專利名稱：空氣分離設備、一體的空氣分離與金屬生產設備以及起動該空氣分離設備的方法
技術領域：
本發明涉及一種空氣分離設備、一種一體的空氣分離/金屬生產設備以及一種起動該空氣分離設備的方法。
背景技術：
如2003年2-3月出版的“Steel Times International”中由Capogrosso等人所寫的文章“Optimized Steel Production with Oxygen for BlastFurnaces at ILVA，Taranto Works，Italy”中所述，已知至少部分地將來自高爐鼓風機的壓縮空氣供給到空氣分離設備。然后，將該空氣分離設備生產出的氧與來自鼓風機的其余空氣混合、加熱并送到高爐。
經常需要對來自鼓風機的并將要送入空氣分離設備的一部分空氣增壓。
所述文章指出空氣可來自由多個鼓風機供給的壓縮空氣總管(réseau)。
在US-A-5 244 489、US-A-6 089 040、US-A-6 119 482以及US-A-6 122932中描述了適合于供給高爐的空氣分離設備。
為了起動高爐，首先需要開啟鼓風機。空氣的壓力逐漸升高到允許增壓壓縮機起動的壓力，所述增壓器(surpresseur)用于壓縮空氣分離所使用的空氣。
能夠迅速起動增壓壓縮機以盡快地向消耗設備(高爐)傳送氧，從而高爐可以正常地運行，顯然是很重要的。
發明內容
本發明的目的是降低增壓壓縮機可以開始運行的最小空氣壓力。
本發明的一個主題是一種空氣分離設備，該設備包括塔系統、用于至少部分地將來自至少一個增壓壓縮機的壓縮空氣供給到該設備的裝置、用于凈化和冷卻空氣的裝置、用于將空氣送到塔系統中的一個塔的裝置以及用于從塔系統中的一個塔抽取氣態產品的裝置，其特征在于，所述增壓壓縮機由具有至少兩種額定轉速的變速電機驅動。
電源頻率和/或負載的變化是指具有額定轉速x的電機實際上在此速度周圍最多±5％的范圍內轉動。
-該設備包括用于向電機供給變頻交流電流的裝置；-該設備包括多速電機；-電機為具有單個主繞組-尤其是Dahlander(達蘭德)繞組-的類型或者為具有多個主繞組的類型。
本發明的另一個主題是一種一體的空氣分離/金屬生產設備，該設備包括空氣分離設備、金屬生產設備、壓縮用于空氣分離設備的空氣和用于金屬生產設備的空氣的壓縮機、用于將來自壓縮機的空氣送到增壓器的裝置以及用于將來自空氣分離設備的氣態產品送到金屬生產設備的裝置，其中，所述空氣分離設備是上文所述類型的。
本發明的另一個主題是一種起動空氣分離/金屬生產設備的方法，該設備包括塔系統、用于將壓縮空氣供給到增壓器的裝置、用于將來自增壓器的空氣送到塔系統中的至少一個塔的裝置以及用于從塔系統中的一個塔抽取氣態產品以送到金屬生產設備的裝置，該方法的特征在于，所述增壓器由變速電機驅動，并且電機在金屬生產設備起動期間的速度大于在該設備穩定運行期間的速度。
根據其它可選方面-電機以兩種速度中的一種轉動，電機在金屬生產設備起動期間以第一速度轉動并在該設備穩定運行期間以第二速度轉動，第一速度大于第二速度；
-向電機供給交流電流，該電流在金屬生產設備起動期間的頻率高于在設備穩定運行期間的頻率；-向電機供應變頻電流；以及-電機包括根據設備的運行而進行不同聯接的多個繞組。
此外，本發明的另一主題是前述類型的方法，其中，向空氣分離設備和金屬生產設備供給來自壓縮機的空氣，并向金屬生產設備供給來自空氣分離設備的氣態產品，在該方法中，首先起動供給兩設備的壓縮機，然后根據前述起動方法起動空氣分離設備。
可以通過不同方法調整電機的轉速-對于具有單個主繞組(具有Dahlander類型繞組聯接)的機器或具有多個主繞組的機器，可以改變極對數；-可以使用機電變頻器或靜止變頻器改變定子的電源電壓的頻率；以及-可以通過對轉子使用滑動式變阻器或使用串級回饋(cascade derécupération)改變定子的電源電壓，從而改變轉差。
所有提到的壓力都為絕對壓力。
下面將參照附圖更詳細地描述本發明，附圖示出根據本發明的與高爐成一體的空氣分離設備的原理圖。
具體實施例方式
圖1示出金屬處理設備-在該示例中為高爐FM-和空氣蒸餾設備，該空氣蒸餾設備包括交換管路LE、雙塔DC和混合塔CM，高爐和空氣蒸餾設備都由鼓風機S供給空氣，該鼓風機通常在小于6巴-通常在3巴與5.5巴之間-的壓力下產生大于100000Nm3/h(Sm3/h)的空氣。鼓風機S可以供給其它設備。用于高爐FM的空氣在與來自空氣分離設備的氧氣流O混合之后被加熱并送到高爐。
在第一階段，圖1所示的空氣蒸餾設備用于在不同于7巴-例如2-6巴，或者比7巴至少高2巴并可能高達14巴，優選在9巴和14巴之間-的給定壓力P下生產低純度的氧，例如純度為80％-97％，優選為85％-95％。雙蒸餾塔(雙塔)DC本身包括中壓塔MP、低壓塔BP以及主冷凝器/蒸發器。塔MP和BP通常分別在約6巴和約1.2巴的壓力下運行。
如文獻US-A-4 022 030中所詳細描述的，混合塔是與蒸餾塔結構相同的塔，但是用于以近乎可翻轉的方式將在塔的底部引入的較易揮發的氣體與在塔的頂部引入的較不易揮發的液體混合。
該混合產生制冷能量，因此使得可以降低與蒸餾有關的能量消耗。在本示例中，該混合還可有利地用于在壓力P下直接生產不純的氧，如下文所述。
用于蒸餾的空氣由冷卻器R冷卻并由凈化設備E凈化。然后，該空氣分成兩股氣流。氣流L在增壓器C2中增壓至6×105Pa，然后在交換管路LE中冷卻并引入到混合塔CM的底部。
另一股氣流J被送到交換管路LE、部分地冷卻并且分成兩部分。一部分在直至交換管路的冷端被冷卻之后送到中壓塔MP；另一部分在渦輪機t中膨脹到低壓，然后在中間位置處注入低壓塔BP。
增壓器C2由具有至少兩種額定速度的變速電機M驅動。此電機可以是如Educalivre出版的“Memotech Electrotechnique de Bourgeois etCogniel”第295頁所述的具有兩種或三種速度的Dahlander類型。在金屬生產設備起動期間，電機的速度大于在該設備穩定運行期間電機的速度。可選地，增壓器還可由渦輪機-例如蒸汽渦輪機-驅動。
從塔MP的底部抽取的“富液”(富氧空氣)在膨脹閥中膨脹之后在靠近空氣注入位置處引入到塔BP中。從塔MP的中間位置抽取的“貧液”(不純的氮)在膨脹閥中膨脹之后引入塔BP的頂部。構成設備廢氣的氮N以及在塔MP的頂部產生的中等壓力的可能不含雜質的氣態氮在交換管路LE中被加熱并且從該設備中排出。
從塔BP的底部抽取其純度取決于雙塔DC的設置的液態氧，考慮到壓降通過泵W增壓至略高于前述壓力P的壓力P1(P1-P，例如小于1×105Pa)，并且引入塔CM的頂部。因此，P1有利地在4-6×105Pa與30×105Pa之間，優選地在8×105Pa與16×105Pa之間。從混合塔CM抽取的是下列三種流體在塔的底部，接近富液并經由設置有膨脹閥的管路與富液匯合的液體；在中間位置，經由設置有膨脹閥的管路送到低壓塔BP的中間位置處的、基本上由氧和氮組成的混合物；在塔的頂部，在交換管路中加熱后大約以壓力P經由管路從該設備作為成品氣O排出的不純的氧。
圖1還示出用于回收設備的流體循環中可利用的制冷的輔助換熱器。
在圖2所示的示例中，在由變速電機M驅動的增壓器C1中壓縮所有用于蒸餾的空氣。然后，增壓空氣在凈化設備E中凈化，冷卻并且分成兩部分。空氣的一部分在聯接到鼓風渦輪機(turbine d’insufflation)t的增壓器c中增壓到混合塔CM的壓力，其余空氣的一部分被供給到所述鼓風渦輪機t中。
該附圖的其它部件與圖1的相同。
在圖3中，如圖2中一樣，所有用于蒸餾的空氣在由變速電機M驅動的增壓器C1中壓縮。然后，增壓氣體在凈化設備E中凈化，并且凈化空氣的一部分L在也聯接到一電機M′-可能為變速電機-的第二增壓器C2中增壓到混合塔壓力。該部分空氣在交換管路LE中冷卻并被送到混合塔CM。來自凈化設備的其余空氣J被部分地冷卻并分成兩部分。空氣的一部分被送到渦輪機t，然后送到低壓塔BP。其余的空氣在交換管路LE中繼續冷卻并以氣態形式送到中壓塔。
渦輪機t由低壓氮壓縮機c驅動。
也可以設想利用鼓風機供給雙塔，而通過專用壓縮機來或者其它裝置供給混合塔。
增壓器可用于供給混合塔。
權利要求
1.一種空氣分離設備，包括塔系統(MP，BP，CM)、用于至少部分地將來自至少一個增壓器(C1，C2)的壓縮空氣供給到該設備的裝置、用于凈化和冷卻空氣的裝置(E，LE)、用于將空氣送到塔系統中的一個塔(CM，MP)的裝置以及用于從塔系統中的一個塔抽取氣態產品(O)的裝置，其特征在于，所述增壓器由具有至少兩種額定轉速的變速電機(M，M′)驅動；該設備包括用于向電機供應變頻交流電流的裝置。
2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，該設備包括多速電機(M，M′)。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其特征在于，所述電機(M，M′)為具有單個主繞組-尤其是Dahlander繞組-的類型或者為具有多個主繞組的類型。
4.一種一體的空氣分離/金屬生產設備，包括空氣分離設備、金屬生產設備(FM)、壓縮用于空氣分離設備的空氣和用于金屬生產設備的空氣的壓縮機(S)、用于將來自壓縮機的空氣送到增壓器(C1，C2)的裝置以及用于將來自空氣分離設備的氣態產品(O)送到金屬生產設備的裝置，其中，所述空氣分離設備是權利要求1至3中任一項所述的。
5.一種起動空氣分離/金屬生產設備的方法，其中，該設備包括塔系統、用于將壓縮空氣供給到增壓器(C1，C2)的裝置、用于將來自增壓器的空氣送到塔系統中的至少一個塔(MP，CM)的裝置以及用于從塔系統中的一個塔抽取氣態產品(O)以送到金屬生產設備的裝置，所述增壓器由變速電機(M，M′)驅動，該方法的特征在于，電機在金屬生產設備起動期間的速度大于在該設備穩定運行期間的速度。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述電機(M，M′)以兩種速度中的一種轉動，電機在金屬生產設備(FM)起動期間以第一速度轉動并在該設備穩定運行期間以第二速度轉動，第一速度大于第二速度。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，向所述電機供給交流電流，該電流在金屬生產設備(FM)起動期間的頻率高于在該設備穩定運行期間的頻率。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述電流的頻率是可變的。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述電機(M，M′)包括根據設備的運行而不同地聯接的多個繞組。
10.根據權利要求5至9中任一項所述的方法，其特征在于，向所述空氣分離設備和金屬生產設備(FM)供給來自壓縮機(S)的空氣，并向所述金屬生產設備供給來自空氣分離設備的氣態產品(O)，在該方法中，首先起動供給兩設備的壓縮機(S)，然后根據權利要求6至10中任一項起動空氣分離設備。
全文摘要
本發明涉及一種空氣分離設備，該設備包括塔系統(DC，CM)、用于至少部分地將來自至少一個增壓器(C2)的壓縮空氣供應到該空氣分離設備的裝置、空氣凈化和空氣冷卻裝置(E，LE)、用于將空氣傳輸到塔系統中的塔(CM)的裝置、以及用于從所述系統中的塔抽取氣態產品(O)的裝置，上述增壓器由具有可變轉速以及至少兩種額定速度的電機(M)驅動。
文檔編號H02P5/00GK1898515SQ200480038389
公開日2007年1月17日 申請日期2004年12月16日 優先權日2003年12月22日
發明者J-J·肖拉, A·吉亞爾, A·利巴雷, X·龐頓 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