORC system
BRPI0619376B1 (pt) Sistema de ciclo térmico, central elétrica, sistema de geração de energia elétrica de ciclo térmico compósito e instalação de calor útil de geração de energia
WO2010143049A2 (en) Waste heat recovery system
US10309259B2 (en) CO2 power generation system
CN104619959A (zh) 通过有机朗肯循环(orc)从多个热源回收能量的系统
CN107939548A (zh) 新型内燃机余热利用冷热电联供系统及其工作方法
WO2014147248A1 (en) Power generation system and method to operate
KR102011859B1 (ko) 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템
US10344626B2 (en) Hybrid power generation system
CN103343734A (zh) 一种增加润滑油循环回路的单螺杆膨胀机中低温地热发电系统
WO2013003055A1 (en) Geothermal power plant utilizing hot geothermal fluid in a cascade heat recovery apparatus
KR20140085003A (ko) 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템
US20030150403A1 (en) Stratified vapor generator
CN103775146A (zh) 一种风冷膨胀发电机系统
CN104110284B (zh) 低温热发电有机介质循环系统
Hwang et al. CO 2 power generation system
BR102015002645A2 (pt) sistema, processo e uso de sistema para reaproveitamento de energia térmica proveniente de uma fonte de calor
KR20140085002A (ko) 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150513

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication