[发明专利]使用分开闭合回路来将热转化成有用能量的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及将热能(例如有毒物和/或腐蚀性燃料例如城市拉圾的燃烧产生的热或地热流体中的热量)转化成有用能量(例如机械能或电能)的方法和装置。

背景技术

在燃料燃烧过程中会产生有毒物和/或腐蚀性烟气，为防止锅炉管子的迅速腐蚀，需保持管子的温度低于某一值，一般是靠沸水在这些管内循环结果产生饱和和或稍为过热的蒸汽来达到这一效果的。通常使蒸汽在蒸汽透平中膨胀以产生有用能量。然而，因为这种蒸汽一般是饱和的或稍稍过热，其膨胀使透平在湿蒸汽区做功，这样极大降低了蒸汽透平的效率和寿命。由于蒸汽透平不能在蒸汽湿度超过12-13％的状态下运行，因此常常需要在膨胀的中间停止膨胀并进行汽水分离，却除液体，然后再进一步膨胀。

如美国专利5440882中所述的，也可从含有蒸汽和盐液的地热流体中获取有用能量。

发明内容

本发明提出一种将热转化成有用能量的方法，包括：在第一膨胀器中膨胀蒸汽态的主流体，以获取有用能量并生成包含蒸汽和液体成份的部分膨胀后主流体流；将所述的部分膨胀后主流体流分离成液体和蒸汽成份，并将所述的流体流分流成一般蒸汽流和另一股包含液体的主工质流；在第二膨胀器中膨胀所述的蒸汽流，以获取有用能量和进一步膨胀后的主工质流；在主交换器中利用所述进一步膨胀后主流体流释放的热加热在一第二闭合回路中的多组分工质；和在所述第二闭合回路中的工质膨胀器中膨胀所述的多组分工质，以获得有用能量并生成废的多组分工质。

一方面，本发明的总体特征是，利用主流体(例如：蒸汽)的多级膨胀、通过利用主流体的热量对在分离的封闭回路中多组分工质的加热以及利用多组分工质的膨胀，将主流体中的热转化成有用能量。蒸汽态的主流体在第一膨胀器中膨胀，获得有用能量并生成部分膨胀后主流体流，然后将部分膨胀后主流体流分离成液体和蒸汽部分并分流成蒸汽流(在第二膨胀器中膨胀)和另一主工质流(用于加热多组分工质流)。

在较佳实施例中，废的多组分工质(已被膨胀过)在冷凝器中冷却并通过同流热交换器，在此，废的多组分工质释放的热用于同流地加热冷凝后多组分工质。主流体可由锅炉加热或者是地热流体中的蒸汽。

另一方面，本发明总体特征是利用两个封闭回路将热转化成有用能量。一个封闭回路中包含主工质，它由外热源加热(例如燃烧腐蚀性或有燃料的锅炉)，然后被分流成两股工质流。第一工质流膨胀并获得有用能量(例如在透平中)，第二工质流用在第一热交换器中加热在第二闭合回路中的多组分工质，然后加热后的多组分工质地膨胀以进一步获得有用能量(例如在第二透平中)。

在较佳实施例中，第一工质流被分流成两股工质流，一股是蒸汽流，它用于膨胀以获取有用能量，两股附加工质流也用来在另外两个热交换器中加热多组分工质。

另一方面，本发明的总体特征是一个动力系统，该系统将包含蒸汽和盐液的地热流体中的热在转化成有用能量。蒸汽从盐液中分离并膨胀，蒸汽中的热用来在第一热交换器中加热在分离的封闭回路中的多组分工质。被分离后的盐液用来在第二热交换器中进一步加热多组分工质，然后从系统中排出。然后，多组分工质膨胀的进一步获得有用能量。

在较佳实施例中，废的多组分工质在冷凝器中冷凝并通过再生热交换器，在此，从废的多组分工质中释放的热用于同流地加热被冷凝器冷凝后的多组分工质。在第一热交换器中加热多组分工质的热量从已经膨胀并被分流成两股工质流的蒸汽中获得。一股工质流量是蒸汽，它膨胀并获得有用配量，另一股工质流通过第一热交换器，之后被节流并与膨胀后工质流再结合。

本发明还提出一种将热转化成有用能量的装置，包括：第一膨胀器，蒸汽态主流体在其中膨胀以获得有用能量并生成包含蒸汽和液体成份的部分膨胀后主流体流；分离/分流器，将来自所述的第一膨胀器的所述的部分膨胀后主流体流分离成液体和蒸汽成份并将所述的流体流分流成蒸汽流和包含液体的另一主工质流；第二膨胀器，来自所述分离/分流器的所述蒸汽流在其中膨胀以获得有用能量和进一步膨胀后的主流体流；主热交换器，在其中利用所述进一步膨胀后主流体流中的热量加热多组分工质；和包含所述多组分工质的第二闭合回路，所述的第二闭合回路包括在所述的主热交换器中的流动通道，所述的第二闭合回路包括一工质膨胀器，所述的多组分工质在其中膨胀以获取有用能量并生成废的多组分工质。