[发明专利]模块化排热系统、直接有机朗肯循环系统以及生物质联合循环发电系统

说明书

技术领域

本公开内容总体上涉及从废热发电，尤其涉及使用有机朗肯循环（ORC）将多个废热源的废热转换为电力。

背景技术

例如，能够另外通过从燃烧引擎（combustion engine）的废热（例如，排放气体的热量）发电来提高例如利用燃烧引擎进行发电的效率。类似地，将从废热进行发电用在联合循环发电中，其例如使用ORC而将从蒸汽或燃气轮机进行的发电与至少一个从蒸汽或燃气轮机的废热获取电力的附加阶段相结合。

这里，术语“联合循环”要被理解为包括具有ORC与诸如燃烧引擎（例如，气体或液体燃料发电机组）之类的基于燃烧的发电系统的组合、以及ORC与基于蒸汽或燃气轮机的发电系统的组合。

为了从低温废热有效生成能量，已经研发出了ORC技术。ORC使用在废热的可利用温度变为气相的工作介质并且被用来驱动ORC涡轮。总体上存在两种类型的ORC：

间接ORC使用中间液体循环将废热传递至工作介质，由此工作介质在ORC单元的封闭循环中进行循环。这些类型的系统被称作闭环ORC系统。

与之相反，直接ORC（也被称作开环ORC）直接利用废热对工作介质进行加热。直接ORC系统例如在US2007/0240420A1和US2008/0289313A1有所公开。

例如，在US2011/0011089A1中公开了一种用于低温直接朗肯循环的多组件工作流体系统。

本公开内容至少部分针对于改进或克服现有系统中的一个或多个方面。

发明内容

根据本公开内容的一个方面，一种被配置为连接至有机朗肯涡轮模块以形成直接有机朗肯循环的模块化排热系统可以包括蒸汽分离器，其用于将加热的工作介质的气相从液相分离出来，该蒸汽分离器具有至少一个加热的工作介质入口、用于所分离的工作介质气相的至少一个气相出口、用于所分离的工作介质液相的至少一个液相出口、以及用于将由该有机朗肯涡轮模块提供的再生工作介质与所分离的液体工作介质进行混合的再生工作介质入口；至少两个锅炉子系统，每个锅炉子系统包括泵和锅炉，并且流体连接至该蒸汽分离器的至少一个液相出口以及该蒸汽分离器的至少一个加热的工作介质入口。

根据另一个方面，一种被配置为连接至有机朗肯涡轮模块以形成直接有机朗肯循环的模块化排热系统，该模块化排热系统可以包括蒸汽分离器，其用于将加热的工作介质的气相从液相分离出来，该蒸汽分离器具有至少一个加热的工作介质入口、用于所分离的工作介质气相的至少一个气相出口、以及用于所分离的工作介质液相的至少一个液相出口；至少两个锅炉子系统，其包括泵和锅炉，并且每个锅炉子系统流体连接至该蒸汽分离器的至少一个液相出口以及该蒸汽分离器的至少一个加热的工作介质入口。

根据本公开内容的另一个方面，一种直接有机朗肯循环系统可以包括如以上所描述的模块化排热系统；和有机朗肯涡轮模块。

根据本公开内容的另一个方面，一种生物质（biomass）联合循环发电系统可以包括热分解反应器，其从生物质生成热解气和热解油；热解气引擎，其用于从该热解气生成电力，由此产生废热；热解油引擎，其由于从该热解油生成电力，由此产生废热；和如以上所描述的直接有机朗肯循环系统，其用于从该热解气引擎的废热和该热解油引擎的废热生成电力并且对包括模块化排热系统的有机朗肯循环系统进行引导，其中该热解气引擎的废热供应到该模块化排热系统的第一锅炉并且该热解油引擎的废热被供应到该模块化排热系统的第二锅炉，由此对工作介质进行加热以便驱动单个有机朗肯涡轮模块。

在以上方面的一些实施例中，锅炉子系统的至少一个锅炉可以被配置用于利用例如燃烧引擎的排放气体的废热和/或利用燃烧引擎的高温冷却循环的废热对工作介质进行加热。

在以上方面的一些实施例中，多个锅炉子系统中的至少一个锅炉可以包括与至少一个气相出口相连接的过热处理系统，该过热处理系统被配置为用于在将过热处理的所分离的工作介质气相提供至有机朗肯涡轮模块之前对所分离的工作介质气相进行过热处理。

在以上方面的一些实施例中，多个锅炉子系统中的至少一个锅炉是拉蒙特（Lamont）锅炉。

在以上方面的一些实施例中，该模块化排热系统可以进一步包括至少一个控制单元，其用于对工作介质通过锅炉子系统的循环速度进行控制。该控制单元可以被配置为控制锅炉子系统的泵。

在以上方面的一些实施例中，该工作介质从包括饱和和非饱和碳氢化合物、氟化碳氢化合物、诸如硅氧烷的硅油、氨和氨水混合物的有机工作介质的群组中进行选择。