專利名稱：利用燃氣輪機供給空氣分離裝置的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及利用燃氣輪機供給空氣分離裝置的方法和設備。
背景技術：
燃氣輪機通常包括壓縮機、燃燒室以及與該壓縮機聯接并驅動它的渦輪膨脹機。所述燃燒室接收煙氣和一定量的氮，以降低燃燒室中的火焰溫度，從而使釋放到大氣中的氮的氧化物最少化。
在已知方式中，可以通過氣化即通過含碳產物—如煤或煉制殘油—的氧化獲得煙氣。這種氧化在被稱作“氣化器”的獨立裝置中進行。
傳統上，可以將這種燃氣輪機與空氣分離裝置連接起來。通常為包含至少一個蒸餾柱的低溫裝置的空氣分離裝置利用空氣來提供至少一支主要由空氣中的一種氣體特別是氧氣或氮氣組成的氣流。
該空氣分離裝置和燃氣輪機的組合受益于上述兩種氣流中的至少一種。為此，在空氣分離裝置中產生的氧氣和氮氣被分別輸送到氣化器和燃燒室。
本發明的一個特殊目的是組合使用燃氣輪機和空氣分離裝置，其中，輸送到該分離裝置的輸入空氣至少部分由燃氣輪機提供。
為此，該燃氣輪機的壓縮機的排放管路與分離裝置的入口連通，以取代或補充外部的供給壓縮機。這種布置在EP-A-0 568 431中有具體的說明。
從燃氣輪機中流出的溫度高于350℃的空氣部分必須在輸入空氣分離裝置前進行冷卻。此外，廢氮氣流進入燃燒室時應該具有盡可能高的溫度。
在這些條件下，US-A-3 731 495提出在從燃氣輪機流出的空氣和廢氮氣流之間進行熱交換，以使它們各自的溫度達到一致。
然而，這種已知的方案具有某些缺點。
事實上，廢氮氣流和從燃氣輪機流出的空氣流只取決于燃氣輪機的特性和進入燃燒室的煙氣的成分。因而，這些氣流易于彼此非常不同。
由此，從燃氣輪機流出的空氣流(的溫度)可能非常低，從而使廢氮氣流不可能被加熱至200℃以上。在廢氮氣流必須在至少290℃時進入燃燒室的情況下，這樣的溫度是無法接受的。
發明內容
本發明的目的是克服這種缺點。
為此，本發明的方案是一種利用燃氣輪機供給空氣分離裝置的方法，其中，輸入空氣進入所述空氣分離裝置的入口，該輸入空氣的至少一部分從所述燃氣輪機供應，從分離裝置中取出至少一支富氮氣流，并且加熱該富氮氣流，其特征在于，為加熱富氮氣流，在第一熱交換器中在從燃氣輪機流出的輸入空氣部分和待加熱的液體部分之間進行熱交換以獲得加熱后的液體部分，將該加熱后的液體部分加入到液體混合物部分中以獲得待冷卻的液體部分，在第二熱交換器中在待冷卻的液體部分和富氮氣流之間進行熱交換。
根據本發明的其它特征-至少部分液體混合物從鍋爐的出口供給，-至少部分在第二熱交換器中冷卻的液體部分回流到鍋爐的入口，-利用燃氣輪機向鍋爐供給能量，-至少部分在第二熱交換器中冷卻的液體部分回流到第一熱交換器的入口，-在待加熱的液體部分和從燃氣輪機流出的輸入空氣部分之間以及在待冷卻的液體部分和富氮氣流之間進行逆流熱交換。
-所述液體是水。
本發明的另一方案是一種利用燃氣輪機供給空氣分離裝置的設備，它包括包括壓縮空氣供給裝置特別是壓縮機的燃氣輪機，空氣分離裝置，該空氣分離裝置包括與燃氣輪機的供給裝置相連并且至少包含第一供給裝置的輸入空氣供給裝置以及用于將至少一支富氮氣流移出的裝置；該設備還包括用于加熱富氮氣流的裝置，其特征在于，所述加熱富氮氣流的裝置包括第一熱交換器，在該第一熱交換器中輸入空氣流過第一供給裝置；用于待加熱的液體部分并在第一熱交換器的入口終止的輸入裝置；用于移出加熱后的液體部分并與第一熱交換器的出口連通的裝置；第二熱交換器，在該第二熱交換器中富氮氣流流過用于移出的裝置；用于待冷卻的液體部分并與第二熱交換器的入口連通的輸入裝置；用于移出冷卻后的液體部分并與第二熱交換器的出口連通的裝置；并且用于移出加熱后的液體部分的裝置與用于待冷卻的液體部分的輸入裝置相連通。
根據本發明的其它特征-用于待冷卻的液體部分的輸入裝置與鍋爐相連通，-用于移出冷卻后的液體部分的裝置與鍋爐的入口相連通，-在燃氣輪機和該鍋爐之間延伸設置能量供給裝置，-用于待加熱的液體部分的輸入裝置與用于移出冷卻后的液體部分的裝置相連通，-所述熱交換器是逆流類型的。
參照僅作為非限定性示例的附圖，對本發明作如下說明，其中圖1和圖2是示出根據本發明的兩種實施例的設備的示意圖。
具體實施例方式
圖1和圖2所示的設備包括用標記2總體標識的燃氣輪機，它通常包含空氣壓縮機4，與壓縮機4聯接的渦輪膨脹機6以及燃燒室8。該燃氣輪機2也設有由壓縮機4和渦輪機6所共用的傳動軸12所驅動的交流發電機10。
圖1所示的設備還包括總的以標記14標識的已知類型的空氣分離裝置。通過與壓縮機4的排放管路18相連通的管線16向這種分離裝置14的入口供應空氣。
分離裝置以低溫方式工作，由此它包括多個未示出的蒸餾柱。
管線20將含有少量氧氣的第一廢氮氣流W移出裝置14。該管線20終止于壓縮機22，在壓縮機22的下游延伸有在燃燒室8終止的管線24。
管線26將富氧氣流GOX移出裝置14。該管線26終止于壓縮機28，壓縮機28的下游延伸有管線30。該管線30終止于傳統類型的氣化器32，該氣化器32由未示出的、含有含碳產物例如煤的容器供給。
在氣化器32的下游延伸的管線34輸送由上述含碳產物氧化后產生的煙氣。該管線34與燃氣輪機的燃燒室8相連通。
燃氣輪機2的渦輪膨脹機6通過管線36與利用煙氣余熱的鍋爐38連接，這些煙氣在該渦輪機6的出口處發生膨脹。該鍋爐38通過裝有一泵42的管線40引入在該鍋爐內加熱并經由管線44移出的水。該管線44終止于由標記46標識的、傳統類型的高壓蒸汽發生區。
作為管線44的分支，管線48終止于熱交換器的入口。熱交換器也接收輸送廢氮的管線20。
用于移出由管線48輸送的水的管線52將熱交換器50的出口與管線40相連。該管線52終止于位于泵42上游的管線40。
此外，管線54是泵42下游的管線40的分支。該管線54和類似于熱交換器50的熱交換器56的入口相連通。該熱交換器56也接收用于輸送從燃氣輪機2流出的輸入空氣部分的管線16。
管線58也將熱交換器56的出口與將水輸送至第一熱交換器50的管線48連接。標記60表示管線48的從管線58的出口的下游延伸的端部。
參照圖1，對上述設備的運作說明如下。
空氣分離裝置14從壓縮機4接收壓縮空氣，并在傳統方式下產生兩支分別富含氮氣和氧氣的氣流，這兩支氣流通過管線20和管線26輸送。
富氧氣流進入也接受含碳產物例如煤的氣化器32。該氣化器中進行的氧化反應導致由管線34輸送的煙氣的生成，該生成的煙氣供給燃氣輪機的燃燒室8。燃燒室8也通過管線24接收富氮氣流W，并且通過管線18從壓縮機4接收壓縮空氣。
通過相應的燃燒而產生的混有廢氮的氣體輸送到渦輪膨脹機6的入口，在渦輪膨脹機6中它們發生膨脹并驅動渦輪機。通過傳動軸12，這也用于驅動壓縮機4和交流發電機10，例如，該發電機10供應未示出的配電系統。
在渦輪機6的出口處膨脹的煙氣用于在鍋爐38中加熱經由管線40流入的水。由此，這種在管線40中溫度約為100℃的水被加熱成在管線44中約為300℃。
溫度約為100℃的待加熱的水通過管線54輸送至熱交換器56的入口。在這些水和經由管線16從燃氣輪機2流出的空氣部分之間進行熱交換。
加熱后的水隨后通過管線58從熱交換器56中移出。然后，這些加熱后的水與通過管線48提取出的、溫度約為300℃的水部分混合。
相應的水的混合物通過管線48的下游端部60送到熱交換器50的入口。
然后，在由端部60輸送的這些待冷卻的水和在管線20中流動的廢氮氣流之間進行熱交換。
管線52隨后將溫度約為100℃的冷卻后的水經由管線40輸送。廢氮氣也通過管線20、以在最佳條件下進入燃燒室8的溫度從熱交換器50中移出。
分別通過管線58和管線48輸送的加熱后的水流及混合水流由此將廢氮加熱至約290℃。
圖2示出根據本發明的設備的第二實施例。
這種變型與圖1所示的設備的區別在于，待加熱的水不再從鍋爐38的上游取出。因此，如圖2所示，待加熱的水通過管線54′從通過管線52從熱交換器50移出的冷卻水流中取出。泵55循環這種水提取。
示于圖2中的設備的運作類似于圖1中設備的運作。
本發明不局限于所說明和顯示過的示例。
因此，可僅利用由空氣分離裝置產生的廢氮來供應燃燒室8。在這種布置中，例如是天然氣的煙氣不由分離裝置14中形成的氧氣產生。
也有僅部分利用渦輪機來供給分離裝置14。這時會提供獨立的壓縮機，它的出口和管線16相連通。
利用本發明可實現上述目的。
利用兩種不同的液體部分可最優地加熱廢氮。事實上，該方案一方面受益于從燃氣輪機流出的空氣所釋放的熱量，另一方面，通過改變由管線48輸送的液體混合物部分的流量，提供加熱廢氮所需的附加熱量。
本發明也能夠利用在鍋爐38中回收的熱量。這種在能量方面有利的方案涉及簡單且廉價的設備。實際上，在由渦輪機供給的條件下，有必要使該鍋爐靠近燃氣輪機。
權利要求
1.一種利用燃氣輪機(2)供給空氣分離裝置(14)的方法，其中，輸入空氣(通過16)進入所述空氣分離裝置(14)的入口，該輸入空氣的至少一部分(通過16)從所述燃氣輪機(2)供應，(通過20，24)從分離裝置(14)中取出至少一支富氮氣流，并且加熱該富氮氣流，其特征在于，為加熱所述富氮氣流，在第一熱交換器(56)中在從燃氣輪機(2)流出的輸入空氣部分和待加熱的液體部分(54；54′)之間進行熱交換以獲得加熱后的液體部分(58)，將該加熱后的液體部分(58)加入到液體混合物部分(48)中以獲得待冷卻的液體部分(60)，在第二熱交換器(50)中在所述待冷卻的液體部分(60)和富氮氣流之間進行熱交換。
2.根據權利要求1所述的供給方法，其特征在于，至少部分液體混合物部分(48)從鍋爐(38)的出口供給。
3.根據上述權利要求中任一項所述的供給方法，其特征在于，至少部分在第二熱交換器(50)中冷卻的液體部分(52)回流到所述鍋爐(38)的入口。
4.根據權利要求2或3所述的供給方法，其特征在于，利用燃氣輪機(2)(通過36)向所述鍋爐(38)供給能量。
5.根據權利要求1或2所述的供給方法，其特征在于，至少部分在第二熱交換器(50)中冷卻的液體部分(52)(通過54′)回流到所述第一熱交換器(56)的入口。
6.根據上述權利要求中任一項所述的供給方法，其特征在于，在待加熱的液體部分(54；54′)和從燃氣輪機(2)流出的輸入空氣部分之間以及在待冷卻的液體部分(60)和富氮氣流之間進行逆流熱交換。
7.根據上述權利要求中任一項所述的供給方法，其特征在于，所述液體是水。
8.一種利用燃氣輪機(2)供給空氣分離裝置(14)的設備，它包括包括壓縮空氣供給裝置特別是壓縮機(4)的燃氣輪機(2)，空氣分離裝置(14)，該空氣分離裝置(14)包括與燃氣輪機(2)的供給裝置(4)相連并且至少包含第一供給裝置(16)的輸入空氣供給裝置(16)以及用于將至少一支富氮氣流移出的裝置(20，24)；該設備還包括用于加熱富氮氣流的裝置，其特征在于，所述加熱富氮氣流的裝置包括第一熱交換器(56)，在該第一熱交換器(56)中輸入空氣流過第一供給裝置(16)；用于待加熱的液體部分并在第一熱交換器(56)的入口終止的輸入裝置(54；54′)；用于移出加熱后的液體部分并與第一熱交換器的出口連通的裝置(58)；第二熱交換器(50)，在該第二熱交換器(50)中富氮氣流流過用于移出的裝置(20，24)；用于待冷卻的液體部分并與第二熱交換器的入口連通的輸入裝置(60)；用于移出冷卻后的液體部分并與第二熱交換器(50)的出口連通的裝置(52)；并且用于移出加熱后的液體部分的裝置(58)與用于待冷卻的液體部分的輸入裝置(60)相連通。
9.根據權利要求8所述的設備，其特征在于，用于待冷卻的液體部分的輸入裝置(60)與鍋爐(38)相連通。
10.根據權利要求8或9所述的設備，其特征在于，用于移出冷卻后的液體部分的裝置(52)與鍋爐(38)的入口相連通。
11.根據權利要求9或10所述的設備，其特征在于，設有在燃氣輪機(2)和所述鍋爐(38)之間延伸的能量供給裝置(36)。
12.根據權利要求8或9所述的設備，其特征在于，用于待加熱的液體部分的輸入裝置(54′)與用于移出冷卻后的液體部分的裝置(52)相連通。
13.根據權利要求8至12中任一項所述的設備，其特征在于，所述熱交換器(50，56)是逆流類型的。
全文摘要
根據本發明的方法，輸入空氣(通過16)進入空氣分離裝置(14)，該輸入空氣的至少一部分從燃氣輪機(2)供應，從分離裝置(14)中取出至少一支富含氮的氣流(通過20，24)；在第一熱交換器(56)中、在從燃氣輪機(2)流出的輸入空氣部分和待加熱的液體部分(58)之間進行熱交換以獲得第一加熱后的液體部分(58)，將該加熱后的液體部分(58)加入到液體混合物部分(48)中以獲得待冷卻的液體部分(60)，在第二熱交換器(50)中、在待冷卻的液體部分和富氮氣流之間進行熱交換。
文檔編號F01K23/06GK1829887SQ200480022021
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月21日 優先權日2003年7月30日
發明者B·索尼耶 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具有監督和管理委員會的有限公司