[发明专利]热回收装置

说明书

技术领域

本发明涉及从热源回收热的热回收装置，特别涉及在燃气轮机设备中供应压缩空气或其它气体用的压缩机的热回收装置。

背景技术

产生热压缩气体(如在燃气轮机的燃烧室内与燃料一起然烧的空气)用的压缩机，是众所周知的。由压缩机产生的气体受到加热，因为它是利用压缩周期的绝热特性来压缩的。由于气体在压缩期间受到加热，比起如果在压缩期间气体的温度保持恒定即如果气体受到等温压缩来，为了达到所要的压缩程度就需要更多的能量。使用压缩机的机械能去加热被压缩气体，这通常也是低效率的。

已知的用于更有效地压缩气体的设备的一个例子是液压气体压缩机，其中气体在向下移动的液柱中受到压缩。以气泡形式存在的气体在压缩期间受到液体的冷却。气体而后在液柱的底部与液体分离，它方便地贮存在那里，形成一个冷压缩气体源，该气源随后可用于发电。

美国专利No.3608311中说明了一种其运行基于卡诺循环原理的热机。循环中工作流体的等温压缩是通过将一种液体喷射到含工作流体的室中从而使气体温度在压缩期间保持恒定来实现的。但是，这种设备与热机有关并且由一种封闭循环的热机组成，其中每一份一定体积的工作流体永久性地保留在一个相应的室内。它跟供应压缩气体的气体压缩机无关。

在常规的燃气轮机没备内，从燃气轮机出来的排放气体通常比周围大气的环境温度要热得多，因此排放气体的余热可能浪费掉，除非它能重新转化为有用的能量，例如发电。在一种特定类型的燃气轮机设备即联合循环燃气轮机和蒸汽设备(CCGT)中，从燃气轮机产生的排放气体中的余热被转化为蒸汽以驱动第二级轮机。虽然CCGT效率高，但它需要额外的设备如热回收蒸汽发生器和相应的蒸汽轮机。

发明内容

本发明提供一种从热源回收热的热回收装置，其包括：一个热回收交换器；一个用于产生冷压缩气体的等温气体压缩机，包括一个包含待压缩气体的压缩室、一个压缩活塞和一个驱动机构，用于驱动压缩活塞进入所述压缩室中，以压缩气体；在压缩室中形成液体喷雾的机构，以冷却在其中压缩中的气体；使压缩气体从所述压缩室抽取的阀门机构；以及配接在所述压缩活塞上的配接机构，从而供给动能至所述压缩活塞，该装置还包括设置成以从所述热源来的热把冷压缩气体加热的热交换器机构和设置成把从所述热交换器机构来的加热压缩气体直接输送至所述涡轮机的机构，其中，所述涡轮机设置成膨胀所述加热气体，在没有燃烧之下，使所述气体在所述涡轮机出口处的温度低于所述加热压缩气体在所述涡轮机入口处的温度，其特征在于，该装置还包括设置成直接从所述压缩室引入冷压缩气体中抽取喷雾液体的机构。

按照本发明的一个方面，提供了一种气体压缩机，它包括一个包含待压缩气体的室、室中的一个活塞和将活塞驱动到室中以压缩气体的机构、形成在室中的液体喷雾以便在压缩时冷却其中气体的机构，以及使压缩气体能够从室内抽出的阀门机构，其中上述驱动活塞的机构包括将贮存在流体中的驱动能量直接传递给活塞的机构。

因此，本发明提供一种有用的压缩气体源，其中气体温度受液体喷雾控制。压缩热被传递给喷雾中的小液滴，使得在压缩期间，气体温度可以受到控制而保持恒定或降低。如果气体的温度保持恒定，压缩所需的能量比如果温度允许升高时的压缩所需能量要少得多。有利的是，活塞由流体中贮存的能量直接驱动，这种能量可以是贮存在压缩气体或可燃燃料/空气混合物中的能量或液体的势能。这使得能够从极高温度的热源直接驱动等温压缩，而系统中的热量在周期中的最低温度下排出。活塞使流体释放的大能量非常有效地转化为气体的压缩能量，并以这样一种方式提供了将从流体作为动能释放的能量暂时贮存的机会，即大的能量可以转移到活塞上，因而大体积的气体可以被压缩，但是活塞移动到室内的速率可以由活塞的惯性控制，使得压缩过程尽可能接近等温。本发明也提供机会回收从流体释放的过剩热量，以预热等温压缩气体。其次，因为活塞是直接驱动的，所以不需要包括曲轴之类转动部件的较复杂的机械装置。