具有热回收的压缩机系统技术方案

本发明专利技术题为“具有热回收的压缩机系统”。本发明专利技术提供了一种系统(100)，该系统可包括被构造成对工作流体加压的第一工作流体压缩机(102)，以及联接到该第一工作流体压缩机(102)并且被构造成将机械输入提供到该第一工作流体压缩机(102)中的原动机(104)。排气组件(112,214)可联接到原动机并且被构造成从原动机(104)接收排气热，该排气组件(112,214)包括被构造成基于由排气组件(112,214)接收的排气热产生电流的发电机(126,400)。第二工作流体压缩机(134)可包括以电气方式并且同步地联接到该发电机(126,400)的电动马达(130,402)，并且第二工作流体压缩机被构造成对工作流体加压。

【技术实现步骤摘要】
具有热回收的压缩机系统政府许可权本专利技术根据由能源部授予的合同号DE-FE000031617由政府支持完成。政府对本专利技术享有一定的权利。
本文描述的主题涉及压缩机系统。
技术介绍
压缩机用来增加工作流体的压力。特别地，使用原动机旋转轴和/或叶片以通过压缩机对工作流体加压。原动机可以是往复式发动机，诸如基于活塞的发动机、燃气轮机等。原动机提供对工作流体加压的功。另外，热量从原动机排放。然后这种排气热可以作为热力循环的一部分(诸如在布雷顿循环中)再利用。在某些应用中，试图使用排放气体中的热量可能会产生问题。例如，当天然气通过管道跨越较长距离输送时，若干个压缩机可能需要沿着管道间隔开，以对天然气加压或保持其压力。包括此类压缩机的设施称为压缩机站。这些压缩机站通常容纳压缩机和原动机。然而，随着多余的热量被排放，使用该多余热量所需的设备的尺寸可能较大且费用昂贵。具体地，电力和/或效率的增益可能不会抵消由于使用排气热而导致的成本和设计约束。然而，由于压缩机站通常远离电网，因此这种涡轮机产生的电力可能没有地方传输或储存。因此，成本和尺寸约束使得提供这样的涡轮机是不可取的。虽然存在可能能够更有效地处理排气热的更小、更紧凑的涡轮机，但是此类涡轮机的工作流体通常被认为对环境有害。由于天然气管道一直存在环境问题，此类涡轮机也是不可取的。因此，来自压缩机站的排气热被简单地排放到大气中，从而导致压缩机站内的效率显著下降。
技术实现思路
在一个或多个实施方案中，提供了一种系统，该系统包括被构造成对工作流体加压的第一工作流体压缩机，以及联接到第一工作流体压缩机并且被构造成将机械输入提供到第一工作流体压缩机中的原动机。排气组件联接到原动机并且被构造成从原动机接收排气热。排气组件包括发电机，该发电机被构造成基于由排气组件接收的排气热产生电流。还提供了第二工作流体压缩机，该第二工作流体压缩机包括以电气方式且同步地联接到发电机的电动马达，并且该第二工作流体压缩机被构造成对工作流体加压。在一个或多个实施方案中，提供了一种方法，该方法包括：利用第一工作流体压缩机对第一工作流体加压；利用原动机向第一工作流体压缩机供应机械输入；以及将当向第一工作流体压缩机供应机械输入时由原动机排出的排气热输送至排气组件。该排气热通过排气组件转换为电流。然后，电流从排气组件同步地供应到电动马达。电动马达向第二工作流体压缩机供应机械输入，以利用第二工作流体压缩机对第一工作流体加压。在一个或多个实施方案中，提供了一种系统，该系统包括被构造成输送天然气的管道，以及流体联接到管道并且被构造成接收天然气并对其加压以及排出排气热的第一压缩机组件。排气组件流体联接到第一压缩机组件，并且被构造成接收由第一压缩机组件排出的排气热。排气组件包括至少一个压缩机，所述至少一个压缩机被构造成利用超临界工作流体操作。排气组件还包括发电机，该发电机接收来自辅助涡轮机的机械输入，该辅助涡轮机机械地联接到被构造成利用超临界工作流体操作的所述至少一个压缩机。该发电机被构造成以预先确定的频率产生电流。提供了第二压缩机组件，该第二压缩机组件包括电联接到排气组件的发电机的电动马达。第二压缩机组件还被构造成接收天然气以对天然气加压。附图说明通过参考附图阅读以下对非限制性实施方案的描述，将更好地理解本专利技术的主题，其中：图1是根据一个实施方案的压缩机系统的示意图；图2是根据一个实施方案的压缩机系统的示意图；图3是根据一个实施方案的补充工作流体的加压的过程的流程图；图4是根据一个实施方案的发电机和电动马达的示意图；图5是根据一个实施方案的发电机和电动马达的示意图；以及图6是根据一个实施方案的发电机和电动马达的示意图。具体实施方式提供了一种压缩机系统，该压缩机系统包括由往复式发动机或燃气轮机驱动的第一压缩机，该第一压缩机联接到包含热驱动动力循环的排气组件。排气组件中的热驱动动力循环向电动马达提供可变驱动力，以控制联接到电动马达的第二压缩机的操作，从而补充通过压缩机系统的工作流体的加压。排气组件中的热驱动动力循环被密封以防止操作流体泄漏到环境中。具体地，排气组件利用来自第一压缩机的排气热作为能量源来为发电机提供动力，该发电机电联接到操作第二或补充压缩机的电动马达。在发电机和电动马达之间提供同步电联接，从而允许驱动电动马达的高频输入。而且，通过在高频下具有同步电联接，排气组件可以被气密地密封在容器或外壳内，以防止排气组件的操作燃料的泄漏。以这种方式，排气组件可以利用涡轮机诸如超临界CO2涡轮机，以将排气热转换成电流，而不用担心CO2排放泄漏到环境中。另外，排气组件还用于调节电动马达上的负载以提供可变输入。以这种方式，排气组件可操作或控制第二压缩机的电动马达。图1示出了压缩机系统100的示意图。在一个示例中，压缩机系统100可以是对流过天然气管道的天然气加压的压缩机站。另选地，当流体从第一位置输送到第二位置时，压缩机系统可以对另一工作流体加压。压缩机系统100包括从入口103接收工作流体的第一工作流体压缩机102。在一个示例中，工作流体是天然气，但是在另选示例中，可以提供其他工作流体。第一工作流体压缩机102联接到原动机104。在一个示例中，原动机104是涡轮机，诸如气体涡轮机。在其他示例中，原动机104可通过燃烧过程机械地操作以操作第一压缩机102。在燃烧驱动原动机104之后，来自燃烧的热量沿着排气路径106离开原动机到达热交换器108。如本文所用，热交换器108可以被认为是在两种流体之间传递热量的装置，其中所述两种流体在热交换器内彼此物理地分离。该流体可以是气体、液体或气体和液体。在一个示例中，排气热在大约1000℉被排出。同时，原动机104提供第一工作流体压缩机102对工作流体加压所需的功。特别地，工作流体从入口103被接收并且流入第一压缩机102中并随着加压增压沿着第一出口流体流动路径110离开压缩机102。排气组件112联接到原动机104，使得排气路径106内的热量经由热交换器108被排气组件112接收。特别地，热交换器108从原动机104接收热量并将热量输送至排气组件112的入口114。热交换器108还从出口116排出低温排放气体。在一个示例中，排气组件112是废热回收组件。排气组件112可以被密封在外壳118内，使得工作部件不暴露于环境。排气组件112可以被气密地密封在外壳118内。在一个示例中，排气组件112包括在外壳118内的热交换器108，该热交换器接收由原动机104产生的排气热。另选地，热交换器108位于远离外壳118的位置，并且仅提供进入外壳118的入口114。排气组件112包括机械地联接到辅助压缩机122的辅助涡轮机120。辅助涡轮机120也可以被认为是膨胀器或涡轮机膨胀器。在一个实施方案中，辅助涡轮机120和辅助压缩机122是超临界CO2涡轮机和超临界CO2压缩机。超临界CO2(sCO2)是保持在二氧化碳的临界温度和临界压力以上的二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：/n第一工作流体压缩机(102)，所述第一工作流体压缩机被构造成对第一工作流体加压；/n原动机(104)，所述原动机联接到所述第一工作流体压缩机(102)并且被构造成将机械输入提供到所述第一工作流体压缩机(102)中；/n排气组件(112,214)，所述排气组件联接到所述原动机(104)并且被构造成从所述原动机(104)接收排气热，所述排气组件(112,214)包括被构造成基于由所述排气组件(112,214)接收的所述排气热产生电流的发电机(126,400)；和/n第二工作流体压缩机(134)(102)，所述第二工作流体压缩机包括以电气方式并且同步地联接到所述发电机(126,400)的电动马达(130,402)，并且所述第二工作流体压缩机被构造成对所述第一工作流体加压。/n

【技术特征摘要】
20191105 US 16/674,6141.一种系统，包括：
第一工作流体压缩机(102)，所述第一工作流体压缩机被构造成对第一工作流体加压；
原动机(104)，所述原动机联接到所述第一工作流体压缩机(102)并且被构造成将机械输入提供到所述第一工作流体压缩机(102)中；
排气组件(112,214)，所述排气组件联接到所述原动机(104)并且被构造成从所述原动机(104)接收排气热，所述排气组件(112,214)包括被构造成基于由所述排气组件(112,214)接收的所述排气热产生电流的发电机(126,400)；和
第二工作流体压缩机(134)(102)，所述第二工作流体压缩机包括以电气方式并且同步地联接到所述发电机(126,400)的电动马达(130,402)，并且所述第二工作流体压缩机被构造成对所述第一工作流体加压。


2.根据权利要求1所述的系统，其中所述发电机(126,400)包括具有多个磁极(424a,424b,424c)的转子(504,604)，并且其中所述电动马达(130,402)包括具有多个磁极(424a,424b,424c)的转子(504,604)。


3.根据权利要求2所述的系统，其中所述发电机(126,400)的所述转子(504,604)的所述多个磁极(424a,424b,424c)与所述电动马达(130,402)的所述转子(504,604)的所述多个磁极(424a,424b,424c)相比的比率是一比一。


4.根据权利要求2所述的系统，其中所述发电机(126,400)的所述转子(504,604)的所述多个磁极(424a,424b,424c)与所述电动马达(130,402)的所述转子(504,604)的所述多个磁极(424a,424b,424c)相比的比率是非整数。


5.根据权利要求1所述的系统，其中所述排气组件(112,214)被密封在外壳(118)内，所述外壳被构造成防止第二工作流体的流体泄漏。


6.根据权利要求5所述的系统，其中所述发电机(126,400)通过所述外壳(118)电联接到所述电动马达(130,402)。


7.根据权利要求1所述的系统，其中不提供用于改变频率的电子调制电路来电联接所述电动马达(130,402)和所述发电机(126,400)。


8.根据权利要求1所述的系统，其中所述排气组件(112,214)包括：热交换器(108,129)，所述热交换器被构造成接收来自所述第一工作流体压缩机(102)的所述排气热并传递输入热量；和
辅助涡轮机(120)，所述辅助涡轮机联接到所述热交换器(108,129)并且被构造成接收来自所述热交换器(108,129)的所述输入热量并且将所述输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·艾伦·托里，道格拉斯·C·霍弗，布格拉·汉·埃塔斯，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国;US