专利名称：包括冷凝水回收设备的功率设施的制作方法
技术领域：
本发明涉及冷凝水回收设备，特别地，但并非排他地，用于包括一个或多个热机的功率设施，在操作中需要向热机供应空气用于燃烧和/或通风目的。另外，本发明涉及一种用于改进上文所提到的类型的功率设施中的总效率的方法。
背景技术：
用于产生电能或机械能的功率设施可包括热机，例如，内燃机或外燃机，如燃气涡轮发动机或往复式发动机或其它机器。上文所提到类型的功率设施通常包括空气入口和空气通风回路，空气入口用于向功率设施的热机内提供可燃空气，空气通风回路用于在同一热机的外表面上提供冷却空气。这样的功率设施常常需要在热环境或热的季节中运行，且特别地，可能要求它们在每天或在具体季节(例如夏季)最热的时候提供峰值功率。当功率设施包括燃气涡轮时，不利地是，随着到功率设施的入口空气温度升高，涡轮能生成的电力降低。这导致了需要入口致冷系统，其包括安装于功率设施的空气入口处，特别是在空气过滤设备内的一个或多个热交换器。传统上，存在可用于冷却这样的热交换器的三个选项:机械或蒸发或吸收。机械冷却使用机械压缩来降低入口空气温度以优化热机的输出。蒸发冷却向涡轮入口空气流内喷水，其中，水蒸发，从而冷却空气。吸收冷却使用通常从热机的废气提取的热源，来提供驱动冷却过程所需的能量。在所有上述情况下，冷却过程在热交换器下游产生冷凝水。这样的水通常被认为是工业废物且因此排放到废液处理厂中。备选地，由冷却过程所产生的水被回收且再循环以用于在功率设施中其它的工业用途。例如，在包括燃气涡轮的功率设施中，从美国专利号5390505已知闭合循环使用这样的水，其基本上为软化水，通过将水注入到燃气涡轮的燃烧区内，以便实现功率增大、燃料节省和氧化氮(NOx)减少。上文所提到的解决方案允许提高燃气涡轮的效率但也表现出了一些不便之处。实际上，在功率设施中添加用于在燃气涡轮中引入冷凝水的回路可导致在燃气涡轮中的热区段中的腐蚀损害和热应力增加，且因此造成了维护干预增加，这意味着使功率设施停运。因此，将降低功率设施的总体可用性和可靠性。在功率设施的空气入口处插入水回收设备通常会导致大量冷凝水产生。在某些情况下，当要求少量冷凝水时，(例如，0.5 - 3 m3/h)，这种解决方案可能不方便且其将需要在功率设施内得到另一冷凝水源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功率设施，其包括冷凝水回收设备，冷凝水回收设备允许从在功率设施中流动的潮湿空气回收水，从而优化了总效率且最小化水浪费。根据第一实施例，本发明通过提供一种功率设施而实现这个目的，该功率设施包括:热机，用于向所述热机内递送可燃第一流体的入口管和用于向所述热机递送冷却第二流体的通风回路，第一流体和/或第二流体包括在其中的水；其中，功率设施还包括水回收设备，水回收设备与入口管和/或通风回路连接用于从第一流体和/或第二流体冷凝并收集水，水回收设备与至少一个热交换器相关联，至少一个热交换器与入口管和/或通风回路热连接用于冷却所述第一流体和/或所述第二流体至超过(beyond)其露点，水回收设备还包括连接装置，其用于将从第一流体和/或第二流体冷凝的水递送到用水设备。根据第一实施例的另一有利特征，用水设备为开环型。根据第一实施例的另一有利特征，用水设备包括:加热装置，其用于从由水回收设备分离并收集的水产生蒸汽；以及，蒸汽膨胀器，其用于从所述蒸汽产生能量。通过提供用于从第一可燃流体或从第二通风流体或从第一流体和第二流体两者回收水的设备，本发明允许根据功率设施的需要而方便地生成所要求的回收水流。如果要求了大量回收水，则水回收设备与入口管连接，且任选地与通风回路连接。如果功率设施需要减少量的回收水，则水回收设备仅与通风回路连接。在后一种情况下，可通过比将入口管连接到水回收设备所要求的那些更简单且成本更低的修改来在现有功率设施中得到所需水量。本发明允许优化包括使用回收水的设备的功率设施的总效率，特别是当用水设备为开环型时，例如，包括用于产生蒸汽的例如锅炉的加热装置和用于从这样的蒸汽产生能量的蒸汽膨胀器的设备。用于向本发明的水回收设备的热交换器传输冷却能力的冷源可为任何类型:机械、蒸发或吸收。本发明的另一目的在于发展一种用于改进包括热机的功率设施的效率的方法。根据第二实施例，本发明通过提供一种方法来实现此另一目的，该方法包括如下步骤，其使至少一个热交换器与热机的入口管和/或热机的通风回路热连接；操作热交换器以冷却在入口管中流动的第一流体和/或在通风回路中流动的第二流体，第一流体和/或第二流体包括在其中的水；使所述第一流体和/或所述第二流体至超过其露点以便冷凝在其中的水；从第一流体和/或第二流体收集水，使用冷凝水来改进所述功率设施的效率。根据第二实施例的另一有利特征，使用冷凝水的步骤包括将冷凝水递送到联合循环功率单元和/或递送到用于产生可饮用水的水处理单元和/或递送到用于产生蒸汽的加热装置。通过第二实施例实现在上文参考本发明的第一实施例所述的同样的优点。
从结合附图的本发明的实施例的以下描述，本发明的其它目的特征和优点将会变得显而易见，在附图中:
图1为根据本发明的功率设施的总体示意 图2为图1的功率设施的变型的不意 图3为图2中的变型的更详细的示意 图4为图1的功率设施的另一变型的示意 图5为图1的功率设施的另一变型的示意 图6为根据本发明用于改进功率设施中的效率的方法的流程图。
具体实施例方式参看图1至图5的实施例，功率设施I包括:热机2 ;入口管3，其用于向热机2中递送可燃的第一流体；以及，通风回路4，其用于向热机2递送冷却第二流体，第一流体和/或第二流体包括在其中的水。通常，第一流体和第二流体为潮湿空气。当热机2为燃气涡轮时，在通风回路中的第二流体的流率低于在入口管中的第一流体的流率。对于不同类型的热机2，例如，往复式燃烧机，在通风回路4中的第二流体的流率可大于在入口管3中的第一流体的流率。热机2可为各种类型，全都需要被供应可燃的第一流体和通风回路4。例如，在功率设施I的已知的实施例中，热机2为往复式发动机。在图3中所示的功率设施I的实施例中，热机2为燃气涡轮发动机，其包括上游空气压缩机2a、下游涡轮2b和在上游空气压缩机2a与下游涡轮2b之间的燃烧器2c。在图1至图4的实施例中，热机2包括排气烟道12且与发电机13连接。在图5所示的本发明的另一实施例中，热机2为联合循环功率单元，其包括蒸汽涡轮和蒸汽冷凝器2d，蒸汽冷凝器2d至少部分地由在通风回路4中的第二流体冷却。该功率设施I还包括:水回收设备10，其与入口管3和通风回路4连接用于从第一流体和第二流体冷凝并收集流体，水回收设备与第一热交换器30和第二热交换器40相关联，第一热交换器30和第二热交换器40分别与入口管3和通风回路4热连接，用于冷却第一流体和第二流体至超过其露点。第一热交换器和/或第二热交换器例如由空气盘管构成。第一热交换器30特别地在热环境或热季节中确保了可燃第一流体被冷却以便使得由热机2所生成的功率最大化。此外，被供应到热机2的可燃流体需要被过滤掉杂质以避免损坏或过度磨损热机2的构件，特别是旋转构件。为了保证所需的可燃流体质量,功率设施I还在入口管3的吸入侧上包括入口空气处理系统5,入口空气处理系统5包括第一热交换器30和分别在第一热交换器30的上游和下游的一个或多个过滤模块6、7，过滤模块6、7用于移除固体杂质和/或其它杂质。入口空气处理系统5可布置为多种配置,这取决于功率设施I的具体要求。例如,入口空气处理系统5可包括一个或多个风雨罩，用于保护入口空气处理系统5以避免天气因素影响。在一些实施例中，入口空气系统5的上游过滤模块6包括用于从进入到第一热交换器30的潮湿空气分别移除细菌和病毒的HEPA和/或ULPA过滤器。任选地，在通风回路4中也可要求过滤。在这样的情况下(图1、图4和图5)，包括HEPA和/或ULPA过滤器的上游过滤模块40a设于热交换器40的上游。为了将第一热交换器30和第二热交换器40致冷，功率设施I包括冷源31、41，冷源31、41分别连接到第一热交换器30和第二热交换器40，用于分别从第一流体和第二流体提取热。在图1至图5的实施例中，冷源31由吸收制冷循环构成，吸收制冷循环连接到热回收蒸气发生器35，热回收蒸气发生器35具有热接触排放烟道12的多个管。热回收蒸气发生器35的管从燃气涡轮的废气提取热能以用于在吸收制冷循环31中使用。构成在图1至图5中的实施例中的冷源31的吸收制冷循环为本领域中熟知的且因此并不详细地描述。例如，在本发明的实施例中，吸收制冷循环为水-氨型。在图1至图5的实施例中，冷源41为机械型，包括压缩级(未图示)，其为本领域中熟知的且因此不再更详细地描述。一般而言，对于本发明的范围，冷源31、41可为任何类型，也包括蒸发型，只要分别为热交换器30、40生成恰当的冷却能力。考虑功率设施I的规格和要求来选择冷源31、41的类型。例如，必须考虑到通常可从第一流体和第二流体中冷凝的水量少于从其它流体冷凝的水量。例如，当热机为燃气涡轮时，可从第二流体冷凝的水量低于从第一流体冷凝的水量。因此，在这样的情况下，当需要更少量的冷凝水时，仅第二热交换器40设于功率设施I的通风回路4上。在如图1中那样的实施例中，其中第一热交换器30和第二热交换器40都存在，通风回路4包括入口区段，入口区段向大气开放用于接收潮湿空气。在如图2和图3中那样的实施例中，其中仅第一热交换器30存在，通风回路4的入口区段在第一热交换器30的下游与入口管3或入口空气处理系统5直接连接，用于接收在入口管中朝热机2流动的相同干燥空气。在如图4中那样的实施例中，其中仅第二热交换器40存在，通风回路4的入口区段与入口管3或入口空气处理系统5直接连接，用于接收在入口管中朝热机2流动的相同的潮湿空气。当在第一热交换器30和第二热交换器40中到达了露点条件时，分别从第一流体和第二流体分离水且在第一热交换器30和第二热交换器40的底部处收集水。水回收设备20包括连接装置25、26、27，其用于将从第一流体和/或第二流体回收的冷凝水递送到用水设备20。连接装置25、26、27包括供给泵27和管路25、26，管路25、26用于分别从第一热交换器30和第二热交换器40向泵27提供水。冷凝水通过泵27递送到水用户设备20。任选地，在泵27与水用户设备20之间，提供水处理设备50以改进进入到水用户设备20的水的质量。在图1至图5的实施例中，用水设备20为开环型，即，从第一流体和/或第二流体回收的冷凝水被递送到使用设备，其并不再在热机2内再使用，而是发送到功率设施I的其它使用设备。在一些实施例中，用水设备20包括加热装置，其用于从由水回收设备10分离并收集的水产生蒸汽。例如，在图2和图3的实施例中，用水设备20包括用于产生蒸汽的加热装置，其由沿着热机2的排放口设置于热回收蒸气发生器35下游的热交换器35a构成。备选地，在其它(未图示)实施例中，这样的加热装置由锅炉构成。由这样的加热装置所产生的蒸汽递送到蒸汽膨胀器51用于产生能量。在膨胀之后，离开蒸汽膨胀器51的蒸汽然后被递送到热机2的排放烟道12。蒸汽膨胀器51连接到第二发电机52。根据本发明的另一(未图示)实施例，用水设备20包括用于产生可饮用水的水处理单元。根据本发明的又一(未图示)实施例，用水设备20包括联合循环功率单元。在图6中图解地示出的本发明的第三实施例中，用于改进在功率设施I中的效率的方法100包括五个主要步骤101-105。在该方法100的第一步骤101中，第一热交换器30和第二热交换器40与功率设施I的热机2的入口管3和/或热机2的通风回路4热连接。在该方法100的第二步骤102中，热交换器30、40操作以冷却在入口管3中流动的第一流体和/或在通风回路4中流动的第二流体，第一流体和/或第二流体包括在其中的水。在方法100的第三步骤103中，使第一流体和第二流体超过其露点以冷凝在其中的水。在方法100的第四步骤104中，收集从第一流体和/或第二流体冷凝的水。在方法100的第五步骤105中，冷凝回收水用于改进功率设施的效率。在方法100的相应实施例中，第五步骤105包括递送冷凝水到联合循环功率单元和/或递送到用于产生可饮用水的水处理单元和/或递送到用于产生蒸汽的加热装置。本发明允许通过提供一种水回收设备来实现上文所述的目的和优点，该水回收设备允许针对功率设施的任何配置或工作条件而生成所需的冷凝水流。此外，本发明允许达到另外的优点。特别地，上文所述的方法可用于通过在现有功率设施中包括根据本发明的水回收设备来整修现有功率设施。本书面描述使用实例来公开本发明，包括优选实施例，且还使本领域技术人员能够实践本发明，包括做出和使用任何设备或系统以及执行任何合并的方法。本发明的专利保护范围由权利要求限定，且可包括本领域技术人员所想到的其它实例。如果其它实例具有与权利要求的字面语言并无不同的结构元件，或者如果其它实例包括与权利要求的字面语言并无实质不同的等效结构元件，则这些其它实例预期在权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种功率设施(I)，包括: -热机⑵； -用于在所述热机(2)内递送可燃第一流体的入口管(3)和用于向所述热机(2)递送冷却第二流体的通风回路(4)，所述第一流体和/或所述第二流体包括在其中的水； 其中，所述功率设施(I)还包括水回收设备(10)，所述水回收设备(10)与所述入口管(3)和/或所述通风回路(4)连接用于从所述第一流体和/或所述第二流体冷凝并收集水，所述水回收设备(10)与至少一个热交换器(30，40)相关联，所述热交换器(30，40)与所述入口管(3)和/或所述通风回路(4)热连接，用于冷却所述第一流体和/或所述第二流体至超过其露点，所述水回收设备(20)还包括连接装置(25，26，27)，其用于将从所述第一流体和/或所述第二流体冷凝的水递送到用水设备(20)。
2.根据权利要求1所述的功率设施(I)，其特征在于，所述水回收设备(10)与所述通风回路(4)热连接，以从所述第二流体分离并收集水。
3.根据权利要求1所述的功率设施(I)，其特征在于，所述用水设备(20)为开环型。
4.根据权利要求1或2所述的功率设施(I)，其特征在于，所述用水设备(20)包括: -加热装置，其用于从由所述水回收设备(10)分离并收集的水产生蒸汽；以及 -蒸汽膨胀器，其用于从所述蒸汽产生能量。
5.根据权利要求1或2所述的功率设施(I)，其特征在于，所述用水设备(20)包括用于产生可饮用水的水处理单元。
6.根据权利要求2所述的功率设施(I)，其特征在于，所述用水设备(20)包括联合循环功率单元。
7.根据权利要求1或2所述的功率设施(I)，其特征在于，所述热交换器由吸收制冷循环来致冷。
8.一种用于包括热机(2)的功率设施⑴的水回收设备(10)，所述水回收设备(10)与所述热机(2)连接，用于从在所述热机(2)的入口管(3)中流动的可燃的第一流体和/或从在所述热机(2)的通风回路(4)中流动的冷却第二流体冷凝水，所述水回收设备(10)与至少一个热交换器(30，40)相关联，所述热交换器(30，40)与所述入口管(3)和/或所述通风回路(4)热连接，用于冷却所述第一流体和/或所述第二流体至超过其露点，其中，所述水回收设备(10)还包括连接装置(25，26，27)，其用于将从所述第一流体和/或所述第二流体冷凝的水递送到用水设备(20)。
9.一种用于改进在包括热机(2)的功率设施(I)中的效率的方法(100)，所述方法(100)包括以下步骤: -使至少一个热交换器(30，40)与所述热机(2)的入口管(3)和/或所述热机(2)的通风回路⑷热连接(101)； -操作(102)所述热交换器(30，40)以冷却在所述入口管(3)中流动的第一流体和/或在所述通风回路(4)中流动的第二流体，所述第一流体和/或所述第二流体包括在其中的水， -使所述第一流体和/或所述第二流体超过其露点以冷凝在其中的水(103)， -收集(104)从所述第一流体和/或所述第二流体冷凝的水， -使用(105)所述冷凝水来改进所述功率设施的效率。
10.根据权利要求9所述的方法(100)，其特征在于，使用(105)所述冷凝水的步骤(105)包括将所述冷凝水递送到联合循环功率单元和/或递送到用于产生可饮用水的水处理单元和/或递 送到用于产生蒸汽的加热装置。
全文摘要
本公开涉及一种包括冷凝水回收设备的功率设施。一种功率设施，包括热机；用于向所述热机内递送可燃第一流体的入口管和用于向所述热机递送冷却第二流体的通风回路，第一流体和/或第二流体包括在其中的水；其中，功率设施还包括水回收设备，水回收设备与入口管和/或通风回路连接用于从第一流体和/或第二流体冷凝并收集水，水回收设备与至少一个热交换器相关联，至少一个热交换器与入口管和/或通风回路热连接用于冷却所述第一流体和/或所述第二流体至超过其露点，水回收设备还包括连接装置，其用于将从第一流体和/或第二流体冷凝的水递送到用水设备。
文档编号F01P11/00GK103174522SQ20121056000
公开日2013年6月26日 申请日期2012年12月21日 优先权日2011年12月23日
发明者F.R.比亚吉, M.桑蒂尼, G.马彻蒂 申请人:诺沃皮尼奥内有限公司