專利名稱：用于鍋爐的空氣分離和水加熱集成設備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鍋爐的空氣分離和水加熱集成設備。
背景技術(shù)：
US-A-4461154公開了一絕熱壓縮機的用途，該絕熱壓縮機用于壓縮空氣和對在該壓縮機的出口處產(chǎn)生的熱進行回收以加熱水，該水被供應至鍋爐，其目的在于提高被輸送有壓縮空氣的空氣分離裝置和鍋爐的整體效率(為了減小該鍋爐的燃料消耗)。W0-A-2006/131283描述了一種裝置，在該裝置中來自于壓縮機的空氣由煙道氣加熱，并隨后用于在兩個分離的交換器中加熱水。DE-C-19837251描述了一種集成有燃氣輪機的空氣分離裝置。依照慣例，從渦輪提取蒸汽并隨后使用該蒸汽對用于鍋爐的水進行預熱。本發(fā)明能夠通過對鍋爐給水進行預熱而對來自空氣壓縮機的熱回收進行優(yōu)化。目前，供給至鍋爐的水被送至脫氣裝置以分離出溶解在水中的氧，通常為了通過水的直接汽提來將氧含量減少至小于lOppb。為了高效率，必須在壓力小于20bar、優(yōu)選小于IObar的情況下進行這種脫氣。當壓縮機被用來壓縮用于低溫空氣分離裝置的所有空氣時，對于絕熱壓縮機通常必須在6bar abs的壓力下并因此在230°C至300°C的溫度下生產(chǎn)空氣。因此，理論上可將鍋爐給水加熱至220°C與295°C之間(考慮到這樣的事實小于 5°C的溫度差需要可觀的附加成本)。需要解決兩個問題?！さ谝环矫?，不得不將水脫氣以除去溶解氧，溶解氧主要來源于為了補償損耗(稀釋、抽取蒸汽以及泄漏)而被加入的水。因此，壓力必須保持在小于20bar的水平。在這個壓力下蒸汽的沸點為約210°C，因此，鍋爐水不能被加熱至對于效率而言最優(yōu)的溫度(另外，待脫氣的水的溫度與脫氣裝置的溫度之間通常必須保持10°C的差額，以使脫氣裝置能夠正確運行)?！さ诙矫?，與空氣相比較，用于鍋爐的水流量可能太大，以至于不能夠進行最優(yōu)的有效熱交換。例如，在由蒸汽渦輪驅(qū)動空氣壓縮機的情況中，用于鍋爐(以及從渦輪冷凝器獲得)的水的流量與空氣流量之間的關(guān)系是每1000Nm3/h的空氣對應380kg的水?？諝庠?273°C下離開壓縮機，水在45°C下離開冷凝器，而在水被空氣加熱的交換器中最小溫度差為 10°C。在這種情況下，水僅能被加熱至，而希望的溫度為至少250°C。根據(jù)本發(fā)明，使用另一熱源以補充從空氣壓縮機接收的熱，以便提高用于鍋爐的水的溫度
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種集成設備，該集成設備包括空氣壓縮機；驅(qū)動所述空氣壓縮機的蒸汽渦輪；第一熱交換器；用于將水輸送至第一熱交換器并從該第一熱交換器輸送至鍋爐的機構(gòu)；用于將來自壓縮機的壓縮空氣輸送至第一熱交換器的機構(gòu)；以及空氣分離裝置，該空氣分離裝置被供應以在壓縮機中被壓縮的空氣；位于第一交換器下游的用于加熱水的加熱機構(gòu)；第二交換器；用于將水從第一交換器輸送至加熱機構(gòu)、從該加熱機構(gòu)輸送至第二交換器以及從該第二交換器輸送至鍋爐的機構(gòu)；和用于將空氣從壓縮機輸送至位于第一交換器上游的第二交換器——在所述壓縮機與第二交換器之間不具有預熱機構(gòu)—— 以及從第二交換器輸送至第一交換器的機構(gòu)。在這種情況中，來自于壓縮機的空氣在沒有如現(xiàn)有技術(shù)那樣由煙道氣預熱的情況下對水進行加熱。任選地-所述加熱機構(gòu)由直接接觸加熱裝置構(gòu)成。-所述加熱裝置被供給以來自鍋爐的蒸汽。
-所述加熱裝置還用于分離溶解在水中的氣體。-所述設備包括用于對第一交換器下游和第二交換器上游的水進行加壓的機構(gòu)。-所述設備包括位于空氣分離裝置上游的空氣凈化裝置；如果需要，用于使由空氣分離裝置產(chǎn)生的液體蒸發(fā)的輔助蒸發(fā)器；用于將空氣從第一交換器輸送至空氣凈化裝置的機構(gòu)；用于將在凈化裝置中凈化的空氣輸送至空氣分離裝置的機構(gòu)；以及用于將水蒸汽從鍋爐輸送至一加熱再生氣體的交換器的機構(gòu)，所述再生氣體將被送至凈化裝置和/或輔助蒸發(fā)器和/或空氣分離裝置的吸收冷卻系統(tǒng)。-所述設備包括空氣凈化裝置；空氣分離裝置；如果需要，用于使由空氣分離裝置產(chǎn)生的液體蒸發(fā)的輔助蒸發(fā)器；用于將空氣從第一交換器輸送至空氣凈化裝置的機構(gòu)； 用于將在凈化裝置中凈化的空氣輸送至空氣分離裝置的機構(gòu)；以及用于將水蒸汽從加熱機構(gòu)輸送至一加熱再生氣體的交換器的機構(gòu)，所述再生氣體將被送至凈化裝置和/或輔助蒸發(fā)器和/或空氣分離裝置的吸收冷卻系統(tǒng)。-所述設備包括空氣凈化裝置；空氣分離裝置；如果需要，用于使由空氣分離裝置產(chǎn)生的液體蒸發(fā)的輔助蒸發(fā)器；用于將空氣從第一交換器輸送至空氣凈化裝置的機構(gòu)； 用于將在凈化裝置中凈化的空氣輸送至空氣分離裝置的機構(gòu)；以及用于將水從第一交換器輸送至一加熱再生氣體的交換器的機構(gòu)，所述再生氣體將被送至凈化裝置和/或輔助蒸發(fā)器和/或空氣分離裝置的吸收冷卻系統(tǒng)。-所述設備包括用于將水蒸汽從鍋爐輸送至蒸汽渦輪的機構(gòu)。-所述設備包括用于使來自于渦輪的蒸汽冷凝和將以這種方式形成的水的至少一部分輸送至第一交換器的機構(gòu)，如果需要該水的一部分被輸送至火電站(動力設備， centrale thermique)0-所述設備包括用于將蒸汽從渦輪輸送至一加熱再生氣體的交換器的機構(gòu)，所述再生氣體被送至空氣分離裝置的凈化裝置。-所述壓縮機是絕熱壓縮機。-所述壓縮機包括位于該壓縮機的一級下游的至少一個冷卻機構(gòu)。-在空氣壓縮機(31)與空氣分離裝置G9)之間沒有通過任何壓縮機機構(gòu)對空氣進行壓縮。本發(fā)明還提出一種對用于鍋爐的水進行加熱的方法，其中，水在第一熱交換器中通過與來自壓縮機——通過蒸汽渦輪驅(qū)動所述壓縮機——的空氣進行熱交換而被加熱，在這之后，在該第一交換器中被冷卻的空氣被輸送至空氣分離裝置，其特征在于，對來自第一交換器的水進行再加熱并將其輸送至第二交換器(優(yōu)選地在沒有被再加熱的情況下)，在第二交換器中所述水與來自壓縮機的空氣進行熱交換，來自于壓縮機的該空氣在壓縮機與第二交換器之間沒有被預熱，在第二交換器中冷卻的空氣被輸送至第一交換器，在第二交換器中被加熱的水被輸送至鍋爐。優(yōu)選地，空氣壓縮機產(chǎn)生處于第一壓力的空氣并且該空氣在沒有在空氣壓縮機的下游被壓縮的情況下、在該第一壓力下被輸送至空氣分離裝置。優(yōu)選地，將來自于壓縮機的所有空氣輸送至空氣分離裝置。


現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述本發(fā)明。圖1和圖4示出根據(jù)本發(fā)明的設備，而圖 2和圖3是該設備的交換器的Q-T曲線圖。
具體實施例方式圖1中，在45°C下從冷凝器23提取水27并通過泵25將該水27泵壓至15bar。通過在第一交換器四內(nèi)的間接交換而將該被泵壓的水加熱至第一溫度，該第一溫度為至少 100°c，優(yōu)選至少130°C，可能至少150°C或者甚至至少170°C，例如在本情況中為175°C。在該第一交換器中，水回收來自空氣壓縮機31的空氣35的熱量。壓縮機可以是絕熱的或者可以在各級之間具有冷卻裝置。將熱水輸送至脫氣裝置3，脫氣裝置3接收來自于鍋爐1的處于14bar下的水蒸汽5。因此，水從其第一溫度被加熱至196°C并且通過汽提而除去溶解氧。處于196°C下的水7通過泵9被泵壓至150bar，產(chǎn)生流11，并被輸送至第二交換器13， 在第二交換器中該流11與來自空氣壓縮機31的空氣33進行熱交換。在經(jīng)過這兩個交換器之后，空氣37被輸送至圖4中示出的空氣分離裝置。將處于高壓下的水流15輸送至鍋爐1。來自鍋爐1的水蒸汽19被輸送至驅(qū)動空氣壓縮機31的蒸汽渦輪17。隨后將蒸汽21輸送至冷凝器23。在壓縮機31的出口與空氣分離裝置49的入口之間沒有對空氣進行壓縮。圖2示出在兩個交換器13和四中的熱交換。這種構(gòu)型允許良好地利用來自壓縮機的熱量以及在中壓下有效地脫氣。為了優(yōu)化交換曲線圖(使得圖表中的線盡可能地接近平行)以獲得圖3中示出的曲線圖，建議將在空氣分離裝置的蒸汽渦輪17之后被冷凝的水27的一部分輸送至火電站的預熱系統(tǒng)，而不輸送至通過與熱空氣交換來進行預熱的系統(tǒng)。圖4是圖1中的方案的圖示，更詳細地示出空氣分離裝置。來自于壓縮機31的空氣37被輸送至凈化裝置41并從該凈化裝置輸送至低溫蒸餾空氣分離裝置49。在一些情況中，來自于分離裝置49的液態(tài)產(chǎn)品在輔助蒸發(fā)器51中蒸發(fā)。所述凈化裝置通過來自空氣分離裝置49的氮流43再生?？赏ㄟ^來自鍋爐1的水蒸汽和/或通過來自脫氣裝置3的水蒸汽55和/或鍋爐吹掃物來預熱該氮流。優(yōu)選地，來自鍋爐1的水蒸汽是待送至脫氣裝置3的流5的一小部分。附加地或作為選擇，在第一交換器四中被加熱至約150°C的水的一部分57可用于加熱再生氮43。該水可持續(xù)被抽出并貯存在熱絕緣的貯存器(未示出)中并在需要時被輸送以加熱再生氮。來自脫氣裝置3的水蒸汽53可用于在輔助蒸發(fā)器51中使空氣分離裝置的低溫液體蒸發(fā)。水蒸汽5的和/或水57的和/或水蒸汽45的和/或水蒸汽55的一部分也可用于對空氣分離裝置49的吸收冷卻單元進行加熱。在空氣壓縮機31與空氣分離裝置49之間沒有通過任何壓縮機裝置對空氣進行壓縮，并且來自空氣壓縮機31的所有空氣被輸送至空氣分離裝置49。
權(quán)利要求
1.一種集成設備，包括空氣壓縮機(31)；與所述空氣壓縮機相聯(lián)接的蒸汽渦輪(17)； 第一熱交換器09)；用于將水輸送至所述第一熱交換器并從所述第一熱交換器輸送至鍋爐(1)的機構(gòu)；用于將壓縮空氣從所述壓縮機輸送至所述第一熱交換器的機構(gòu)；以及空氣分離裝置(49)，所述空氣分離裝置被供應以在所述壓縮機中被壓縮的空氣；加熱機構(gòu)(3)， 所述加熱機構(gòu)用于加熱位于所述第一交換器下游的水；第二交換器(13)；用于將水從所述第一交換器輸送至所述加熱機構(gòu)、從所述加熱機構(gòu)輸送至所述第二交換器以及從所述第二交換器輸送至所述鍋爐的機構(gòu)；用于在使空氣不經(jīng)過預熱機構(gòu)的情況下將空氣從所述空氣壓縮機直接輸送至位于所述第一交換器上游的所述第二交換器的機構(gòu)；以及用于將空氣從所述第二交換器輸送至所述第一交換器的機構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設備，其特征在于，所述加熱機構(gòu)由直接接觸加熱裝置(3)形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設備，其特征在于，所述加熱裝置(3)被供應以來自所述鍋爐 (1)的蒸汽。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的設備，其特征在于，所述加熱裝置(3)還用于分離溶解在水中的氣體。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述設備包括用于對位于所述第一交換器下游和所述第二交換器上游的水進行加壓的機構(gòu)(9)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述設備包括在所述空氣分離裝置G9)上游的空氣凈化裝置Gl)；如果需要，用于使由所述空氣分離裝置產(chǎn)生的液體蒸發(fā)的輔助蒸發(fā)器(51)；用于將空氣從所述第一交換器09)輸送至所述空氣凈化裝置的機構(gòu)；用于將在所述凈化裝置中凈化的空氣輸送至所述空氣分離裝置的機構(gòu)；以及用于將水蒸汽從所述鍋爐輸送至用以加熱再生氣體的交換器G7)的機構(gòu)，所述再生氣體將被送至所述凈化裝置和/或所述輔助蒸發(fā)器和/或所述空氣分離裝置的吸收冷卻系統(tǒng)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述設備包括空氣凈化裝置Gl)；空氣分離裝置G9)；如果需要，用于使由所述空氣分離裝置產(chǎn)生的液體蒸發(fā)的輔助蒸發(fā)器(51)；用于將空氣從所述第一交換器輸送至所述空氣凈化裝置的機構(gòu)；用于將在所述凈化裝置中凈化的空氣輸送至所述空氣分離裝置的機構(gòu)；以及用于將水蒸汽從所述加熱機構(gòu)輸送至用以加熱再生氣體的交換器G7)的機構(gòu)，所述再生氣體將被送至所述凈化裝置和/或所述輔助蒸發(fā)器和/或所述分離裝置的吸收冷卻系統(tǒng)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述設備包括用于將水蒸汽從所述鍋爐輸送至所述蒸汽渦輪(17)的機構(gòu)；以及用于使來自所述蒸汽渦輪的蒸汽冷凝并將以這種方式形成的水的至少一部分輸送至所述第一交換器09)的機構(gòu)03)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的設備，其特征在于，在所述空氣壓縮機(31)與所述空氣分離裝置G9)之間沒有通過任何壓縮機機構(gòu)對空氣進行壓縮。
10.一種對用于鍋爐(1)的水進行加熱的方法，在該方法中，水在第一熱交換器09)中通過與來自由蒸汽渦輪驅(qū)動的壓縮機(31)的空氣進行熱交換而被加熱，在這之后，將在該第一交換器中被冷卻的空氣輸送至空氣分離裝置(49)，其特征在于，對來自所述第一交換器的水再加熱并將所述水輸送至第二交換器(13)，在所述第二交換器中所述水與來自所述壓縮機的空氣進行熱交換，來自所述壓縮機的所述空氣沒有在所述壓縮機與所述第二交換器之間被預熱，將在所述第二交換器中被冷卻的空氣輸送至所述第一交換器，并將在所述第二交換器中被加熱的水輸送至所述鍋爐。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成設備，所述集成設備包括由蒸汽渦輪(17)驅(qū)動的空氣壓縮機(31)；第一熱交換器(29)；用于將水輸送入第一熱交換器并從該第一熱交換器輸送入鍋爐(1)的機構(gòu)；用于將壓縮空氣從壓縮機輸送入第一熱交換器的機構(gòu)；以及空氣分離裝置(49)，該空氣分離裝置被供應以在壓縮機中被壓縮的空氣；加熱機構(gòu)(3)，該加熱機構(gòu)用于加熱位于第一交換器下游的水；第二交換器(13)；用于將水從第一交換器輸送入加熱機構(gòu)、從該加熱機構(gòu)輸送入第二交換器以及從該第二交換器輸送入鍋爐的機構(gòu)；用于將空氣在壓縮機與第二交換器之間沒有被預熱的情況下輸送入處于第一交換器上游的第二交換器的機構(gòu)。
文檔編號F04D25/02GK102209873SQ200980144751
公開日2011年10月5日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
發(fā)明者J·特拉尼耶, R·杜貝蒂爾-格勒尼耶, S·格利 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司, 西門子奧鋼聯(lián)冶金技術(shù)有限公司