[发明专利]用于冷凝来自ORC系统的蒸汽的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于将热电厂的膨胀机中膨胀的蒸汽冷凝至冷凝液体，尤其是冷凝含油液体的装置与方法。

背景技术

现有技术中已知借助于用于通过使用有机介质（例如，具有低蒸发温度的有机介质）产生电能的有机朗肯循环（ORC）方法对诸如蒸汽涡轮机的膨胀机或例如活塞发动机的位移机器的操作，与作为工作介质的水相比，所述有机介质在相同温度下通常具有高的蒸发压力。ORC热电厂构成朗肯循环的实现，其中例如通过工作介质的状态的绝热与等压变化基本地获得电能。机械能通过工作介质的蒸发、膨胀以及随后冷凝产生，并且转换成电能。基本上，工作介质通过供给泵达到操作压力，并且将以通过燃烧或者废热流提供的热量形式的能量供给到换热器中的工作介质。工作介质通过压力管从蒸发器流动到ORC系统的膨胀机，工作介质在膨胀机中膨胀到低压。随后地，膨胀的工作介质蒸汽流动通过冷凝器，在冷凝器中在多蒸汽工作介质与冷却介质之间发生热交换。然后，在循环中冷凝的工作介质通过供给泵供回到蒸发器。

利用有机朗肯循环系统，尤其是用于低温加热的益处是充分已知的。尤其在相对小的系统功率范围中，例如在1kW到约50kW的范围中，位移机器被频繁地使用。这些位移机器可以是活塞发动机。这些机器需要一定数量的油作为在机器中的润滑剂。在机器循环中，在该循环中的油通常与工作介质一起循环。在这种情况下，特别地，油还经过还经过系统的冷凝器，这可以导致在冷凝中较高的压力损失。

在制冷工程与空调技术的领域中使用的冷凝器，所谓的液化器，可以视为现有技术。在制冷工程中，蒸汽在高压与相对高的温度下压缩以后冷凝。蒸汽当其进入冷凝器时具有相对高的密度。为了获得足够高的流动速度，将蒸汽体积流分布到之后延伸通过冷凝器的单个高度的几个管线。

冷凝器通常具有入口与出口，管线布置在入口与出口之间，冷凝的主要部分在冷凝器中发生。通常地，管线的管基本上水平地布置。在水平布置中，冷凝物进一步需要驱动力以便流动到冷凝器的出口。为此目的，蒸汽与冷凝物必须以平行流流动。冷凝物由蒸汽通过管“吹动”。通过蒸汽传送冷凝物需要能量。这导致可以测量在冷凝器内部的压力损失，以及蒸汽到冷凝器的进入与冷凝物的排放之间的压力损失。压力损失随着在湍流中的蒸汽的流动速度成平方地增加。此外，压力损失取决于液体的粘度。特别地，压力损失随着液体的粘度增加。

在位移机器中的上述油例如用于润滑侧翼与轴承。换句话说，沿着彼此滑动和/或在彼此上滚动的部件被润滑。油参与机器循环。人们可以进一步谈论表示机器的实际工作介质与油的混合物（相应为含油液体）的流体。

油与蒸汽共同地通过膨胀机，并且例如以油蒸汽喷雾或油蒸汽雾的形式从膨胀机排放。即，液体已经包含在冷凝器的入口处的蒸汽中，意味着尽管较大部分的蒸汽仍以多蒸汽工作介质的形式存在，但是一部分蒸汽在进入冷凝器或者甚至在至冷凝器中的入口的上游时，一部分蒸汽已经，至少部分地与含油液体液滴混合。在开始处，即在冷凝器的入口附近，仅分离很少冷凝物，在此冷凝物中的油部分是非常高的。实际上，其几乎是纯油。相应地，该分离液体的粘度非常高。这可能承担非常高的压力损失，这对于冷凝器来说是不利的。这些压力损失可以再次降低整个系统（尤其是膨胀机）的性能，从而最终减小了过程作为整体的效率。这可能导致两位数百分比范围中的性能损失。

与空调技术相比，尤其在ORC系统中的工作介质在较低压力下冷凝。即，蒸汽具有较低的密度。通过类似的质量流与冷凝性能实现了显著更大的体积流。关于冷凝器的相同构造，这代表蒸汽的较大速度以及由此显著更大的压力损失。

可以通过更频繁地划分蒸汽体积流来实现冷凝的改进与压力损失的减小。然而，在系统中具有油或油状或含油液体以及与其相关的压力损失的问题仍存在。

给出在现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供用于热电厂的膨胀机的在热电厂的膨胀机中膨胀的蒸汽的冷凝的装置与方法，使得可以减小或者甚至消除上述弊端并且可以减小或者甚至克服与其相关的性能损失。

发明内容

根据专利权利要求1的特征，通过用于将在热电厂的膨胀机中膨胀的蒸汽冷凝到冷凝液体、尤其是含油冷凝液体的装置来实现上述目的。此外，根据专利权利要求12，通过用于将在热电厂的膨胀机中膨胀的蒸汽冷凝到冷凝液体、尤其是含油冷凝液体的相应方法来实现此目的。