用于机械驱动应用的有机兰金循环制造技术

本发明专利技术涉及用于机械驱动应用的有机兰金循环。描述了一种用于产生机械功率的联合热力系统。系统包括燃气涡轮(1)和由燃气涡轮(1)驱动的涡轮机(2)。系统还包括具有涡轮膨胀机(13)的热力有机兰金循环(5)。热传递布置(9a、9、11)将热从燃气涡轮的排放燃烧气体传递到热力有机兰金循环，其中，热转换成用于驱动从动涡轮机的机械功率。

【技术实现步骤摘要】
用于机械驱动应用的有机兰金循环
在本文中公开的主题的实施例大致涉及用于通过热回收产生机械功率的系统。
技术介绍
作为普通水-蒸汽兰金循环的备选方案，使用有机兰金循环(ORC)用于废热回收过程，并且用于驱动发电机，从而将废热转变成有用的电能。图1示出用于产生电能的联合燃气涡轮-ORC循环。有机兰金循环用于从燃气涡轮排气中回收废热并且借助于双闭合回路系统来将它转换成电能。参考标号101指示例如用作发电机的原动机的燃气涡轮，发电机以102示意性地示出。燃气涡轮101的排放燃烧气体在热交换器103中冷却，并且借助于第一闭合回路104从其中抽取热。在第一闭合回路104中，使用透热油作为热传递流体，以将由燃气涡轮101释放的热传递到在第二闭合回路105中循环的流体。第一闭合回路104包括泵106和三个串联地布置的热交换器107、108和108a，其中，热从透热油传递到在第二闭合回路105中循环的流体。第二闭合回路105是基于兰金原理的热力循环，其中，工作流体是有机流体，具体而言是重质碳氢化合物，例如环戊烷，或者具有合适的特性的制冷剂流体。在第二闭合回路105中循环的工作流体分别在三个串联地布置的热交换器108a、108和107中被加热、蒸发、以及过热，并且在涡轮膨胀机109中膨胀。流体的热力特性允许进行干膨胀，即，在涡轮膨胀机109的排出口侧处的流体仍然处于气态。同流换热器(recuperator)110定位在涡轮膨胀机109的下游。在同流换热器110中，热的膨胀流体与冷的高压液体交换热，该高压液体通过使冷凝器112中的膨胀流体冷凝，然后借助于泵113在热力循环的所需上压力下泵送冷凝物而获得。由泵113输送的液体被泵送穿过同流换热器110，然后穿过预热器、蒸发器和过热器交换器108a、108、107，从而接通回路。涡轮膨胀机109机械地连接于发电机115，发电机115将可在涡轮膨胀机109的输出轴上获得的机械功率转换成电功率。在两个闭合回路中循环的透热油和有机流体允许有效地利用低温热源来在较广的功率输出范围内产生电能。
技术实现思路
本公开的实施例提供一种用于产生机械功率的联合热力系统，包括：燃气涡轮；涡轮机，其由所述燃气涡轮驱动；热力有机兰金循环，其包括涡轮膨胀机；热传递布置，其用于将热从所述燃气涡轮的排放燃烧气体传递到所述热力有机兰金循环；从动涡轮机，其由所述涡轮膨胀机驱动。有利地，所述涡轮膨胀机是整体齿轮式(integrallygeared)多级涡轮膨胀机。在一些实施例中，由燃气涡轮和有机兰金循环的涡轮膨胀机驱动的涡轮机各自可包括一个或多个压缩机，例如离心压缩机或压缩机组。两个热力循环都用于机械驱动目的。系统有利地用于如下设备中，即，其中需要机械功率用于驱动一个或多个涡轮机，并且其中既不需要产生也不便产生电功率。使用有机兰金循环使得系统特别适合用于水无法获得或不足以运行水-蒸汽兰金循环的地方。系统可用于油-气装置和设备中。例如，燃气涡轮和涡轮膨胀机可用来驱动管道压缩站或天然气液化系统的压缩机。根据又一方面，本公开还涉及一种用于产生机械功率且驱动涡轮机的方法，包括以下步骤：提供燃气涡轮；使用所述燃气涡轮产生机械功率，并且使用机械功率驱动涡轮机；将热从所述燃气涡轮的排放燃烧气体传递到有机兰金循环；借助于多级整体齿轮式多级涡轮膨胀机，使用所述有机兰金循环产生机械功率，并且使用机械功率驱动涡轮机。一种用于产生机械功率的联合热力系统，包括：燃气涡轮；涡轮机，其由燃气涡轮驱动；热力有机兰金循环，其包括整体齿轮式多级涡轮膨胀机；热传递布置，其用于将热从燃气涡轮的排放燃烧气体传递到热力有机兰金循环；从动涡轮机，其由涡轮膨胀机驱动。优选地，从动涡轮机是压缩机，并且优选为离心压缩机。优选地，热传递布置包括闭合热传递回路、在热传递回路中循环的热传递流体，从而将热从排放燃烧气体传递到热力有机兰金循环。优选地，由燃气涡轮驱动的涡轮机包括压缩机或压缩机组。优选地，包括机械变速器，以将整体齿轮式多级涡轮膨胀机与由涡轮膨胀机驱动的涡轮机机械地联接。优选地，机械变速器包括具有两个驱动入口轴和一个从动出口轴的齿轮箱。优选地，两个驱动入口轴的第一入口轴连接到整体齿轮式多级涡轮膨胀机的第一级的第一叶轮上。优选地，两个驱动入口轴的第二入口轴连接到整体齿轮式多级涡轮膨胀机的第二级的第二叶轮上。优选地，第一级是整体齿轮式多级涡轮膨胀机的高压级。优选地，第二级是整体齿轮式多级涡轮膨胀机的低压级。优选地，出口轴连接到从动涡轮机的轴上。一种用于产生机械功率且驱动涡轮机的方法，包括以下步骤：提供燃气涡轮；使用燃气涡轮产生机械功率，并且使用机械功率驱动涡轮机；将热从燃气涡轮的排放燃烧气体传递到有机兰金循环；借助于多级整体齿轮式多级涡轮膨胀机，使用有机兰金循环产生机械功率，并且使用机械功率驱动涡轮机。优选地，该方法还包括以下步骤：提供包括闭合热传递回路的热传递布置；使在热传递回路中循环的热传递流体循环；借助于热传递流体，将热从排放燃烧气体传递到热力有机兰金循环。特征和实施例在此在下面公开，并且在所附权利要求中进一步阐述，所附权利要求形成本描述的整体部分。以上简要描述阐述了本专利技术的多种实施例的特征，以便可更好地理解下面的详细描述，并且以便可更好地意识到本专利技术对本领域的贡献。当然，存在本专利技术的其他特征，其将在下面描述，而且将在所附权利要求中阐述。在这方面，在详细解释本专利技术的若干实施例之前，要理解的是，本专利技术的多种实施例在它们的应用方面不限于结构的细节，而且不限于在以下描述中阐述的或在图中示出的构件的布置。本专利技术能够具有其他实施例，而且能够以多种方式实践和执行。而且，要理解的是，在本文中采用的措词和术语是用于描述目的，而不应被视为限制。因而，本领域技术人员将理解的是，本公开所基于的构思可容易地用作用于设计实现本专利技术的若干目的的其他结构、方法和/或系统的基础。因此，重要的是认为权利要求包括此种等同结构，只要它们不偏离本专利技术的精神和范围。附图说明将容易地获得本专利技术的公开的实施例及其许多附带的优点的更完整的理解，因为当结合附图来考虑时，通过参照以下详细描述，将更好地理解本专利技术的公开的实施例及其许多附带的优点，其中：图1示出根据相关技术的联合燃气涡轮-ORC系统；图2示出根据本公开的、用于机械驱动目的的联合燃气涡轮-ORC系统；图3和图4示意性地示出两级涡轮膨胀机的主要特征。具体实施方式示范实施例的以下详细描述参照了附图。不同图中的相同参考标号标识相同或相似的元件。另外，图未必按比例绘制。而且，以下详细描述不限制本专利技术。而本专利技术的范围是由所附权利要求限定的。贯穿说明书对“一个实施例”或“实施例”或“一些实施例”的参照表示结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。因而，贯穿说明书在各处出现短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“在一些实施例中”未必指的是相同的(多个)实施例。而且，特定特征、结构或特性可以以任何适当的方式结合在一个或多个实施例中。参照图2，参考标号1表示用于驱动负载2的燃气涡轮。在一些示范实施例中，负载可为压缩机或压缩机组。例如，燃气涡轮1可用来驱动天然气液化设备或管道压缩站中的一个或多个压缩机。在一些实施例中，燃气涡轮1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生机械功率的联合热力系统，包括：燃气涡轮；涡轮机，其由所述燃气涡轮驱动；热力有机兰金循环，其包括整体齿轮式多级涡轮膨胀机；热传递布置，其用于将热从所述燃气涡轮的排放燃烧气体传递到所述热力有机兰金循环；从动涡轮机，其由所述涡轮膨胀机驱动。

【技术特征摘要】
2012.10.01 IT FI2012A0001931.一种用于产生机械功率的联合热力系统，包括：燃气涡轮；涡轮机，其包括压缩机或压缩机组并且由所述燃气涡轮驱动；热力有机兰金循环，其包括整体齿轮式多级涡轮膨胀机；热传递布置，其用于将热从所述燃气涡轮的排放燃烧气体传递到所述热力有机兰金循环，其中所述热传递布置包括闭合热传递回路，热传递流体在所述闭合热传递回路中循环，从而将热从所述排放燃烧气体传递到所述热力有机兰金循环；从动涡轮机，其包括压缩机并且由所述整体齿轮式多级涡轮膨胀机驱动；以及机械变速器，用于将所述整体齿轮式多级涡轮膨胀机与由所述整体齿轮式多级涡轮膨胀机驱动的所述从动涡轮机机械地联接。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机械变速器包括具有两个驱动入口轴和一个从动出口轴的齿轮箱。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述两个驱动入口轴的第一入口轴连接到所述整体齿轮式多级涡轮膨胀机的第一级的第一叶轮上。4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：A布拉托，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT