[发明专利]用于从双热源回收废热的系统和方法

说明书

技术领域

本说明书中公开的实施例总体上涉及发电领域，具体来说，涉及一种从温度不同的多个热源回收废热以用于发电的系统和方法。

背景技术

各种工业和商业工艺和操作中会产生大量废热。示例性废热源包括来自供暖组件、蒸汽锅炉、发动机和冷却系统的排出气流和热量。许多烧燃料的发动机除了在高温下产生排出气流之外，还在润滑油、冷却流体或压缩机中间冷却器空气中的较低温度下释放热量。尽管可以使用及底循环来从发动机释放的热废气中回收额外的电能或轴动力，这些循环通常未经配置以有效利用可用的较低温热源。

当废热为轻度时，例如，当废热温度低于300摄氏度时，例如，传统热回收系统的运作效率不足以以成本有效的方式进行能量回收。最终结果是大量废热仅仅被废弃到大气、地面或水中。

一种从废热发电的方法包括单循环系统或双循环系统，用于不同温度位的废热源的热回收应用中。单循环构造使用中间加热流体从串行布置的热交换单元中的不同废热位置收集热量。这种“全内置”构造能够减小最高所得流体蒸汽温度，因为各个不同温度位热源的可用热量得到混合。这种构造的不理想结果是降低了卡诺效率。在双循环构造中，高温热源在上回路中加热高沸点液体，而低温热源在单独的下回路中加热低沸点液体。但是，所述双循环系统的性能通常优于单循环，双循环系统中的部件更复杂并且需要更多部件。因此，双循环系统的总成本大幅增加。

在用于从废热发电的另一种传统系统中，利用废热的级联式有机兰金循环系统包括一对有机兰金循环系统，包括两种工作流体。所述循环相联合，并且对应的有机工作流体被选择为使得第一有机兰金循环的有机工作流体在高于第二有机循环的有机工作流体的沸点的冷凝温度下冷凝。第一有机兰金循环系统的冷凝器以及第二有机兰金循环的蒸发器共用单个公共热交换器。级联式有机兰金循环系统在特定温度范围内将余热转换成电力，但不在广温度范围内回收废热，因为在较高温度下迅速降解的趋势将有机流体的温度上限限于约250℃。

需要一种能够有效地利用单一工作流体在广温度范围内从多个热源回收废热的系统。

发明内容

根据本说明书中公开的一个示例性实施例，本发明提供一种废热回收系统，所述废热回收系统包括生热系统和热回收系统。所述生热系统包括温度不同的至少两个单独热源。所述至少两个单独热源包括第一热源和至少一个第二热源。所述热回收系统配置用于循环单一工作流体，并且包括加热器、第一热交换单元以及第二热交换单元。所述加热器配置用于以与高温流体呈热交换关系的方式循环工作流体，从而蒸发所述工作流体。所述第一热交换单元连接到所述加热器，其中蒸发的工作流体能够以热交换关系循环穿过所述第一热交换单元，以便在所述热回收循环系统中加热所述工作流体的至少一部分。所述工作流体的至少一部分能够以热交换关系循环穿过所述第二热交换单元，以便在所述热回收循环系统中加热所述工作流体的至少一部分。所述热回收循环系统连接到至少两个单独热源中的第一热源以及至少两个单独热源中的至少一个第二热源。所述热回收循环系统配置用于从第一热源和第二热源去除热量。

根据本说明书中公开的一个示例性实施例，本发明提供一种废热回收系统，所述废热回收系统包括燃烧发动机以及热回收循环系统。所述燃烧发动机包括：一个热源，所述热源具有发动机排气单元；以及至少一个额外热源，所述热源选自包括以下项的群组：较低温度中间冷却器、较高温度中间冷却器、低压压缩机排气单元或者其组合。所述一个热源包括温度高于所述至少一个额外热源的热源。所述热回收循环系统包括加热器、冷却单元、至少两个膨胀器、第一热交换单元和第二热交换单元。所述热回收循环系统连接到所述发动机排气单元和至少一个额外热源，并且配置用于循环工作流体。所述第一热交换单元连接到所述加热器和所述至少一个额外热源，其中工作流体的至少一部分能够以热交换关系循环穿过所述第一热交换单元，以便在所述热回收循环系统中加热所述工作流体。所述工作流体的至少一部分能够以热交换关系循环穿过所述第二热交换单元，以便在所述热回收循环系统中加热所述工作流体。所述热回收循环系统配置用于从所述发动机排气单元和所述至少一个额外热源去除热量。