專利名稱：：多級(jí)壓縮機(jī)、包括這種壓縮機(jī)的空氣分離裝置及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種多級(jí)壓縮機(jī)、包括這種壓縮機(jī)的空氣分離裝置及設(shè)備。
背景技術(shù)：
：在使用氣化爐(gaz6ifieur)中的氧的IGCC發(fā)電方法中，能夠使用燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)中壓縮的部分空氣以供給空氣分離裝置(ASU)，該空氣分離裝置向氣化爐中供應(yīng)氧。這種布置用于適應(yīng)燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行，所述燃?xì)廨啓C(jī)通常設(shè)計(jì)成燃燒熱值比氣化爐產(chǎn)生的燃?xì)飧叩娜細(xì)?。來自燃?xì)廨啓C(jī)的空氣的壓力通常高于ASU中正常使用的空氣壓力。為了避免任何功率損失，此空氣以可用的壓力在ASU中使用是有利的。當(dāng)此空氣僅形成對ASU的供應(yīng)的一部分時(shí)，其余所需的空氣必須在獨(dú)立的壓縮機(jī)中進(jìn)行壓縮。這樣是優(yōu)選的將第二空氣流率壓縮到與來自燃?xì)廨啓C(jī)壓縮機(jī)的空氣流率相同的壓力，使得所述方法不依賴于取自燃?xì)廨啓C(jī)的空氣比例，此比例可能隨時(shí)改變。然后就會(huì)出現(xiàn)IGCC中常常碰到的問題。即，如何減小空氣的加載量，這需要能夠降低到額定加載量的50%，同時(shí)減少燃?xì)廨啓C(jī)中壓縮空氣的壓力，減少量也是大約50%。因此供應(yīng)ASU的獨(dú)立空氣壓縮機(jī)的流率會(huì)減少，減少量可高達(dá)50%或60%(如果提取的空氣比例的增加被補(bǔ)充到ASU的流率的減少中)。此外，獨(dú)立壓縮機(jī)中壓縮空氣的壓力需要減小大約50%。常規(guī)的方法是用內(nèi)部調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，例如在各級(jí)的進(jìn)口側(cè)上的動(dòng)葉片將壓縮機(jī)的流率減少到一定程度。為了實(shí)現(xiàn)流率的顯著減少，可設(shè)想使用所有級(jí)的進(jìn)口側(cè)上的動(dòng)葉片。那樣可期望能將流率減少到額定流率的70%而不減少傳輸側(cè)的壓力。效率的損失將是5%到10%，然后空氣的壓力必須減小到期望的壓力。即使假設(shè)葉輪的效率相對于額定效率沒有減少，功率消耗仍然是額定功率的70%,即使僅有50%的額定流率需要壓縮到非常低的壓力也是如此。如果要求減小每一級(jí)的傳輸側(cè)的壓力，那么壓縮機(jī)葉輪的特征使得這將導(dǎo)致流率的增加，這意味著動(dòng)葉片需要有更大的作用(phisloindansl，action)，導(dǎo)致甚至更大的效率損失。在根據(jù)本發(fā)明的方案中，額定流率的20%被排到外部環(huán)境中，壓縮空氣被節(jié)流以將其壓力減小到要求的壓力。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種包括安裝在公共軸線上的第一級(jí)和第二級(jí)的壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)具有用于向第一級(jí)供應(yīng)待壓縮的氣體的裝置、用于將壓縮的氣體從第一級(jí)的傳輸側(cè)傳遞到第二級(jí)的進(jìn)口側(cè)的裝置、以及用于在第二級(jí)的傳輸側(cè)上產(chǎn)生加壓氣體的裝置，其特征在于，該壓縮機(jī)包括位于第一級(jí)的傳輸側(cè)下游和第二級(jí)的進(jìn)口側(cè)上游的用于減小壓縮氣體的壓力的節(jié)流閥、用于將壓縮的氣體從第一級(jí)的傳輸側(cè)通過所述節(jié)流閥傳遞到第二級(jí)的進(jìn)口側(cè)的裝置、以及用于將在第一級(jí)中壓縮的氣體的一部分排到外部的裝置?？蛇x地-所述壓縮機(jī)包括第三級(jí)，用于將加壓氣體從第二級(jí)的傳輸側(cè)傳遞到第三級(jí)的進(jìn)口側(cè)的裝置，位于第二級(jí)的傳輸側(cè)下游和第三級(jí)的進(jìn)口側(cè)上游的用于減小壓縮氣體的壓力的節(jié)流閥，以及用于將在第二級(jí)中壓縮的氣體的一部分排到外部的裝置。-第一級(jí)具有流量調(diào)節(jié)動(dòng)葉片。-所述壓縮機(jī)在第三級(jí)的下游包括至少一級(jí)，但是在第三級(jí)的傳輸側(cè)和笫三級(jí)下游的所述(至少一)級(jí)之間沒有減壓裝置。-節(jié)流閥位于壓縮機(jī)的一個(gè)級(jí)的上游和一冷卻器的上游或下游，所述冷卻器設(shè)計(jì)成冷卻用于那一級(jí)的空氣。本發(fā)明的另一方面是提供一種采用低溫蒸餾的空氣分離裝置，該空氣分離裝置包括至少一個(gè)如上所述的壓縮機(jī)。本發(fā)明的另一方面是提供一種設(shè)備，該設(shè)備包括第一空氣壓縮機(jī)、燃燒室、燃?xì)廨啓C(jī)、用于將空氣從第一空氣壓縮機(jī)傳送到燃燒室的裝置、用于將燃燒氣體(gazdecombustion)傳送到燃?xì)廨啓C(jī)的裝置、空氣分離裝置、用于將空氣從第一空氣壓縮機(jī)傳送到空氣分離裝置的裝置、第二空氣壓縮機(jī)和用于將空氣從第二空氣壓縮機(jī)傳送到空氣分離裝置的裝置，其特征在于，該第二空氣壓縮機(jī)是上文描述的壓縮機(jī)。本發(fā)明的另一方面是提供一種用于生成能量(能源，6nergie)和空氣中的一種氣體的綜合方法，其中在第一空氣壓縮機(jī)中將空氣壓縮到第一壓力，將部分來自第一空氣壓縮機(jī)的空氣傳送到燃燒室，將燃燒氣體傳送到燃?xì)廨啓C(jī)，將部分來自第一空氣壓縮機(jī)的空氣傳送到空氣分離裝置，在第二壓縮機(jī)中將空氣壓縮到第一壓力并傳送到該空氣分離裝置，該第二壓縮機(jī)包括至少兩級(jí)，其中，為了將額定流率壓縮到該空氣分離裝置所需的第一壓力，將空氣從該第二壓縮機(jī)的第一級(jí)傳送到該第二壓縮機(jī)的第二級(jí)，其特征在于，為了產(chǎn)生該空氣分離裝置所需的減小的壓力下的減小的流率，將在第一級(jí)中壓縮的空氣的一部分排到外部，并且來自第一級(jí)的剩余空氣的壓力在第二級(jí)的上游的節(jié)流閥中減小。作為可能的選擇-第二壓縮機(jī)包括至少三級(jí)，為了將額定流率壓縮到所述空氣分離裝置所需的第一壓力，將空氣從第二壓縮機(jī)的第二級(jí)傳送到第二壓縮機(jī)的第三級(jí)，其特征在于，為了產(chǎn)生該空氣分離裝置所需的減小的壓力下的減小的流率，將在第一級(jí)中壓縮的空氣的一部分排到外部，來自第二級(jí)的剩余空氣的壓力在第三級(jí)的上游的節(jié)流閥中減小。-在第二(和第三)級(jí)的進(jìn)口側(cè)和/或傳輸側(cè)的壓縮空氣的體積流率在額定操作和減小流率("duite)操作之間大致保持不變。本發(fā)明提出的方案是在第二壓縮級(jí)的進(jìn)口側(cè)附加一節(jié)流閥，并且如果需要的話，在第三級(jí)和隨后的級(jí)的進(jìn)口側(cè)也附加節(jié)流閥。此閥的作用是減小下一級(jí)的進(jìn)口壓力，從而如果保持其壓縮比且其傳輸壓力以與進(jìn)口壓力相同的比例減小，則其體積流率將保持不變而其質(zhì)量流率將以與進(jìn)口壓力相同的比例減小。通過保持隨后的級(jí)的額定壓縮比，即通過以相同的比例減小壓力，則在所有這些級(jí)中可實(shí)現(xiàn)相同的流率減少而沒有效率的損失，因?yàn)樗械倪@些級(jí)實(shí)際上將在它們的額定點(diǎn)操作。因此，在節(jié)流閥后的所有級(jí)都可獲得減小的流率，同時(shí)傳輸壓力和功率也減小，它們減小的比例都相同，而沒有任何效率損失。參考附圖將詳細(xì)描述本發(fā)明，其中-圖1和圖2示出根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)；-圖3示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。具體實(shí)施例方式圖1示出具有在同一軸線上的五個(gè)級(jí)l、2、3、4、5并在每一級(jí)之間和最后一級(jí)的下游具有冷卻裝置R1、R2、R3、R4、R5的壓縮機(jī)C2?？諝?被傳送到具有流量調(diào)節(jié)動(dòng)葉片的第一級(jí)1。在額定操作過程中，級(jí)l的葉片不會(huì)減小流率，在第一級(jí)l中壓縮的全部空氣進(jìn)入管道15、19、21，通過節(jié)流閥VI而不會(huì)減小壓力。該流率然后在級(jí)2、3、4、5中壓縮。在減小流率的操作中，第一級(jí)1的葉片將空氣7的流率減小到額定流率的70%。占額定流率的12.2%的流率通過管道17和減壓閥VD1排到外部。占額定流率的57.8%的剩余空氣傳送到冷卻器Rl，然后傳送到節(jié)流閥，該節(jié)流閥將其壓力減小到額定壓力值的57.8%。此減壓的流率通過管道21傳送到第二級(jí)2的進(jìn)口側(cè)。該流率然后在級(jí)2、3、4和5中壓縮，除了由于通過冷卻器R2、R3、R4和R5的壓降之外相鄰兩級(jí)之間沒有任何壓力減小。最終空氣壓力將是8.9bar。對于壓縮機(jī)的每個(gè)給定的位置，體積流率在額定操作和減小流率操作之間保持基本不變。圖2示出具有五個(gè)級(jí)l、2、3、4、5，在每一級(jí)之間和最后一級(jí)的下游具有冷卻裝置R1、R2、R3、R4、R5的另一壓縮機(jī)C2?？諝?被傳送到具有流量調(diào)節(jié)動(dòng)葉片的第一級(jí)1。在額定操作過程中，級(jí)l的葉片不會(huì)減小流率，在第一級(jí)l中壓縮的全部空氣進(jìn)入管道15、19、21,通過節(jié)流閥VI而不會(huì)減小壓力。壓縮空氣在第二級(jí)2的下游由冷卻器R2冷卻，然后通過節(jié)流閥V2而不減小其壓力。該流率然后在級(jí)3、4、5中壓縮。在減小流率的操作中，級(jí)l的葉片將空氣7的流率減小到額定流率的70%。占額定流率的12.2%的流率通過管道17和減壓閥VD1排到外部。占額定流率的57.8y。的剩余空氣傳送到冷卻器Rl，然后傳送到節(jié)流閥，該節(jié)流閥將其壓力減小到額定壓力的57.8%。此減壓的流率通過管道21傳送到第二級(jí)2的進(jìn)口側(cè)。此流率在第二級(jí)中壓縮并分成兩個(gè)部分。額定流率的6.3%通過管道27和減壓閥VD2排到外部，而來自第二級(jí)的剩余空氣由冷卻器R2冷卻，然后通過第二節(jié)流閥V2減小其壓力，其中流率減小到額定流率的51.5%，壓力減小到額定壓力的51.5%。該流率然后在級(jí)3、4和5中壓縮，除了由于通過冷卻器R3、R4和R5的壓降之外相鄰兩級(jí)之間沒有任何壓力減小。最終空氣壓力將是8.04bar。對于壓縮機(jī)的每個(gè)給定的位置，體積流率在額定操作和減小流率操作之間保持基本不變。在圖3中，空氣在絕熱的壓縮機(jī)C1中壓縮并分成兩個(gè)部分。一部分9被冷卻(未示出)并傳送到空氣分離裝置ASU。一部分10被傳送到燃燒室CC以^t和燃料12例如天然氣或煤一起燃燒。燃燒氣體13在聯(lián)接于壓縮機(jī)C1的渦輪機(jī)T1中膨脹至一減小的壓力?？諝夥蛛x裝置也由根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)C2供應(yīng)空氣8，所述壓縮機(jī)C2可以是結(jié)合附圖l和2所描述的壓縮4幾。來自空氣分離裝置的氮11可能,皮傳送到燃?xì)廨哵L,并且該空氣分離裝置也產(chǎn)生用于氣化爐的氧12。在此列舉出由該同時(shí)減小質(zhì)量流率和壓力的裝置所提供的優(yōu)點(diǎn)的一個(gè)例子。假設(shè)額定流率為100Nm3/h，額定傳輸壓力為16atmabs，以及五級(jí)壓縮機(jī)。每一級(jí)的功率值等于0.1Xl0g(Pref/Pasp)X流率的乘積，Pref是傳輸壓力，Pasp是入口壓力，該功率值給出以kW表示的實(shí)際值，壓縮機(jī)的功率為各級(jí)功率之和。在減小流率的情況下，假設(shè)流率是50Nm3/h，要求的傳輸壓力是8atmabs。如果要保持效率，則所消耗的功率大致等于額定功率的0.5xlog(8)/log(16)=37.5%。在附表中，第一種減小流率的情況示出在每一級(jí)中使用動(dòng)葉片所獲得的功率，偶j殳(非常樂觀地)這種方法能夠?qū)①|(zhì)量流率減少到70%而沒有效率損失。第二種減小流率的情況示出僅在第一級(jí)使用動(dòng)葉片和在第二級(jí)的進(jìn)口側(cè)上使用節(jié)流閥，也就是根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)。在此示例中，此方案并不足以將壓力和流率降低到所要求的值，但是在功率消耗方面與僅使用動(dòng)葉片的方案相比會(huì)節(jié)省大約14%。在第三種減小流率的情況中，使用了根據(jù)本發(fā)明的壓縮機(jī)，并且與情況2比較，在第三級(jí)的進(jìn)口側(cè)附加一閥，從而允許傳輸壓力和流率在隨后的級(jí)中繼續(xù)減小。與基本情況相比功率的減小約為20%。本發(fā)明要求保護(hù)質(zhì)量流率和傳輸壓力同時(shí)減少超過25%的多級(jí)壓縮機(jī)，在第二級(jí)的進(jìn)口側(cè)使用節(jié)流閥，并且如果需要的話，在隨后的級(jí)中也使用節(jié)流閥。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種包括安裝在公共軸線上的第一級(jí)(1)和第二級(jí)(2)的壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)具有用于向第一級(jí)供應(yīng)待壓縮的氣體的裝置、用于將壓縮氣體從第一級(jí)的傳輸側(cè)傳遞到第二級(jí)的進(jìn)口側(cè)的裝置、以及用于在第二級(jí)的傳輸側(cè)上產(chǎn)生加壓氣體的裝置，其特征在于，該壓縮機(jī)包括位于第一級(jí)的傳輸側(cè)下游和第二級(jí)的進(jìn)口側(cè)上游的用于減小壓縮氣體壓力的節(jié)流閥(V1)、用于將壓縮氣體從第一級(jí)的傳輸側(cè)通過所述節(jié)流閥傳遞到第二級(jí)的進(jìn)口側(cè)的裝置、以及用于將部分在第一級(jí)中壓縮的氣體排到外部的裝置(17、VD1)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)，其特征在于，該壓縮機(jī)包括第三級(jí)(3)、用于將加壓氣體從第二級(jí)的傳輸側(cè)傳遞到第三級(jí)的進(jìn)口側(cè)的裝置、位于第二級(jí)的傳輸側(cè)下游和第三級(jí)的進(jìn)口側(cè)上游的用于減小壓縮氣體壓力的節(jié)流閥(V2)、以及用于將部分在第二級(jí)中壓縮的氣體排到外部的裝置(27、VD2)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所迷的壓縮機(jī)，其特征在于，第一級(jí)(l)具有流量調(diào)節(jié)動(dòng)葉片。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)，其特征在于，該壓縮機(jī)在第三級(jí)的緊下游包括一級(jí)(2)，但是在第三級(jí)的傳輸側(cè)和第三級(jí)的緊下游處的該級(jí)之間沒有減壓裝置。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)，其特征在于，所述節(jié)流閥(Vl、V2)位于壓縮機(jī)的一個(gè)級(jí)(2、3)的上游和冷卻器(Rl、R2)的上游或下游，所述冷卻器(Rl、R2)設(shè)計(jì)成冷卻用于那一級(jí)的空氣。6.—種采用低溫蒸餾的空氣分離裝置(ASU)，該空氣分離裝置包括至少一個(gè)根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)。7.—種設(shè)備，該設(shè)備包括第一空氣壓縮機(jī)(Cl)、燃燒室(CC)、燃?xì)廨啓C(jī)(T1)、用于將空氣從該第一空氣壓縮機(jī)傳送到該燃燒室的裝置(10)、用于將燃燒氣體傳送到該燃?xì)廨啓C(jī)的裝置、空氣分離裝置(ASU)、用于將空氣從該第一空氣壓縮機(jī)傳送到該空氣分離裝置的裝置(9)、第二空氣壓縮機(jī)(C2)、以及用于將空氣從該第二空氣壓縮機(jī)傳送到該空氣分離裝置的裝置，其特征在于，該第二空氣壓縮機(jī)是根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任何一項(xiàng)所述的壓縮機(jī)。8.—種用于生成能量和空氣中的一種氣體的綜合方法，其中在第一空氣壓縮機(jī)(C1)中將空氣壓縮到第一壓力，將部分來自第一空氣壓縮機(jī)的空氣傳送到燃燒室(CC),將燃燒氣體傳送到燃?xì)廨啓C(jī)(Tl)，將部分來自第一空氣壓縮機(jī)的空氣傳送到空氣分離裝置(ASU),在第二壓縮機(jī)(C2)中將空氣壓縮到第一壓力并傳送到該空氣分離裝置，該第二壓縮機(jī)包括至少兩級(jí)，其中，為了將額定流率壓縮到該空氣分離裝置所需的第一壓力，將空氣從該第二壓縮機(jī)的第一級(jí)(1)傳送到該第二壓縮機(jī)的第二級(jí)(2)，其特征在于，為了產(chǎn)生該空氣分離裝置所需的減小的壓力下的減小的流率，將部分在第一級(jí)中壓縮的空氣排到外部，并且來自第一級(jí)的剩余空氣的壓力在第二級(jí)的上游的節(jié)流閥(VI)中減小。9.才艮據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二壓縮機(jī)包括至少三級(jí)，為了將額定流率壓縮到所述空氣分離裝置所需的第一壓力，將空氣從該第二壓縮機(jī)的第二級(jí)傳送到該第二壓縮機(jī)的笫三級(jí)(3)，其特征在于，為了產(chǎn)生該空氣分離裝置所需的減小的壓力下的減小的流率，將部分在第二級(jí)中壓縮的空氣排到外部，并且來自第二級(jí)的剩余空氣的壓力在第三級(jí)的上游的節(jié)流閥(V2)中減小。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在第二(和第三)級(jí)的進(jìn)口側(cè)和/或傳輸側(cè)的壓縮空氣的體積流率在額定操作和減小流率操作之間大致保持不變。全文摘要本發(fā)明涉及一種包括安裝在公共軸線上的第一級(jí)(1)和第二級(jí)(2)的壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)具有用于向第一級(jí)供應(yīng)待壓縮的氣體的裝置、用于將壓縮氣體從第一級(jí)的傳輸側(cè)傳遞到第二級(jí)的進(jìn)口側(cè)的裝置、用于在第二級(jí)的傳輸側(cè)上產(chǎn)生加壓氣體的裝置、用于將壓縮氣體從第一級(jí)的傳輸側(cè)傳送到第二級(jí)的進(jìn)口側(cè)的裝置、位于第一級(jí)的傳輸側(cè)下游和第二級(jí)的進(jìn)口側(cè)上游的用于減小壓縮氣體的壓力的節(jié)流閥(V1)、用于將壓縮氣體從第一級(jí)的傳輸側(cè)通過所述節(jié)流閥傳遞到第二級(jí)進(jìn)口側(cè)的裝置、以及用于將部分在第一級(jí)中壓縮的氣體排到外部的裝置(17、VD1)。本發(fā)明還涉及應(yīng)用于空氣分離裝置的壓縮空氣的生產(chǎn)。文檔編號(hào)F04D27/02GK101443558SQ200780017591公開日2009年5月27日申請日期2007年3月5日優(yōu)先權(quán)日2006年3月14日發(fā)明者B·達(dá)勒多申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司