專利名稱：用于分離空氣并加熱源自空氣分離裝置的空氣氣體的方法和一體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于分離空氣并加熱源自空氣分離裝置的空氣氣體的方法和一體裝置。
背景技術(shù)：
常常需要將空氣分離裝置的氣態(tài)產(chǎn)品之一加熱到使用溫度。特別地，已知:.使用電或蒸汽加熱器來(lái)加熱來(lái)自冷箱的殘留氮?dú)?，以再生冷箱上游的空氣凈化單元的吸附劑?使用煙道氣來(lái)預(yù)熱噴射到富氧燃燒鍋爐中的氧氣。使用電力來(lái)加熱流體意味著浪費(fèi)“貴”能量，因?yàn)闊崮芘c電能之間的轉(zhuǎn)換效率充其量不超過(guò)50%。在發(fā)電廠中，來(lái)自蒸汽循環(huán)的滲出蒸汽可以引起顯著的發(fā)電損失。從熱力學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，在圖1中，可以看出在橫坐標(biāo)軸上表示熱交換E并在縱坐標(biāo)軸上表示用于使用蒸汽V加熱殘留氮?dú)釽N2的溫度T的交換圖在熱端收縮(pinc6)，而在冷端具有高AT。即使從蒸汽冷凝物回收熱量(于是在冷端將存在較低的AT)，交換圖也將保持整體大幅展開(kāi)(即曲線之間的面積保持很大，這表示高熵?fù)p失)。在“富氧燃燒”型發(fā)電廠中，為了預(yù)熱輸送到富氧燃燒工藝的氧氣:.可以使用來(lái)自鍋爐的煙道氣；.可以通過(guò)在空氣分離裝置的壓縮機(jī)的出口處回收熱量來(lái)提高設(shè)備的總體效率。在后一種情形中，可以使用氣體/氣體(空氣/O2)交換器，但這是一件很大的設(shè)備，該設(shè)備需要大的交換區(qū)域，同時(shí)具有很低的頭部損失。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是找到以低成本并在基本上恒定的溫度下加熱從而實(shí)現(xiàn)用于加熱空氣氣體的有效熱交換的手段。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特征，提供了一種用于分離空氣并加熱從空氣分離獲得的空氣氣體的一體裝置，該一體裝置包括:空氣分離裝置；熱交換器；用于向熱交換器輸送空氣中的氣體的管道；以及用于向熱交換器輸送水的管道，用于輸送水的管道與水預(yù)熱交換器或水除氣器的進(jìn)水口或出水口連接，預(yù)熱交換器和/或除氣器連接到富氧燃燒鍋爐，以便向其輸送水并從鍋爐接收水，鍋爐還連接到分離裝置，以便接收富氧氣體。根據(jù)可選的其它特征:-向熱交換器輸送水的管道與水預(yù)熱交換器的經(jīng)預(yù)熱的水出口或水除氣器的經(jīng)除氣的水出口連接；-空氣氣體是富含氧氣的氣體并且管道將熱交換器連接到鍋爐，以向鍋爐輸送富含氧氣的經(jīng)加熱的氣體；
-設(shè)有管道，該管道將熱交換器與預(yù)熱交換器的用于要被預(yù)熱的水的入口連接，以向預(yù)熱交換器輸送已被用來(lái)加熱空氣氣體的水，以在預(yù)熱交換器中加熱所述水；-設(shè)有蒸汽供給管道，該蒸汽供給管道在熱交換器上游連接到水管，以通過(guò)直接噴射到水中或者通過(guò)與水間接交換來(lái)提高水的溫度；-空氣分離裝置包括壓縮空氣供給管道、凈化單元和包含蒸餾塔系統(tǒng)的冷箱，用于產(chǎn)生富氮?dú)怏w的管道將冷箱與凈化單元連接，并且熱交換器連接到生產(chǎn)管道，以使得富氮?dú)怏w在凈化單元的上游被加熱；-空氣分離裝置包括壓縮空氣供給管道、凈化單元和包含蒸餾塔系統(tǒng)的冷箱，預(yù)熱交換器連接到壓縮空氣供給管道和/或來(lái)自冷箱的空氣氣體管道，以便加熱計(jì)劃用于鍋爐的水，并且在適用的情況下連接到除氣器；-所述裝置包括用于向除氣器輸送在預(yù)熱交換器中預(yù)熱的水的器件和用于將經(jīng)預(yù)熱和除氣的水從除氣器輸送到鍋爐的器件。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，提供了一種用于分離空氣并加熱通過(guò)空氣分離而產(chǎn)生的空氣氣體的一體方法，其中，空氣在空氣分離裝置中分離，富含氧氣的氣體從空氣分離裝置輸送到鍋爐，來(lái)自空氣分離裝置的空氣氣體通過(guò)與從水預(yù)熱交換器下游取得的經(jīng)預(yù)熱或待預(yù)熱的呈液體形式的水和/或與來(lái)自水除氣器的經(jīng)除氣或待除氣的呈液體形式的水間接換熱而被加熱，預(yù)熱交換器和/或除氣器處理往來(lái)于富氧燃燒鍋爐(19)的水，用來(lái)預(yù)熱空氣的水優(yōu)選處于100° C與200° C之間的溫度下。在適用的情況下:-用來(lái)加熱空氣氣體的水已在預(yù)熱交換器中被加熱并且在適用的情況下在除氣器中被除氣；-通往空氣分離裝置的空氣在壓縮機(jī)中被壓縮并且空氣通過(guò)與來(lái)自鍋爐的水換熱而在預(yù)熱交換器中被冷卻；-空氣在壓縮機(jī)中被壓縮，然后在凈化單元中被凈化，并且使用已被熱交換器中的水加熱的來(lái)自空氣分離裝置的氮?dú)馐箖艋瘑卧偕?所有在壓縮機(jī)中被壓縮的空氣都被輸送到空氣分離裝置；-在熱交換器中冷卻的水被送回預(yù)熱交換器，以在所述預(yù)熱交換器中預(yù)熱所述水；-輸送到熱交換器的水處于5與20bar(絕對(duì)壓力)之間的壓力下；-在除氣器中被除氣的水的至少一部分被直接輸送到鍋爐。使用液體形式的水流BFW來(lái)加熱空氣氣體的熱優(yōu)勢(shì)在圖2中的交換圖中清楚可見(jiàn)，所述交換圖在橫坐標(biāo)軸上表示熱交換E并在縱坐標(biāo)軸上表示用于加熱殘留氮?dú)釽N2的溫度Τ，Λ T在整個(gè)加熱過(guò)程中都是均勻的并且較低。
將參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，圖3和4示出了根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置。
具體實(shí)施例方式在圖3中，示出了包括壓縮機(jī)1、交換器5、凈化單元6和冷箱9的空氣分離裝置。在壓縮機(jī)中壓縮的全部空氣3通過(guò)與往來(lái)于被供給氧氣17和燃料(未示出)的富氧燃燒鍋爐19的呈液體形式的水25換熱而在交換器5中被冷卻。鍋爐產(chǎn)生被回收或處理的煙道氣(未示出)。經(jīng)冷卻的空氣在凈化單元6中被凈化而形成經(jīng)凈化的空氣7，然后在包含交換器和塔系統(tǒng)的冷箱9中分離。從冷箱產(chǎn)生被輸送到富氧燃燒鍋爐19的富氧流17和處于例如0° C與30° C之間的常溫下的富氮?dú)饬?1。氮?dú)饨柚谔幱?00° C與200° C之間的溫度下的呈液體形式的熱水流29在間接熱交換器13中被加熱。熱水29在100° C與200° C之間并在5與20bar (絕對(duì)壓力)之間的壓力下進(jìn)入交換器13，以被冷卻到20° C與60° C之間的溫度。經(jīng)加熱的氮?dú)?5被用來(lái)使凈化單元5再生。在100° C與200° C之間的熱水29在所示狀況下來(lái)自水除氣器27下游。同樣可以從除氣器的正上游、用來(lái)預(yù)熱水(并且可以將蒸汽噴射到這種水中以將其溫度提高到所需溫度)的交換器5下游或該交換器5上游取得水。未被取走以加熱氮?dú)獾乃诟邏罕?3中被泵送并輸送到鍋爐。在25° C與60° C之間離開(kāi)鍋爐19的水21在低壓力下被泵23泵送，以輸送到預(yù)熱器5。已被用來(lái)加熱氮?dú)獾乃鳛榱?5被送回泵23的上游。在圖4中，示出了包括壓縮機(jī)1、交換器5、凈化單元6和冷箱9的空氣分離裝置。所有在壓縮機(jī)中被壓縮的空氣3通過(guò)與通往富氧燃燒鍋爐19的呈液體形式的水25換熱而在交換器5中被冷卻。經(jīng)冷卻的空氣在凈化單元6中被凈化而形成凈化空氣7，然后在包含交換器和塔系統(tǒng)的冷箱9中分離。從冷箱產(chǎn)生被輸送到富氧燃燒鍋爐19的富氧流17和處于常溫下的富氮?dú)饬鳌Ｔ?° C與30° C之間的流17在交換器43中借助于熱水流29被加熱，以將氧氣加熱到100° C與200° C之間并將水冷卻到10° C與30° C之間。介于100° C與200° C之間且處于5與20bar之間的壓力下的熱水29在所示狀況下來(lái)自水除氣器27的下游。同樣可以從除氣器的正上游、用來(lái)預(yù)熱水的交換器5下游或該交換器5上游取得水。未被取走以加熱氧氣的水在高壓泵33中被泵送并輸送到鍋爐。在25° C與60° C之間離開(kāi)鍋爐19的水21在低壓力下被泵23泵送，以輸送到預(yù)熱器5。已被用來(lái)加熱氧氣的水作為流35被送回泵23的上游。本發(fā)明的裝置不包括燃?xì)鉁u輪并且所有來(lái)自空氣分離裝置的壓縮機(jī)的空氣都被輸送以進(jìn)行分離。
權(quán)利要求
1.一種用于分離空氣并加熱從所述空氣分離獲得的空氣氣體的一體裝置，包括:空氣分離裝置(9);熱交換器(13，43);用于向所述熱交換器輸送所述空氣氣體的管道；和用于向所述熱交換器輸送水的管道，用于向所述熱交換器輸送水的所述管道與水預(yù)熱交換器(5)的進(jìn)水口或出水口或水除氣器(27)的進(jìn)水口或出水口連接；所述裝置的特征在于，所述預(yù)熱交換器和/或所述除氣器連接到富氧燃燒鍋爐(19)以便向所述鍋爐輸送水并從所述鍋爐接收水，所述鍋爐還連接到所述分離裝置以便接收富氧氣體(17)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，用于向所述熱交換器(13，43)輸送水的所述管道在所述水預(yù)熱交換器(5)的經(jīng)預(yù)熱的水出口處或者在所述水除氣器(27)的經(jīng)除氣的水出口處。
3.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述空氣氣體是富含氧氣的氣體并且管道將所述熱交換器連接到所述鍋爐(19)，以向所述鍋爐輸送所述富含氧氣的經(jīng)加熱的氣體。
4.如前述權(quán)利要 求中任一項(xiàng)所述的裝置，包括管道，所述管道將所述熱交換器(13，43)與所述預(yù)熱交換器(5)的用于待被預(yù)熱的水的入口連接，以向所述預(yù)熱交換器輸送已被用來(lái)加熱所述空氣氣體的水，以在所述預(yù)熱交換器中加熱所述水。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，包括蒸汽供給管道，所述蒸汽供給管道在所述熱交換器(13，43)的上游連接到所述水管，以通過(guò)直接噴射到所述水中或者通過(guò)與所述水間接交換來(lái)提高所述水的溫度。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的裝置和空氣分離裝置，所述空氣分離裝置包括壓縮空氣供給管道、凈化單元(6)和包含蒸餾塔系統(tǒng)的冷箱(9)，用于產(chǎn)生富氮?dú)怏w的管道(11)將所述冷箱與所述凈化單元連接，并且其中所述熱交換器連接到所述生產(chǎn)管道，以使得所述富氮?dú)怏w在所述凈化單元的上游被加熱。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的裝置和空氣分離裝置，所述空氣分離裝置包括壓縮空氣供給管道、凈化單元(6)和包含蒸餾塔系統(tǒng)的冷箱(9)，所述預(yù)熱交換器(5)連接到所述壓縮空氣供給管道和/或來(lái)自所述冷箱的空氣氣體管道，以便加熱計(jì)劃用于所述鍋爐(19 )的水，并且在適用的情況下還連接到除氣器(27 )。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，包括用于向所述除氣器(27)輸送在所述預(yù)熱交換器中預(yù)熱的水的器件和用于將經(jīng)預(yù)熱和除氣的水從所述除氣器輸送到所述鍋爐的器件。
9.一種用于分離空氣并加熱通過(guò)空氣分離產(chǎn)生的空氣氣體的一體方法，其中，空氣在空氣分離裝置中分離，富含氧氣的氣體從所述空氣分離裝置輸送到富氧燃燒鍋爐，來(lái)自所述空氣分離裝置的空氣氣體通過(guò)與從水預(yù)熱交換器(5)上游或下游取得的經(jīng)預(yù)熱或待預(yù)熱的呈液體形式的水間接換熱和/或與來(lái)自水除氣器(27)的經(jīng)除氣或待除氣的呈液體形式的水間接換熱而被加熱，所述預(yù)熱交換器和/或所述除氣器處理往來(lái)于所述富氧燃燒鍋爐(19)的水，用來(lái)預(yù)熱所述空氣的水優(yōu)選處于100° C與200° C之間的溫度下。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，用來(lái)加熱所述空氣氣體的水已在所述預(yù)熱交換器(5)中被加熱并且在適用的情況下在所述除氣器(27)中被除氣。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，其中，通往所述空氣分離裝置的空氣在壓縮機(jī)中被壓縮并且所述空氣通過(guò)與來(lái)自所述鍋爐的水換熱而在所述預(yù)熱交換器中被冷卻。
12.如權(quán)利要求9、10或11所述的方法，其中，所述空氣在壓縮機(jī)中被壓縮，然后在凈化單元中凈化，并且使用已被所述熱交換器中的水加熱的來(lái)自所述空氣分離裝置的氮?dú)馐顾鰞艋瘑卧偕?br>
13.如權(quán)利要求9至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所有在所述壓縮機(jī)中被壓縮的空氣都被輸送到所述空氣分離裝置。
14.如權(quán)利要求9至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述熱交換器中冷卻的水被送回所述預(yù)熱交換器，以在所述預(yù)熱交換器中預(yù)熱所述水。
15.如權(quán)利要求9至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中，被輸送到所述熱交換器的水(29)處于絕對(duì)壓力5bar與20ba r 之間的壓力下。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于分離空氣并加熱從所述空氣分離獲得的氣體的一體裝置，所述一體裝置包括空氣分離裝置(9)；熱交換器(13，43)；用于向所述熱交換器輸送所述空氣中的所述氣體的通道；和用于向所述熱交換器輸送水的通道，所述水輸送通道與水預(yù)熱交換器(5)或水除氣器(27)的進(jìn)水口或出水口連接。根據(jù)本發(fā)明，所述預(yù)熱交換器和/或所述除氣器連接到富氧燃燒鍋爐(19)，以便往來(lái)于所述鍋爐輸送水，所述鍋爐還連接到所述分離裝置，以便接收富氧氣體(17)。
文檔編號(hào)F25J3/04GK103097842SQ201180012476
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者R·杜貝蒂爾-格勒尼耶, J-P·特拉尼耶 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開(kāi)發(fā)液化空氣有限公司