JP2015525846A - Triple expansion waste heat recovery system and method - Google Patents

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Abstract

廃熱回収システムが提供される。廃熱回収システムは、作用流体を循環させるためのランキンサイクルシステムを含む。ランキンサイクルシステムは、熱源から作用流体に熱を移動させるように構成された少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラーを含む。ランキンサイクルシステムはまた、少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラーから加熱された作用流体を受け取るように構成された第1のエキスパンダを含む。さらにランキンサイクルは、少なくとも1つの発電機に結合された第2のエキスパンダと、第3のエキスパンダとを含む。廃熱回収システムはまた、冷却するために第1のエキスパンダ、第2のエキスパンダおよび第3のエキスパンダから低圧で作用流体を受け取るように構成されたコンデンサと、コンデンサから作用流体の冷却され凝縮された流れを受け取るためにコンデンサに接続されたポンプとを含む。【選択図】図1A waste heat recovery system is provided. The waste heat recovery system includes a Rankine cycle system for circulating a working fluid. The Rankine cycle system includes at least one first waste heat recovery boiler configured to transfer heat from a heat source to a working fluid. The Rankine cycle system also includes a first expander configured to receive heated working fluid from at least one first waste heat recovery boiler. The Rankine cycle further includes a second expander coupled to the at least one generator and a third expander. The waste heat recovery system also includes a condenser configured to receive working fluid at a low pressure from the first expander, the second expander, and the third expander for cooling, and cooling of the working fluid from the condenser. And a pump connected to the condenser for receiving the condensed stream. [Selection] Figure 1

Description

本出願は一般に発電に関し、より詳細には電気の生成を目的として異なる温度を有する複数の熱源から廃熱を回収するためのシステムおよび方法に関する。   This application relates generally to power generation, and more particularly to a system and method for recovering waste heat from a plurality of heat sources having different temperatures for the purpose of generating electricity.

多くの工業電力要件は、最小限の環境への影響で電気または機械的動力を提供し、既存の電力網に容易に統合される、あるいはスタンドアローンユニットとして迅速に据えらることができる発電システムから利益を得ることができる。ガスタービンまたは大型の往復機関などの燃焼機関は、工業用途における発電に適しているが、ますますコストがかさみつつある燃料に依拠しており、また排気および廃熱を発生させる。廃熱の排出を増やさずに、かつ追加の燃料を必要とせずに燃焼機関の廃熱から電気を生成するための1つの方法はボトミングサイクルを適用することである。ボトミングサイクルは、例えばエンジンなどの熱源から廃熱を利用し、その熱エネルギーを電気に変換する。大型の燃焼機関用のボトミングサイクルとしてランキンサイクルが適用されることが多い。ランキンサイクルはまた、地熱または工業用の熱源から電力を生成するのも利用される。基本的なランキンサイクルには、ターボ発電機、ボイラー、コンデンサおよび給水ポンプが含まれる。   Many industrial power requirements come from power generation systems that provide electrical or mechanical power with minimal environmental impact and can be easily integrated into existing power grids or quickly installed as stand-alone units. You can make a profit. Combustion engines such as gas turbines or large reciprocating engines are suitable for power generation in industrial applications, but rely on increasingly costly fuels and generate exhaust and waste heat. One way to generate electricity from combustion engine waste heat without increasing waste heat emissions and without the need for additional fuel is to apply bottoming cycles. The bottoming cycle uses waste heat from a heat source such as an engine and converts the heat energy into electricity. The Rankine cycle is often applied as a bottoming cycle for a large combustion engine. The Rankine cycle is also utilized to generate power from geothermal or industrial heat sources. The basic Rankine cycle includes a turbo generator, a boiler, a condenser, and a feed pump.

廃熱から電気を生成するために提供される1つの従来式のシステムにおいて、作用流体として二酸化炭素を使用するランキンサイクルシステムが伝熱式熱交換器と併せて使用される。しかしながら廃熱源から回収することができる熱の量は、作用流体のボイラー入口温度が伝熱式熱交換器を通過した後上昇するために制限される。ボイラーの効率は低下し、熱の投入ならびに電力の出力が制限される。   In one conventional system provided to generate electricity from waste heat, a Rankine cycle system using carbon dioxide as the working fluid is used in conjunction with a heat transfer heat exchanger. However, the amount of heat that can be recovered from the waste heat source is limited because the boiler inlet temperature of the working fluid rises after passing through the heat transfer heat exchanger. Boiler efficiency is reduced and heat input and power output are limited.

国際公開第2012/074940号パンフレットInternational Publication No. 2012/074940 Pamphlet

したがって、最大の廃熱を利用し、増大した正味電力を生成するランキンサイクルシステムに対する要望がある。   Accordingly, there is a need for a Rankine cycle system that utilizes maximum waste heat and generates increased net power.

本発明の一実施形態によって、廃熱回収システムが提供される。廃熱回収システムは、作用流体を循環させるためのランキンサイクルシステムを含む。ランキンサイクルシステムは、熱源から作用流体に熱を移動させるように構成された少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラーを含む。ランキンサイクルシステムはまた、少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラーから加熱された作用流体を受け取るように構成された第1のエキスパンダを含む。さらにランキンサイクルシステムは、少なくとも1つの発電機に結合された第2のエキスパンダと、第3のエキスパンダとを含む。廃熱回収システムはまた、冷却するために第1のエキスパンダ、第2のエキスパンダおよび第3のエキスパンダから低圧で作用流体を受け取るように構成されたコンデンサと、コンデンサから作用流体の冷却され凝縮された作用流体の流れを受け取るためにコンデンサに接続されたポンプとを含んでおり、ポンプは、第1の廃熱回収ボイラーに流れ込む作用流体の一次流れ、第2のエキスパンダに流れ込む作用流体の二次流れ、第3のエキスパンダに流れ込む作用流体の三次流れに凝縮した作用流体を注入するように構成される。   An embodiment of the present invention provides a waste heat recovery system. The waste heat recovery system includes a Rankine cycle system for circulating a working fluid. The Rankine cycle system includes at least one first waste heat recovery boiler configured to transfer heat from a heat source to a working fluid. The Rankine cycle system also includes a first expander configured to receive heated working fluid from at least one first waste heat recovery boiler. The Rankine cycle system further includes a second expander coupled to the at least one generator and a third expander. The waste heat recovery system also includes a condenser configured to receive working fluid at a low pressure from the first expander, the second expander, and the third expander for cooling, and cooling of the working fluid from the condenser. A pump connected to a condenser for receiving a flow of condensed working fluid, the pump being a primary flow of working fluid flowing into the first waste heat recovery boiler, working fluid flowing into the second expander And the condensed working fluid is injected into the tertiary flow of the working fluid flowing into the third expander.

本発明の一実施形態によって、廃熱回収システムが提供される。廃熱回収システムは、作用流体を循環させるためのランキンサイクルシステムを含む。ランキンサイクルシステムは、高温ガスまたは排煙ガスのストリームから作用流体に熱を移動させるように構成された少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラーを含む。ランキンサイクルシステムはまた、少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラーから加熱された作用流体を受け取るように構成された第1のエキスパンダを含む。さらにランキンサイクルシステムは、第1のエキスパンダに結合された第2のエキスパンダと、第2のエキスパンダに結合された第3のエキスパンダとを含むことで、第1のエキスパンダ、第2のエキスパンダおよび第3のエキスパンダが、互いに直列に直接または間接的に結合され、さらに発電機に結合される。廃熱回収システムはまた、冷却するために第1のエキスパンダ、第2のエキスパンダおよび第3のエキスパンダから低圧で作用流体を受け取るように構成されたコンデンサを含む。さらに廃熱回収システムは、コンデンサから作用流体の冷却され凝縮された流れを受け取るためにコンデンサに接続されたポンプを含んでおり、ポンプは、第1の廃熱回収ボイラーに流れ込む作用流体の一次流れ、第1の伝熱式熱交換器を介して第2のエキスパンダに流れ込む作用流体の二次流れ、第2の伝熱式熱交換器を介して第3のエキスパンダに流れ込む作用流体の三次流れに凝縮した作用流体を注入するように構成される。さらに廃熱回収システムは、第2のエキスパンダに入る前に第1の伝熱式熱交換器を出る作用流体の二次流れを加熱するように構成された少なくとも1つの第2の廃熱回収ボイラーを含む。   An embodiment of the present invention provides a waste heat recovery system. The waste heat recovery system includes a Rankine cycle system for circulating a working fluid. The Rankine cycle system includes at least one first waste heat recovery boiler configured to transfer heat from a stream of hot gas or flue gas to a working fluid. The Rankine cycle system also includes a first expander configured to receive heated working fluid from at least one first waste heat recovery boiler. The Rankine cycle system further includes a second expander coupled to the first expander and a third expander coupled to the second expander, whereby the first expander, the second expander, and the second expander. The third expander and the third expander are directly or indirectly coupled in series with each other and further coupled to the generator. The waste heat recovery system also includes a condenser configured to receive working fluid at a low pressure from the first expander, the second expander, and the third expander for cooling. The waste heat recovery system further includes a pump connected to the condenser for receiving a cooled and condensed flow of working fluid from the condenser, the pump being a primary flow of working fluid that flows into the first waste heat recovery boiler. Secondary flow of working fluid flowing into the second expander via the first heat transfer heat exchanger, tertiary of working fluid flowing into the third expander via the second heat transfer heat exchanger It is configured to inject a condensed working fluid into the flow. The waste heat recovery system further includes at least one second waste heat recovery configured to heat the secondary flow of working fluid exiting the first heat transfer heat exchanger before entering the second expander. Including boiler.

本発明の一実施形態によって、ランキンサイクルにおいて作用流体を利用して発電するために廃熱を回収する方法が提供される。方法は、作用流体の高温ガスまたは排煙ガスのストリームから作用流体に熱を移動させるために少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラーを介して作用流体の一次流れを注入するステップを含む。方法はまた、第1のエキスパンダを介して作用流体の加熱された一次流れを膨張させるステップを含む。さらに方法は、第2のエキスパンダを介して作用流体の二次流れを注入するステップと、第3のエキスパンダを介して作用流体の三次流れを注入するステップとを含む。最後に方法は、第1のエキスパンダ、第2のエキスパンダおよび第3のエキスパンダをそれぞれ出る作用流体の一次流れと、作用流体の二次流れと、作用流体の三次流れとを組み合わせたものを補助冷却器およびコンデンサをそれぞれ通るようにすることで作用流体を組み合わせたものを凝縮し、さらにポンプへと通過させるステップとを含む。   An embodiment of the present invention provides a method for recovering waste heat for power generation using a working fluid in a Rankine cycle. The method includes injecting a primary stream of working fluid through at least one first waste heat recovery boiler to transfer heat from the working fluid hot gas or flue gas stream to the working fluid. The method also includes expanding the heated primary flow of working fluid through the first expander. The method further includes injecting a secondary flow of working fluid through the second expander and injecting a tertiary flow of working fluid through the third expander. Finally, the method combines the primary flow of the working fluid exiting the first expander, the second expander and the third expander, respectively, the secondary flow of the working fluid, and the tertiary flow of the working fluid. Passing through the auxiliary cooler and the condenser, respectively, to condense the combined working fluid and pass it to the pump.

本発明のこれらのおよび他の特徴、態様および利点は、以下の詳細な記載を添付の図面を参照して読むことでよりよく理解されるであろう。この図面において同様の特徴は、図面全体を通して同様の部品を指している。   These and other features, aspects and advantages of the present invention will become better understood when the following detailed description is read with reference to the accompanying drawings, in which: In the drawings, like features refer to like parts throughout the drawings.

本発明の一実施形態による回復式の廃熱回収システムのサイクルを略図化した図である。1 is a diagram schematically illustrating a cycle of a recovery type waste heat recovery system according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による温度−エントロピー図によって表される際の図1に示されるサイクルの例示の図である。FIG. 2 is an exemplary diagram of the cycle shown in FIG. 1 as represented by a temperature-entropy diagram according to one embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態による回復式の廃熱回収システムのサイクルを略図化した図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a cycle of a recoverable waste heat recovery system according to another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態によるランキンサイクルにおいて作用流体を使用して発電するために廃熱を回収する方法に含まれる一例のステップを示すフローチャートである。6 is a flow chart illustrating example steps involved in a method for recovering waste heat for power generation using a working fluid in a Rankine cycle according to another embodiment of the present invention.

本発明の種々の実施形態の要素を取り上げる際、冠詞「a」、「an」、「the」および「said」は、1つまたは複数の要素が存在することを意味することが意図されている。用語「comprising(備える)」、「including(含む)」および「having(有する)」は、包括的であり、記載される要素以外の追加の要素がある可能性があることを意味することが意図されている。作動パラメータのいずれの例も、開示される実施形態の他のパラメータを除外するものではない。   In addressing elements of various embodiments of the present invention, the articles “a”, “an”, “the” and “said” are intended to mean that one or more elements are present. . The terms “comprising”, “including” and “having” are intended to be inclusive and mean that there may be additional elements other than those described. Has been. Any examples of operating parameters do not exclude other parameters of the disclosed embodiments.

図1は、本発明の一実施形態による回復式の廃熱回収システム10のサイクルの略図化した図である。廃熱回収システム10は、作用流体14を循環させるためのランキンサイクルシステム12を含む。一実施形態において、作用流体は、超臨界の二酸化炭素である。ランキンサイクルシステム12は、熱源から作用流体14に熱を移動させるように構成された少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラー16を含む。ランキンサイクルシステム12はまた、少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラー16から加熱された作用流体14を受け取るように構成された第1のエキスパンダ18を含む。さらにランキンサイクルシステム12は、第1のエキスパンダ18に結合された第2のエキスパンダ20を含む。さらにランキンサイクルシステム12は、第2のエキスパンダ20に結合された第3のエキスパンダ22を含むことで、第1のエキスパンダ18、第2のエキスパンダ20および第3のエキスパンダ22が直列に互いに直接または間接的に結合され、さらに発電機24に結合される。エキスパンダ18、20、22の非制限的な例にはガスタービンが含まれる。一実施形態において、第1のエキスパンダ18または第2のエキスパンダ20または第3のエキスパンダ22の各々は、異なる発電機に独立して結合される場合もある。別の実施形態において、第1のエキスパンダ18、第2のエキスパンダ20、および第3のエキスパンダ22は、変速機を介して結合される場合もある。廃熱回収システム10はまた、第1のエキスパンダ18、第2のエキスパンダ20、および第3のエキスパンダ22から低圧段6において作用流体14を受け取るように構成されたコンデンサ26を含む。一実施形態において、コンデンサ26は、作用流体14を冷却するために低温流体の流れ27を利用する。さらに廃熱回収システムは、コンデンサ26から冷却され凝縮された作用流体14の流れを受け取るためにコンデンサ26に接続されたポンプ28を含む。ポンプ28は、第1の廃熱回収ボイラー16に流れ込む作用流体14の一次流れ(矢印30によって示される)、第2のエキスパンダ20に流れ込む作用流体14の二次流れ(矢印32によって示される)、第3のエキスパンダ22に流れ込む作用流体14の三次流れ(矢印34によって示される)に凝縮した作用流体14を注入するように構成される。作用流体である二酸化炭素は、かなり低い臨界温度を有するため、通常のランキンサイクルでのような凝縮は、暖かい周辺条件の下では達成できない場合がある。このシステムにおいてコンデンサ26は、作用流体を液体状態に完全に凝縮する装置に厳密に制限されるべきではないが、単に気体を濃度の高い超臨界状態に冷却し得る装置である場合もあることを理解する必要がある。同様にポンプ28は、単に液体を注入するだけではなく、コンデンサ26から出て行く気体を移動させ加圧することもできる。   FIG. 1 is a schematic diagram of a cycle of a recoverable waste heat recovery system 10 according to one embodiment of the present invention. The waste heat recovery system 10 includes a Rankine cycle system 12 for circulating the working fluid 14. In one embodiment, the working fluid is supercritical carbon dioxide. The Rankine cycle system 12 includes at least one first waste heat recovery boiler 16 configured to transfer heat from a heat source to the working fluid 14. Rankine cycle system 12 also includes a first expander 18 that is configured to receive heated working fluid 14 from at least one first waste heat recovery boiler 16. The Rankine cycle system 12 further includes a second expander 20 coupled to the first expander 18. The Rankine cycle system 12 further includes a third expander 22 coupled to the second expander 20, so that the first expander 18, the second expander 20, and the third expander 22 are in series. Are directly or indirectly coupled to each other and further coupled to the generator 24. Non-limiting examples of expanders 18, 20, 22 include gas turbines. In one embodiment, each of the first expander 18 or the second expander 20 or the third expander 22 may be independently coupled to a different generator. In another embodiment, the first expander 18, the second expander 20, and the third expander 22 may be coupled via a transmission. The waste heat recovery system 10 also includes a condenser 26 configured to receive the working fluid 14 in the low pressure stage 6 from the first expander 18, the second expander 20, and the third expander 22. In one embodiment, the condenser 26 utilizes a cryogenic fluid stream 27 to cool the working fluid 14. The waste heat recovery system further includes a pump 28 connected to the condenser 26 for receiving a cooled and condensed working fluid 14 stream from the condenser 26. The pump 28 has a primary flow (indicated by arrow 30) of the working fluid 14 flowing into the first waste heat recovery boiler 16 and a secondary flow (indicated by arrow 32) of the working fluid 14 flowing into the second expander 20. The condensed working fluid 14 is injected into the tertiary flow (indicated by arrow 34) of the working fluid 14 that flows into the third expander 22. Since the working fluid, carbon dioxide, has a fairly low critical temperature, condensation as in a normal Rankine cycle may not be achieved under warm ambient conditions. In this system, the condenser 26 should not be strictly limited to a device that fully condenses the working fluid to a liquid state, but may simply be a device that can cool the gas to a highly concentrated supercritical state. Need to understand. Similarly, the pump 28 can move and pressurize the gas exiting the condenser 26 as well as simply injecting liquid.

一実施形態において、第1の廃熱回収ボイラー16は、高温ガスの第1のストリームまたは排煙ガスの第1の流れ17から第1のエキスパンダ18に入る作用流体14の一次流れ(矢印30によって示される)に熱を移動させるように構成された熱交換器セクションを含む。図1に示されるようにランキンサイクルシステム12はまた、第1のエキスパンダ18を出る作用流体14の一次流れ30から第2のエキスパンダ20に入る前の作用流体14の二次流れ32に熱を移動させるように構成された第1の伝熱式熱交換器36を含む。一実施形態において、第1の伝熱式熱交換器36は、中間温度伝熱式熱交換器である。さらに、ランキンサイクルシステム12は、第2のエキスパンダ20を出る作用流体の二次流れ32から第3のエキスパンダ22に入る前の作用流体14の三次流れ34に熱を移動させるように構成された第2の伝熱式熱交換器38を含む。一実施形態において、第2の伝熱式熱交換器38は低温伝熱式熱交換器である。   In one embodiment, the first waste heat recovery boiler 16 is the primary stream of working fluid 14 (arrow 30) that enters the first expander 18 from the first stream 17 of hot gas or the first stream 17 of flue gas. Including a heat exchanger section configured to transfer heat to. As shown in FIG. 1, the Rankine cycle system 12 also heats from the primary flow 30 of the working fluid 14 exiting the first expander 18 to the secondary stream 32 of the working fluid 14 prior to entering the second expander 20. Includes a first heat transfer heat exchanger 36 configured to move the air. In one embodiment, the first heat transfer heat exchanger 36 is an intermediate temperature heat transfer heat exchanger. Further, Rankine cycle system 12 is configured to transfer heat from a secondary flow 32 of working fluid exiting second expander 20 to a tertiary flow 34 of working fluid 14 prior to entering third expander 22. A second heat transfer heat exchanger 38. In one embodiment, the second heat transfer heat exchanger 38 is a low temperature heat transfer heat exchanger.

さらに一実施形態において、ランキンサイクルシステム12は、コンデンサ26に入る前に第1のエキスパンダ18、第2のエキスパンダ20および第3のエキスパンダ22をそれぞれ出た後の作用流体14の一次流れ30と、作用流体14の二次流れ32と、作用流体14の三次流れ34とを組み合わせた流れを事前に冷却するための補助冷却器40を含む。熱電気複合利用(CHP)システムにおいて、事前冷却作用より補助冷却器40において得られる熱は、外部工程のために使用される場合がある。一実施形態において、補助冷却器40は、廃熱回収ボイラー16に入る前に事前加熱するために作用流体14の一次流れ30に熱を移動させることによってランキンサイクルシステム12における事前冷却作用から得られた熱を利用する。   Further, in one embodiment, the Rankine cycle system 12 is the primary flow of the working fluid 14 after exiting the first expander 18, the second expander 20, and the third expander 22, respectively, before entering the capacitor 26. 30 and an auxiliary cooler 40 for pre-cooling the combined flow of the secondary flow 32 of the working fluid 14 and the tertiary flow 34 of the working fluid 14. In a combined thermoelectric (CHP) system, the heat obtained in the auxiliary cooler 40 from the precooling action may be used for external processes. In one embodiment, the auxiliary cooler 40 is derived from a precooling action in the Rankine cycle system 12 by transferring heat to the primary stream 30 of the working fluid 14 to preheat before entering the waste heat recovery boiler 16. Use the heat generated.

図1に示されるように、廃熱回収システム10のサイクルは、段1、2、3H、4H、5Hおよび6によって示される1つのメインループサイクル42を含む。廃熱回収システム10はまた、メインループサイクル42に平行な第2のループサイクル44および第3のループサイクル46を含む。このような第2および第3のループサイクル44、46のカスケード接続は、第1の伝熱式熱交換器および第2の伝熱式熱交換器を利用して、第1および第2のエキスパンダ18、20において膨張した後の膨張した二酸化炭素(作用流体14)からの付加的な残存する過熱量を有効に利用する。図1に示されるように第2のループサイクル44は、段1、2、3I、4I、5Iおよび6によって示されており、第3のループサイクル46は、段1、2、3L、4L、6によって示されている。   As shown in FIG. 1, the cycle of the waste heat recovery system 10 includes one main loop cycle 42 indicated by stages 1, 2, 3H, 4H, 5H and 6. The waste heat recovery system 10 also includes a second loop cycle 44 and a third loop cycle 46 that are parallel to the main loop cycle 42. Such a cascade connection of the second and third loop cycles 44 and 46 uses the first heat transfer heat exchanger and the second heat transfer heat exchanger to make the first and second extracts. The additional residual superheat from the expanded carbon dioxide (working fluid 14) after expansion in the pandas 18, 20 is effectively utilized. As shown in FIG. 1, the second loop cycle 44 is shown by stages 1, 2, 3I, 4I, 5I and 6, and the third loop cycle 46 is made up of stages 1, 2, 3L, 4L, This is indicated by 6.

図2は、本発明の一実施形態による温度−エントロピーズ図によって表される際の図1に示される廃熱回収システム10のサイクルの例示の図である。温度(セ氏温度)が、垂直方向のY軸上に示され、エントロピー(ケルビン当たりのキロジュール)が水平方向のX軸上に示されている。温度−エントロピー図50は、メインループサイクル42(段1−2−3H−4H−5H−6−1によって示される)、第2のループサイクル44(段1−2−3I−4I−5I−6−1によって示される)および第3のループサイクル46(段1−2−3L−4L−6−1によって示される)を明確に示している。メインループサイクル42において、コンデンサ26から来る液体作用流体14(図1に示される)は、段2において極めて高い圧力(例えば300バール)まで注入され、その後廃熱回収ボイラー16内で加熱される。廃熱源の温度に近い温度まで加熱された後、作用流体14は、第1のエキスパンダ18(図1に示される)内で電力を生成する。作用流体14は、膨張プロセスを受け、この間作用流体14の温度および圧力は段3Hから4Hに降下する。さらに第1のエキスパンダ18を出る低圧の作用流体14は、第1の伝熱式熱交換器36(図1に示される)において冷却され、この場合作用流体は、ポンプの後に作用流体14の一次流れ30から逸れる作用流体14の二次流れ32(図1に示されるように)に熱を移動させる。この二次流れ32もまた、第2のエキスパンダ20(段3Iから4I)において膨張し、この第2のエキスパンダはより低温で作動し、第2の伝熱式熱交換器38において同様の方法で作用流体の三次流れ34(図1に示される)を加熱するが、この場合温度はさらに段4Iから5Iまで降下する。一実施形態において、二次流れ32は任意選択で、廃熱回収ボイラー内の追加の熱交換器セクションにおいて、より高い温度まで、すなわち第1のストリームとできるだけ同じくらい高い温度までさらに加熱することができる。作用流体14の三次流れ34(図1に示される)はまた、ポンプの後、および第2の伝熱式熱交換器38(図1に示される)において二次流れ32によって加熱された後、高圧線(一次流れ30)から逸れ、段3Lから4Lまで第3のエキスパンダ22内で膨張し、その後段6において低圧で一次流れ30および二次流れ32と組み合わされる。一実施形態において、作用流体14の組み合わされた流れは、冷却され凝縮される前に、作用流体の他の流れ30、32または34の1つを加熱することによってCHP冷却器または伝熱式熱交換器においてさらに冷却することができる。凝縮に関して、二酸化炭素作用流体14は、30℃の臨界温度を下回るように冷却され、そうでない場合、給水ポンプに供給すべき冷却され濃度が高い気体がコンデンサ26内に形成される。   FIG. 2 is an exemplary diagram of a cycle of the waste heat recovery system 10 shown in FIG. 1 as represented by a temperature-entropy diagram according to one embodiment of the present invention. Temperature (Celsius temperature) is shown on the vertical Y-axis, and entropy (kilojoules per Kelvin) is shown on the horizontal X-axis. Temperature-entropy diagram 50 shows main loop cycle 42 (indicated by stage 1-2-3H-4H-5H-6-1), second loop cycle 44 (stage 1-2-3I-4I-5I-6). ) And the third loop cycle 46 (indicated by stages 1-2-3L-4L-6-1). In the main loop cycle 42, the liquid working fluid 14 (shown in FIG. 1) coming from the condenser 26 is injected to a very high pressure (eg 300 bar) in stage 2 and then heated in the waste heat recovery boiler 16. After being heated to a temperature close to that of the waste heat source, the working fluid 14 generates electrical power in the first expander 18 (shown in FIG. 1). The working fluid 14 undergoes an expansion process, during which the temperature and pressure of the working fluid 14 drops from stage 3H to 4H. Further, the low pressure working fluid 14 exiting the first expander 18 is cooled in a first heat transfer heat exchanger 36 (shown in FIG. 1), in which case the working fluid is fed to the working fluid 14 after the pump. Heat is transferred to a secondary stream 32 (as shown in FIG. 1) of working fluid 14 that deviates from primary stream 30. This secondary stream 32 also expands in the second expander 20 (stages 3I to 4I), this second expander operates at a lower temperature and is similar in the second heat transfer heat exchanger 38. The method heats the working fluid tertiary stream 34 (shown in FIG. 1), where the temperature further drops from stage 4I to 5I. In one embodiment, the secondary stream 32 is optionally further heated in an additional heat exchanger section in the waste heat recovery boiler to a higher temperature, i.e. as high as possible in the first stream. it can. The tertiary stream 34 (shown in FIG. 1) of the working fluid 14 is also heated after the pump and by the secondary stream 32 in the second heat transfer heat exchanger 38 (shown in FIG. 1). It deviates from the high-pressure line (primary stream 30) and expands in the third expander 22 from stage 3L to 4L and is then combined with the primary stream 30 and the secondary stream 32 at low pressure in stage 6. In one embodiment, the combined stream of working fluid 14 is cooled or condensed by heating one of the other streams 30, 32, or 34 of the working fluid before being cooled and condensed. Further cooling can be done in the exchanger. With respect to condensation, the carbon dioxide working fluid 14 is cooled below a critical temperature of 30 ° C., otherwise a cooled and highly concentrated gas is formed in the condenser 26 to be fed to the feed pump.

図3は、本発明の別の実施形態による回復式の廃熱回収システム70のサイクルの略図化した図式的な図である。廃熱回収システム70は、廃熱回収システム70が第2の廃熱回収ボイラー21を含むことを除いて図1に示される廃熱回収システム10と同様である。この実施形態において、第2のループサイクル44は、第1の伝熱式熱交換器36において最初に加熱された後、作用流体14の二次流れ32を第1の廃熱回収ボイラー16において作用流体の一次流れ30に等しい温度までさらに加熱するために高温の排煙ガスまたは流体19を利用する第2の廃熱回収ボイラー21を含む。第2の廃熱回収ボイラー21における作用流体14の二次流れ32の加熱作用は、廃熱回収システム70のより低いピーク温度においてより高い効率を可能にする熱力学的な利点につながる可能性がある。   FIG. 3 is a schematic diagram of a cycle of a recoverable waste heat recovery system 70 according to another embodiment of the present invention. The waste heat recovery system 70 is the same as the waste heat recovery system 10 shown in FIG. 1 except that the waste heat recovery system 70 includes the second waste heat recovery boiler 21. In this embodiment, the second loop cycle 44 acts on the secondary stream 32 of working fluid 14 in the first waste heat recovery boiler 16 after it is first heated in the first heat transfer heat exchanger 36. A second waste heat recovery boiler 21 is utilized that utilizes hot flue gas or fluid 19 to further heat to a temperature equal to the fluid primary stream 30. The heating action of the secondary stream 32 of the working fluid 14 in the second waste heat recovery boiler 21 may lead to a thermodynamic advantage that allows higher efficiency at the lower peak temperature of the waste heat recovery system 70. is there.

図4は、ランキンサイクルにおいて作用流体を使用して発電するために廃熱を回収する方法100に含まれるステップを例示するフローチャートである。ステップ102において、方法は、高温ガスまたは排煙ガスのストリームから作用流体に熱を移動させるために少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラーを介して作用流体の一次流れを注入するステップを含む。ステップ104において、方法は第1のエキスパンダを介して作用流体の加熱された一次流れを膨張させるステップを含む。さらにステップ106において、方法は、第2のエキスパンダを介して一次流れから作用流体の二次流れを逸らすステップを含む。ステップ108において、方法は、第3のエキスパンダを介して一次流れから作用流体の三次流れを逸らすステップを含む。最後にステップ110において、方法は、第1のエキスパンダ、第2のエキスパンダおよび第3のエキスパンダをそれぞれ出る作用流体の一次流れと、作用流体の二次流れと、作用流体の三次流れとを組み合わせたものを、補助事前冷却器およびコンデンサを通るようにすることで作用流体を組み合わせたものを凝縮し、凝縮された作用流体をポンプに誘導するステップを含む。   FIG. 4 is a flowchart illustrating the steps involved in the method 100 for recovering waste heat for power generation using a working fluid in a Rankine cycle. In step 102, the method includes injecting a primary stream of the working fluid through at least one first waste heat recovery boiler to transfer heat from the hot gas or flue gas stream to the working fluid. In step 104, the method includes expanding the heated primary flow of working fluid through the first expander. Further in step 106, the method includes diverting the secondary flow of working fluid from the primary flow via the second expander. In step 108, the method includes diverting the tertiary flow of working fluid from the primary flow via the third expander. Finally, in step 110, the method includes a primary flow of working fluid exiting the first expander, the second expander, and the third expander, respectively, a secondary flow of working fluid, and a tertiary flow of working fluid. Condensing the combined working fluid by passing the combined through an auxiliary precooler and a condenser, and directing the condensed working fluid to the pump.

有利には、本発明は、作用流体として極めて高い温度まで加熱することことができる二酸化炭素を利用することで廃熱回収システムの高い効率につながる。また二酸化炭素は、無毒であり、熱的に安定した作用流体である。3つのエキスパンダを使用し、カスケード接続された伝熱式熱交換器を備える3重の膨張プロセスを利用する本システムおよび方法は、本システム内に誘導される利用可能な廃熱から最大限の電力を引き出す。さらに第2の廃熱回収ボイラーにおける作用流体の二次流れの加熱作用は、廃熱回収システムのより低温のピーク温度でより高い効率を可能にする熱力学的な利点につながる可能性がある。   Advantageously, the present invention leads to high efficiency of the waste heat recovery system by utilizing carbon dioxide, which can be heated to a very high temperature as the working fluid. Carbon dioxide is a non-toxic and thermally stable working fluid. The system and method, which uses three expanders and utilizes a triple expansion process with cascaded heat transfer heat exchangers, maximizes the available waste heat induced in the system. Pull out power. Furthermore, the heating effect of the secondary flow of the working fluid in the second waste heat recovery boiler can lead to a thermodynamic advantage that allows higher efficiency at the lower peak temperature of the waste heat recovery system.

さらに当業者は、種々の実施形態からの様々な特徴の互換性を認識するであろう。同様に、記載される種々の方法ステップおよび特徴ならびにこのような方法および特徴に関する他の既知の等価物は、本開示の原理に従ってさらなるシステムおよび技術を構築するために当業者によって組み合わされ適合させることができる。当然のことながら、上記に記載されるこのような目的や利点が全て特定の実施形態によって達成され得ることを理解すべきである。よって例えば当業者は、本明細書に記載されるシステムおよび技術は、本明細書で教示されたり提示され得る他の目的や利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示されるような1つの利点または利点の一群を達成するまたは最適化するような方法で具現化する、または実施され得ることを理解するであろう。   Moreover, those skilled in the art will recognize the interchangeability of various features from the various embodiments. Similarly, the various method steps and features described and other known equivalents relating to such methods and features may be combined and adapted by those skilled in the art to build additional systems and techniques in accordance with the principles of the present disclosure. Can do. Of course, it is to be understood that all such objects and advantages described above may be achieved by a particular embodiment. Thus, for example, one of ordinary skill in the art will appreciate that the systems and techniques described herein do not necessarily achieve the other objects and advantages that may be taught or presented herein, as taught herein. It will be understood that the invention may be embodied or implemented in such a way as to achieve or optimize one advantage or group of benefits.

本発明の特定の特徴のみが本明細書に例示され記載されているが、当業者は多くの修正および変更を思い付くであろう。添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神の範囲内になる全てのこのような修正および変形を包含することが意図されている。   While only certain features of the invention have been illustrated and described herein, many modifications and changes will occur to those skilled in the art. The appended claims are intended to cover all such modifications and variations as fall within the true spirit of the invention.

1、2、3H、3I、3L、4H、4I、4L、5H、5I、6 段
10、70 廃熱回収システム
12 ランキンサイクルシステム
14 作用流体
16 廃熱回収ボイラー
17 高温ガスの第1の流れ
18 第1のエキスパンダ
19 高温の排煙ガスまたは流体
20 第2のエキスパンダ
21 第2の廃熱回収ボイラー
22 第3のエキスパンダ
24 発電機
26 コンデンサ
27 低温流体の流れ
28 ポンプ
30 作用流体の一次流れ
32 作用流体の二次流れ
34 作用流体の三次流れ
36 第1の伝熱式熱交換器
38 第2の伝熱式熱交換器
40 補助の事前冷却器
42 メインループサイクル
44 第2のループサイクル
46 第3のループサイクル
50 温度−エントロピー図
100 ランキンサイクルにおいて作用流体を使用して発電するために廃熱を回収する方法
102 高温ガスまたは排煙ガスのストリームから作用流体に熱を移動させるために少なくとも1つの廃熱回収ボイラーを介して作用流体の一次流れを注入するステップ
104 第1のエキスパンダを介して作用流体の加熱された一次流れを膨張させるステップ
106 第2のエキスパンダを介して一次流れから作用流体の二次流れを逸らすステップ108 第3のエキスパンダを介して一次流れから作用流体の三次流れを逸らすステップ110 第1のエキスパンダ、第2のエキスパンダおよび第3のエキスパンダからそれぞれ出る作用流体の一次流れと、作用流体の二次流れと、作用流体の三次流れとを組み合わせたものを、補助事前冷却器およびコンデンサを通るようにすることで作用流体を組み合わせたものを凝縮し、凝縮された作用流体をさらにポンプに誘導するステップ
1, 2, 3H, 3I, 3L, 4H, 4I, 4L, 5H, 5I, 6th stage 10, 70 Waste heat recovery system 12 Rankine cycle system 14 Working fluid 16 Waste heat recovery boiler 17 First flow 18 of hot gas First expander 19 High temperature flue gas or fluid 20 Second expander 21 Second waste heat recovery boiler 22 Third expander 24 Generator 26 Condenser 27 Low temperature fluid flow 28 Pump 30 Primary working fluid Stream 32 Working Fluid Secondary Stream 34 Working Fluid Tertiary Flow 36 First Heat Transfer Heat Exchanger 38 Second Heat Transfer Heat Exchanger 40 Auxiliary Precooler 42 Main Loop Cycle 44 Second Loop Cycle 46 Third Loop Cycle 50 Temperature-Entropy Diagram 100 Recovering Waste Heat for Power Generation Using Working Fluid in Rankine Cycle Method 102 Injecting a primary stream of working fluid through at least one waste heat recovery boiler to transfer heat from the stream of hot gas or flue gas to the working fluid Step 104 Working fluid through the first expander Step 106 diverting the heated primary flow of the first flow through the second expander diverting the secondary flow of the working fluid from the primary flow 108 diverting the third flow of the working fluid from the primary flow through the third expander Step 110 A combination of the primary flow of the working fluid, the secondary flow of the working fluid, and the tertiary flow of the working fluid that respectively exits the first expander, the second expander, and the third expander Condensate the combined working fluid by passing it through the precooler and condenser, and the condensed working flow Step further induced pump

Claims (23)

熱源から作用流体(14)に熱を移動させるように構成された少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラー(16)と、
前記少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラー(16)から前記加熱された作用流体(14)を受け取るように構成された第1のエキスパンダ(18)と、
少なくとも1つの発電機(24)に結合された第2のエキスパンダ(20)および第3のエキスパンダ(22)と
を備える、作用流体(14)を循環させるためのランキンサイクルシステム(12)と、
冷却するために前記第1のエキスパンダ(18)、前記第2のエキスパンダ(20)および前記第3のエキスパンダ(22)から低圧で前記作用流体(14)を受け取るように構成されたコンデンサ(26)と、
前記コンデンサ(26)から前記作用流体(14)の冷却され凝縮された流れを受け取るために前記コンデンサ(26)に接続されたポンプ(28)であって、前記ポンプが、前記第1の廃熱回収ボイラー(16)に流れ込む前記作用流体(14)の一次流れ(30)、前記第2のエキスパンダ(20)に流れ込む前記作用流体(14)の二次流れ(32)および前記第3のエキスパンダ(22)に流れ込む前記作用流体(14)の三次流れ(34)に前記凝縮した作用流体(14)を注入するように構成されるポンプ(28)と
を備える廃熱回収システム(10)。
At least one first waste heat recovery boiler (16) configured to transfer heat from a heat source to the working fluid (14);
A first expander (18) configured to receive the heated working fluid (14) from the at least one first waste heat recovery boiler (16);
A Rankine cycle system (12) for circulating working fluid (14), comprising a second expander (20) and a third expander (22) coupled to at least one generator (24); ,
A condenser configured to receive the working fluid (14) at low pressure from the first expander (18), the second expander (20), and the third expander (22) for cooling. (26) and
A pump (28) connected to the condenser (26) for receiving a cooled and condensed flow of the working fluid (14) from the condenser (26), wherein the pump comprises the first waste heat; A primary flow (30) of the working fluid (14) flowing into the recovery boiler (16), a secondary flow (32) of the working fluid (14) flowing into the second expander (20), and the third extract. A waste heat recovery system (10) comprising a pump (28) configured to inject the condensed working fluid (14) into a tertiary flow (34) of the working fluid (14) flowing into a panda (22).
前記作用流体(14)が二酸化炭素である、請求項1に記載の廃熱回収システム(10)。   The waste heat recovery system (10) of claim 1, wherein the working fluid (14) is carbon dioxide. 前記第1の廃熱回収ボイラー(16)が、高温ガスの第1のストリームまたは排煙ガスの第1の流れ(17)から前記第1のエキスパンダ(18)に入る前記作用流体(14)の前記一次流れ(30)に熱を移動させるように構成された熱交換器セクションを含む、請求項1に記載の廃熱回収システム(10)。   The working fluid (14), wherein the first waste heat recovery boiler (16) enters the first expander (18) from a first stream of hot gas or a first stream of flue gas (17). The waste heat recovery system (10) of any preceding claim, comprising a heat exchanger section configured to transfer heat to the primary stream (30). 前記ランキンサイクルシステム(12)が、前記第1のエキスパンダ(18)を出る前記作用流体(14)の前記一次流れ(30)から前記第2のエキスパンダ(20)に入る前の前記作用流体(14)の前記二次流れ(32)に熱を移動させるように構成された第1の伝熱式熱交換器(36)を備える、請求項1に記載の廃熱回収システム(10)。   The working fluid before the Rankine cycle system (12) enters the second expander (20) from the primary flow (30) of the working fluid (14) exiting the first expander (18) The waste heat recovery system (10) of claim 1, comprising a first heat transfer heat exchanger (36) configured to transfer heat to the secondary flow (32) of (14). 前記第1の伝熱式熱交換器(36)が、中間温度伝熱式熱交換器である、請求項4に記載の廃熱回収システム(10)。   The waste heat recovery system (10) according to claim 4, wherein the first heat transfer heat exchanger (36) is an intermediate temperature heat transfer heat exchanger. 前記ランキンサイクルシステム(12)が、前記第2のエキスパンダ(20)に入る前に前記第1の伝熱式熱交換器(36)を出る前記作用流体(14)の前記二次流れ(32)を加熱するように構成された1つの第2の廃熱回収ボイラー(21)を備える、請求項1に記載の廃熱回収システム(10)。   The secondary flow (32) of the working fluid (14) leaving the first heat transfer heat exchanger (36) before the Rankine cycle system (12) enters the second expander (20). 2. The waste heat recovery system (10) according to claim 1, comprising a second waste heat recovery boiler (21) configured to heat a). 前記1つの第2の廃熱回収ボイラー(21)が、高温ガスの第2のストリームまたは排煙ガスの第2の流れ(19)から前記第2のエキスパンダ(20)に入る前の前記第1の伝熱式熱交換器(36)を出る前記作用流体(14)の前記二次流れ(32)に熱を移動させるように構成された熱交換器セクションを備える、請求項6に記載の廃熱回収システム(10)。   The second waste heat recovery boiler (21) before entering the second expander (20) from a second stream of hot gas or a second stream of flue gas (19). 7. A heat exchanger section configured to transfer heat to the secondary stream (32) of the working fluid (14) exiting one heat transfer heat exchanger (36). Waste heat recovery system (10). 前記ランキンサイクルシステム(12)が、前記第2のエキスパンダ(20)を出る前記作用流体(14)の二次流れ(32)から前記第3のエキスパンダ(22)に入る前の前記作用流体(14)の前記三次流れ(34)に熱を移動させるように構成された第2の伝熱式熱交換器(38)を備える、請求項1に記載の廃熱回収システム(10)。   The working fluid before the Rankine cycle system (12) enters the third expander (22) from the secondary flow (32) of the working fluid (14) exiting the second expander (20) The waste heat recovery system (10) of claim 1, comprising a second heat transfer heat exchanger (38) configured to transfer heat to the tertiary flow (34) of (14). 前記第2の伝熱式熱交換器(38)が低温伝熱式熱交換器である、請求項5に記載の廃熱回収システム(10)。   The waste heat recovery system (10) according to claim 5, wherein the second heat transfer heat exchanger (38) is a low temperature heat transfer heat exchanger. 前記ランキンサイクルシステム(12)が、前記コンデンサ(26)に入る前に前記第1のエキスパンダ(18)、前記第2のエキスパンダ(20)および前記第3のエキスパンダ(22)をそれぞれ出た後の作用流体(14)の前記一次流れ(30)と、作用流体(14)の前記二次流れ(32)と、前記作用流体(14)の前記三次流れ(34)とを組み合わせた流れを事前に冷却するための補助冷却器(40)を備える、請求項1に記載の廃熱回収システム(10)。   The Rankine cycle system (12) exits the first expander (18), the second expander (20) and the third expander (22) before entering the condenser (26). A combined flow of the primary flow (30) of the working fluid (14) after, the secondary flow (32) of the working fluid (14), and the tertiary flow (34) of the working fluid (14). The waste heat recovery system (10) according to claim 1, comprising an auxiliary cooler (40) for pre-cooling the water. 前記ランキンサイクルシステム(12)が、前記第1のエキスパンダ(18)、前記第2のエキスパンダ(20)および前記第3のエキスパンダ(22)からそれぞれ出る前記作用流体(14)の一次流れ(30)と、作用流体(14)の前記二次流れ(32)と、前記作用流体(14)の前記三次流れ(34)とを組み合わせた流れの事前冷却作用より外部工程のために熱を提供するための熱電気複合利用(CHP)システムを備える、請求項1に記載の廃熱回収システム(10)。   A primary flow of the working fluid (14) exiting the Rankine cycle system (12) from the first expander (18), the second expander (20) and the third expander (22), respectively. (30), the secondary flow (32) of the working fluid (14), and the tertiary flow (34) of the working fluid (14) are combined to generate heat for the external process. The waste heat recovery system (10) of claim 1, comprising a combined thermoelectric (CHP) system for providing. 前記熱電気複合利用(CHP)システムが、前記廃熱回収ボイラー(16)に入る前に事前加熱するために事前冷却作用から得た熱を作用流体(14)の前記一次流れ(30)に移動させるように構成される、請求項11に記載の廃熱回収システム(10)。   The combined thermoelectric (CHP) system transfers heat from precooling action to the primary stream (30) of working fluid (14) to preheat before entering the waste heat recovery boiler (16). The waste heat recovery system (10) of claim 11, wherein the waste heat recovery system (10) is configured to. 前記コンデンサ(26)が前記作用流体(14)を冷却し、前記ポンプ(28)が液体を注入するというより冷却されたガスを圧縮する、請求項1に記載の廃熱回収システム(10)。   The waste heat recovery system (10) of claim 1, wherein the condenser (26) cools the working fluid (14) and the pump (28) compresses the cooled gas rather than injecting liquid. 高温ガスまたは排煙ガスのストリームから作用流体(14)に熱を移動させるように構成された少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラー(16)と、
前記少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラー(16)から前記加熱された作用流体(14)を受け取るように構成された第1のエキスパンダ(18)と、
少なくとも1つの発電機(24)に結合された第2のエキスパンダ(20)および第3のエキスパンダ(22)と
を備える、作用流体(14)を循環させるためのランキンサイクルシステム(12)と、
冷却するために前記第1のエキスパンダ(18)、前記第2のエキスパンダ(20)および前記第3のエキスパンダ(22)から低圧で前記作用流体(14)を受け取るように構成されたコンデンサ(26)と、
前記コンデンサ(26)から前記作用流体(14)の冷却された流れを受け取るために前記コンデンサ(26)に接続されたポンプ(28)であって、前記ポンプが、前記第1の廃熱回収ボイラー(16)に流れ込む前記作用流体(14)の一次流れ(30)、第1の伝熱式熱交換器(36)を介して前記第2のエキスパンダ(20)に流れ込む前記作用流体(14)の二次流れ(32)、および第2の伝熱式熱交換器(38)を介して前記第3のエキスパンダ(22)に流れ込む前記作用流体(14)の三次流れ(34)に前記作用流体(14)を注入するように構成されるポンプ(28)と、
前記第2のエキスパンダ(20)に入る前に前記第1の伝熱式熱交換器(36)を出る前記作用流体(14)の前記二次流れ(32)を加熱するように構成された少なくとも1つの第2の廃熱回収ボイラー(21)と
を備える廃熱回収システム(10)。
At least one first waste heat recovery boiler (16) configured to transfer heat from the hot gas or flue gas stream to the working fluid (14);
A first expander (18) configured to receive the heated working fluid (14) from the at least one first waste heat recovery boiler (16);
A Rankine cycle system (12) for circulating working fluid (14), comprising a second expander (20) and a third expander (22) coupled to at least one generator (24); ,
A condenser configured to receive the working fluid (14) at low pressure from the first expander (18), the second expander (20), and the third expander (22) for cooling. (26) and
A pump (28) connected to said condenser (26) for receiving a cooled flow of said working fluid (14) from said condenser (26), said pump being said first waste heat recovery boiler; The working fluid (14) flowing into the second expander (20) through the primary flow (30) of the working fluid (14) flowing into (16) and the first heat transfer heat exchanger (36). And the third flow (34) of the working fluid (14) flowing into the third expander (22) via the second heat transfer heat exchanger (38). A pump (28) configured to inject fluid (14);
Configured to heat the secondary stream (32) of the working fluid (14) exiting the first heat transfer heat exchanger (36) before entering the second expander (20). A waste heat recovery system (10) comprising at least one second waste heat recovery boiler (21).
前記作用流体(14)が二酸化炭素である、請求項14に記載の廃熱回収システム(10)。   The waste heat recovery system (10) of claim 14, wherein the working fluid (14) is carbon dioxide. 前記少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラー(16)または前記少なくとも1つの第2の廃熱回収ボイラー(21)が、高温ガスまたは排煙ガスのストリームから前記第1のエキスパンダ(18)に入る前記作用流体(14)の前記一次流れ(30)または前記第2のエキスパンダ(20)に入る前記作用流体(14)の前記二次流れ(32)に熱を移動させるように構成される、請求項14に記載の廃熱回収システム(10)。   The at least one first waste heat recovery boiler (16) or the at least one second waste heat recovery boiler (21) from a stream of hot gas or flue gas to the first expander (18). Configured to transfer heat to the primary flow (30) of the working fluid (14) entering or the secondary flow (32) of the working fluid (14) entering the second expander (20). The waste heat recovery system (10) according to claim 14. 前記第1の伝熱式熱交換器(36)が、前記第1のエキスパンダ(18)を出る前記作用流体(14)の前記一次流れ(30)から前記第2のエキスパンダ(20)に入る前の前記作用流体(14)の前記二次流れ(34)に熱を移動させるように構成された中間温度伝熱式熱交換器である、請求項14に記載の廃熱回収システム(10)。   The first heat transfer heat exchanger (36) moves from the primary flow (30) of the working fluid (14) exiting the first expander (18) to the second expander (20). The waste heat recovery system (10) of claim 14, wherein the heat recovery system (10) is an intermediate temperature heat transfer heat exchanger configured to transfer heat to the secondary stream (34) of the working fluid (14) prior to entering. ). 前記第2の伝熱式熱交換器(38)が、前記第2のエキスパンダ(20)を出る前記作用流体(14)の二次流れ(32)から前記第3のエキスパンダ(22)に入る前の前記作用流体(14)の前記三次流れ(34)に熱を移動させるように構成された低温伝熱式熱交換器である、請求項14に記載の廃熱回収システム(10)。   The second heat transfer heat exchanger (38) moves from the secondary flow (32) of the working fluid (14) exiting the second expander (20) to the third expander (22). The waste heat recovery system (10) of claim 14, wherein the waste heat recovery system (10) is a low temperature heat transfer heat exchanger configured to transfer heat to the tertiary stream (34) of the working fluid (14) prior to entering. 前記ランキンサイクルシステム(12)が、前記コンデンサ(26)に入る前に前記第1のエキスパンダ(18)、前記第2のエキスパンダ(20)および前記第3のエキスパンダ(22)をそれぞれ出た後、作用流体(14)の前記一次流れ(30)と、作用流体(14)の前記二次流れ(32)と、前記作用流体(14)の前記三次流れ(34)とを組み合わせた流れを事前冷却するために補助冷却または熱電気複合利用(CHP)システム(40)を備える、請求項14に記載の廃熱回収システム(10)。   The Rankine cycle system (12) exits the first expander (18), the second expander (20) and the third expander (22) before entering the condenser (26). Then, the combined flow of the primary flow (30) of the working fluid (14), the secondary flow (32) of the working fluid (14), and the tertiary flow (34) of the working fluid (14). The waste heat recovery system (10) of claim 14, comprising an auxiliary cooling or combined thermoelectric (CHP) system (40) for pre-cooling. ランキンサイクル(12)において作用流体(14)を利用して発電するために廃熱を回収する方法であって、
高温ガスまたは排煙ガスのストリームから前記作用流体(14)に熱を移動させるために少なくとも1つの第1の廃熱回収ボイラー(16)を介して前記作用流体(14)の一次流れ(30)を注入するステップと、
第1のエキスパンダ(18)を介して前記作用流体(14)の前記加熱された一次流れ(30)を膨張させるステップと、
第2のエキスパンダ(20)を介して前記一次流れ(30)から前記作用流体(14)の二次流れ(32)を逸らすステップと、
第3のエキスパンダ(22)を介して前記一次流れ(30)から前記作用流体(14)の三次流れ(34)を逸らすステップと
前記第1のエキスパンダ(18)、前記第2のエキスパンダ(20)および前記第3のエキスパンダ(22)をそれぞれ出る前記作用流体(14)の前記一次流れ(30)と、前記作用流体(14)の前記二次流れ(32)と、前記作用流体(14)の前記三次流れ(34)とを組み合わせたものを補助冷却器(40)およびコンデンサ(26)を通るようにすることで前記作用流体(14)の前記組み合わせたものを凝縮し、前記作用流体(14)をさらにポンプ(28)に誘導するステップとを含む方法。
A method for recovering waste heat to generate electricity using a working fluid (14) in a Rankine cycle (12),
A primary flow (30) of the working fluid (14) through at least one first waste heat recovery boiler (16) to transfer heat from a stream of hot gas or flue gas to the working fluid (14). Injecting, and
Expanding the heated primary flow (30) of the working fluid (14) via a first expander (18);
Diverting the secondary flow (32) of the working fluid (14) from the primary flow (30) via a second expander (20);
Diverting the tertiary flow (34) of the working fluid (14) from the primary flow (30) via a third expander (22); and the first expander (18) and the second expander. (20) and the primary flow (30) of the working fluid (14) exiting the third expander (22), the secondary flow (32) of the working fluid (14), and the working fluid, respectively. Condensing the combination of the working fluid (14) by passing the combination of the tertiary flow (34) of (14) through an auxiliary cooler (40) and a condenser (26); Directing the working fluid (14) further to the pump (28).
前記第2のエキスパンダ(20)へと送達する前に事前加熱するために前記作用流体(14)の前記二次流れ(32)を第1の中間温度伝熱式熱交換器(36)を通過させるステップをさらに含む、請求項20に記載の方法。   The secondary stream (32) of the working fluid (14) is passed through a first intermediate temperature heat transfer heat exchanger (36) for preheating prior to delivery to the second expander (20). 21. The method of claim 20, further comprising the step of passing. 前記第2のエキスパンダ(20)へと送達する前に前記第1の伝熱式熱交換器(36)を出る前記二次流れ(32)を第2の廃熱回収ボイラー(21)へと通すステップをさらに含む、請求項20に記載の方法。   Prior to delivery to the second expander (20), the secondary stream (32) exiting the first heat transfer heat exchanger (36) is routed to a second waste heat recovery boiler (21). 21. The method of claim 20, further comprising the step of passing. 前記作用流体(14)の前記三次流れ(34)を前記第3のエキスパンダ(22)へと送達する前に事前加熱するために、前記作用流体(14)の前記三次流れ(34)に第2の低温伝熱式熱交換器(38)を通過させるステップをさらに含む、請求項21に記載の方法。   In order to preheat the tertiary flow (34) of the working fluid (14) before delivery to the third expander (22), the tertiary flow (34) of the working fluid (14) The method of claim 21, further comprising the step of passing through two cold heat transfer heat exchangers (38).
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