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造方法
【專利說(shuō)明】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
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01180012476.1的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，原申請(qǐng)的申請(qǐng)日為2011年3月3日，發(fā)明名稱為“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”。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]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)】
[0003]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:
[0004].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?br>[0005].使用煙道氣來(lái)預(yù)熱噴射到富氧燃燒鍋爐中的氧氣。
[0006]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%。
[0007]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。
[0008]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)。
[0009]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:
[0010].可以使用來(lái)自鍋爐的煙道氣；
[0011].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。
[0012]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】

[0013]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。
[0014]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。
[0015]根據(jù)可選的其它特征:
[0016]-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；
[0017]-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；
[0018]-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；
[0019]-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；
[0020]-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；
[0021]-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；
[0022]-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。
[0023]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。
[0024]在適用的情況下:
[0025]-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；
[0026]-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；
[0027]-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?br>[0028]-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；
[0029]-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；
[0030]-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；
[0031]-在除氣器中被除氣的水的至少一部分被直接輸送到鍋爐。
[0032]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，Δ T在整個(gè)加熱過(guò)程中都是均勻的并且較低。
【附圖說(shuō)明】
[0033]將參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中，
[0034]圖1是使用蒸汽V加熱殘留氮?dú)釽N2的交換圖，
[0035]圖2是使用液體形式的水流BFW加熱殘留氮?dú)釽N2的交換圖，
[0036]圖3和4示出了根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0037]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