CN1491317A - 产生能的设备 - Google Patents

Abstract

产生能的设备包括供压缩空气之用的压气机机组。该机组有一台低压压气机，通过空气主通道与高压压气机连接。另外，还有一个压气机涡轮机机组，用于驱动低压压气机和/或高压压气机。所述设备还有供燃烧压缩空气与燃料的混合物用的燃烧装置和一台动力涡轮机，此涡轮机有一旋转轴，用于释放机械能。废气管道***连接于所述动力涡轮机的废气出口。所述设备包括空气次通道，其入口端连接于所述低压压气机出口与所述高压压气机入口之间的连接点，从而源自所述低压压气机出口的压缩空气形成主空气流经空气主通道流到所述高压压气机并形成次空气流流入空气次通道。在空气次通道上设有第一喷水装置，用于把水喷入次空气流。所述空气次通道的出口端连接于所述压气机涡轮机机组的出口与所述动力涡轮机的入口之间的连接点。

Description

产生能的设备

技术领域

本发明涉及根据权利要求1开始部分所述的一种产生能的设备。例如，从US 5,669,217和EP 1 039 115中可以了解这种设备。在已知的这些设备中，冷却低压压气机和高压压气机之间空气的冷却装置设计为喷水装置。

背景技术

正如从现有生产工艺了解的那样，有种种原因在这种设备中使用喷水装置。其中一个重要原因是喷水可能使这种设备获得高效率。另一个原因是可能减少这种设备排放的污染物。

应该注意，在本发明上下文中，“喷水”这个术语包含任何形式的喷水，即包括把水喷成雾，喷预热过的水或喷蒸汽等等。

就目前所知，这种设备的上述有利作用无法达到满意的程度。

发明内容

本发明的第一个目的是提出一些能导致改进设备的措施。

具体地说，本发明的目的是提供一种比前面所说的那种已知设备效率更高的设备。

本发明的另一目的是推荐一些充分利用设备排出的废气中的热量给喷出的水加热或使之汽化的措施。

本发明的再一目的是提供一种比上面所说的那种已知设备排放污染更少些的设备。

本发明又一个目的是提供一种使其中的一个或多个部件工作条件最佳化，有利于例如相关部件的技术实施的设备。

本发明提供根据权利要求1开始部分的设备，其特征在于：安装空气次通道，其入口端连接于低压压气机出口与高压压气机入口之间的连接点，从而，从低压压气机流出的压缩空气形成主空气流流到高压压气机并形成次空气流流入空气次通道；在空气次通道上有把水喷入次空气流的第一喷水装置；空气次通道的出口端连接于压气机涡轮机机组出口与动力涡轮机入口之间的连接点。

把从低压压气机流出的空气流分为主空气流和次空气流可以使高压压气机获得的工作条件最佳化，同时又可能把水有效地喷入次空气流。在这种情况下，冷却主空气流的冷却装置同样可以设计为喷水装置，然而其与次空气流的喷水装置无关。

优选地，主空气流流量大于次空气流流量，例如，主空气流流量占低压压气机流出的总流量的70-90％，次空气流流量占低压压气机流出的总流量的10-30％。

次空气流在压气机涡轮机机组的下游与主空气流汇合，从而所述次空气流可以保持较低的压力。如果所述两股空气流汇合处压力高于低压压气机出口的压力，可能要安装风扇即辅助压气机，提高次空气流的压力。根据一个实例，所述风扇是电风扇。

优选地，设有一个热交换器，用它实现废气管道***内的废气与第一喷水装置下游次空气流之间的热交换。使用这种方法可以把尽可能多的水引进次空气流并用废气的热使之汽化。

根据本发明设备的更多具有优越性的实施例在权利要求书和下面根据附图的说明中说明。

附图说明

图1示出根据本发明的设备的一个示范实施例线路图。

应该注意在下面的说明的上下文和权利要求中使用了诸如第一、第二、第三之类的数词。这些数词只是用来区分各个部件而已，并没有设备内要有这个数的类似部件的意思。例如，可以设想，后面说明的第四热交换器在生产的设备中没有，但后面说明的第五和第六热交换器在其中却有。

具体实施方式

图1显示根据本发明的一种产生能的设备。该设备包括一个压缩空气的压气机机组。在本实施例中，所述压气机机组包括：

—一个具有空气入口2和空气出口3的低压压气机1；

—一个具有空气入口5和空气出口6的高压压气机4，低压压气机1的空气出口3与高压压气机4的空气入口5相连接；

—一个驱动低压压气机1和高压压气机4的压气机涡轮机组，所述压气机涡轮机组包括一个压气机涡轮机7、一个空气入口8和一个出口9，所述空气入口8与高压压气机4的空气出口6相连接。

在本实施例中，压气机1、4和压气机涡轮机7安装于一根共同的转轴10上。

空气主通道12延伸于空气出口3和空气入口5之间，主空气流通过所述主通道12从低压压气机1流到高压压气机4。空气次通道13的入口端与所述空气主通道12相连接，从而源自低压压气机1的空气出口的压缩空气形成主气流流到高压压气机4，并形成次空气流流进空气次通道13。

从低压压气机1流出的空气流优选地分开成主空气流大于次空气流，例如，主空气流流量达到总气流量的85％，次空气流流量达到总气流量的15％。这两个流量的比可以通过例如限定次通道与主通道相对的通道面积保持恒定。如果适合，可以安装控制装置，例如阀装置，优选方案是安装在空气次通道内，以开/关和或控制空气次通道13的与空气主通道12相对的通道面积。

在空气次通道13中有把水喷射进次空气流的第一喷水装置15。

设有第四喷水装置17用来冷却空气主通道12内的主空气流。

正如一般了解的那样，无论以什么方法喷水，这对冷却设备内的空气和提高质量流通速率都是需要的，具有各种优点。

在本实施例中。在空气次通道13的第一喷水装置15的上游设有风扇18，有限地提高次空气流的压力。所述风扇18有低的输出，如果适合，可用电驱动。

图1内所示设备还包括压气机涡轮机7的入口8上游的高压燃烧装置20。在本实施例中，还显示了在压气机涡轮机7的出口9的下游设有低压燃烧装置25。

在燃烧装置20、25内，压缩空气(与在其内的水蒸汽一起)和适当的燃料的混合物燃烧。

所述设备还有动力涡轮机30，所述动力涡轮机有释放机械能，例如，驱动发电机32，的旋转轴31。所述动力涡轮机30有入口33和废气出口35，在本实例中入口33连接于低压燃烧装置25的出口。

所述设备还有一个废气管道***，其入口端40连接于动力涡轮机30的废气出口35。

在本实施例中，空气次通道13的出口端连接于压气机涡轮机7的出口9与低压燃烧装置25的入口之间的连接点。

所述废气管道***包括废气主通道41和废气次通道42，这两条通道41、42连接于动力涡轮机30的出口35，从而，主废气流流进废气主通道41，次废气流流进废气次通道42。

主废气流流量优选地大于次废气流流量，例如，这两者之间的比大约与上面所述主空气流与次空气流之间的比相同。

第一热交换器50实现废气管道***内的废气与次空气流之间的热交换，优选地在第一喷水装置15的下游。

第二热交换器60实现主通道41内的主废气流与从高压压气机4到压气机涡轮机7的入口的主空气流之间的热交换。这种第二热交换器在专业领域常常被称为同流换热器。

第三热交换器70实现废气次通道42内的废气与第一热交换器50的下游的空气次通道13内的次空气流之间的热交换。

废气次通道42的出口端连接于第二热交换器60下游的废气主通道41。而第一热交换器50就安装在此连接点的下游，因而所有废气都经过第一热交换器50。

第四热交换器80实现第三热交换器70下游废气次通道42内的废气与第一热交换器50下游空气次通道13内的次空气流之间的热交换。

第一热交换器50优选地设计成能在这些废气排出之前从其中取出尽可能多的热来。

假使适当可以通过把水喷于废气管道***出口附近而把已经喷出的水回收，因为这些水可以和以前喷出的水一起收集起来。

在所示变型中，空气次通道13的出口端连接于压气机涡轮机7与低压燃烧装置25之间的连接点。

在一变型中，低压燃烧装置位于空气次通道13内，用于燃烧次空气流与燃料的适当混合物。这可以通过例如图1中虚线所示的那样把燃烧装置结合在空气次通道13中做到，虽然也可以设想有多个低压燃烧装置。

此外，在所示设备中还安装了第五热交换器90和第六热交换器95，实现废气主通道41内的废气与从高压压气机4到压气机涡轮机7这一段的主空气流之间的热交换。在本实施例中，正如在主空气流方向所见到的那样，所述第五和第六热交换器安装于第二热交换器60的上游。

还可以看到为了把水喷入第五和第六热交换器90、95之间的主空气流，安装了第二喷水装置100。

另外，所述设备还安装了把水喷入高压压气机4与第六热交换器95之间的主空气流内的第三喷水装置110。

在一个变型中，有可能设置多台压气机涡轮机，而不是一台压气机涡轮机，例如，一台压气机涡轮机驱动低压压气机，另一台压气机涡轮机驱动高压压气机。

在再一个变型中，可能有驱动发电机的压气机涡轮机和与发电机相连接用于驱动压气机组的一台或多台压气机的电动机。

把水喷入次空气流并把从废气中取得的热供给次空气流也可以用图中显示的方法之外的办法做到。例如，把一个或多个热交换器安装于喷水装置的上游，把喷水装置与热交换器安装于同一个地点，或者把喷水装置安装于热交换器之间，这些都是可以的。

正如早先提到的那样，喷水的方法多种多样，根据情况而定，例如，以雾、蒸汽的形式。

要喷的水可以借助从废气抽出的热预热，但也可以借助从压气机下游压缩空气抽出的水预热。

冷却高压压气机上游主气流的冷却装置也可以用喷水以外的方法，例如，注入冷空气或其他冷却介质，或者不同方法的结合。如果适当，例如如果所述设备安装于热环境内，可以在低压压气机入口或低压压气机内冷却空气。

图1所示设备内的通常的温度列于下面，但不必受此限制。

—从低压压气机流出的空气130℃；

—经第四喷水装置冷却后的主空气流40℃；

—高压压气机出口的主空气流165℃；

—经第三喷水装置冷却后的主空气流90℃；

—同流换热器下游的主空气流640℃；

—高压燃烧装置出口处的主空气流850℃；

—压气机涡轮机出口处的主空气流620℃；

—低压燃烧装置出口处的空气流900℃；

—动力涡轮机出口处的废气流640℃。

Claims (17)

1.一种产生能的设备，包括：

—一个压缩空气的压气机机组，此机组包括：

—一个有空气入口和出口的低压压气机；

—一个有入口和出口的高压压气机，所述低压压气机的出口通过空气主通道连接于所述高压压气机的入口；

—一个驱动所述低压压气机和/或所述高压压气机的压气机涡轮机机组，所述压气机涡轮机机组有一台压气机涡轮机或一系列压气机涡轮机，所述压气机涡轮机机组还有入口和出口，所述入口连接于所述高压压气机的出口。

—冷却所述高压压气机出口上游一个位置的空气的冷却装置；

—供压缩空气与燃料的混合物燃烧用的燃烧装置；

—具有供送机械能的旋转轴的动力涡轮机，所述动力涡轮机有入口和废气出口，所述入口连接于所述压气机涡轮机机组出口；

—废气管道***，其入口端连接于所述动力涡轮机的废气出口，

所述设备的特征在于：

—设有空气次通道，其入口端连接于所述低压压气机出口与所述高压压气机入口之间的连接点，从而源自所述低压压气机出口的压缩空气形成主空气流，经空气主通道流到所述高压压气机，并形成次空气流，流入空气次通道；

—在空气次通道上设有第一喷水装置，把水喷入所述空气次通道；

—所述空气次通道的出口端连接于所述压气机涡轮机机组的出口与所述动力涡轮机入口之间的连接点。

2.根据权利要求1的设备，其特征在于在所述空气次通道内安装风扇，用以提高所述次空气流的压力。

3.根据权利要求1或2的设备，其特征在于设有第一热交换器，用以实现废气管道***内的废气与所述次空气流之间的热交换，优选地设在所述第一喷水装置的下游。

4.根据权利要求3的设备，其特征在于：所述废气管道***包括废气主通道和废气次通道，这两者都连接于所述动力涡轮机的出口，从而主废气流流入废气主通道，次废气流流入废气次通道；还设有第二热交换器，用于实现主废气流与从高压压气机到压气机涡轮机入口的主空气流之间的热交换；和还设有第三热交换器，用于实现废气次通道内的废气与空气次通道内的次空气流之间的热交换。

5.根据权利要求4的设备，其特征在于：废气次通道以其出口端在第二热交换器的下游与废气主通道连接；第一热交换器安排在此连接点的下游。

6.根据权利要求4或5的设备，其特征在于还设有第四热交换器，用于实现所述第三热交换器下游废气次通道内的废气与第一热交换器下游空气次通道内的次空气流之间的热交换。

7.根据上述权利要求中一项或多项的设备，其特征在于低压燃烧装置位于所述压气机涡轮机机组出口与动力涡轮机之间。

8.根据权利要求7的设备，其特征在于所述空气次通道的出口连接于所述压气机涡轮机机组与所述低压燃烧装置之间的连接点。

9.根据上面权利要求中一项或多项的设备，其特征在于低压燃烧装置位于所述空气次通道内，用于燃烧次空气流与燃料的混合物。

10.根据上面权利要求中一项或多项的设备，其特征在于还设有第五和第六热交换器，用以实现废气主通道内废气与从高压压气机到压气机涡轮机机组这一段主空气流之间的热交换。

11.根据权利要求10的设备，其特征在于还设有第二喷水装置，用于把水喷入第五和第六热交换器之间的主空气流。

12.根据上面权利要求中一项或多项的设备，其特征在于还设有第三喷水装置，用于把水喷入高压压气机下游的主空气流内。

13.根据上面权利要求中一项或多项的设备，其特征在于把冷却低压压气机出口与高压压气机出口之间主空气流的冷却装置设计为第四喷水装置。

14.根据上面权利要求中一项或多项的设备，其特征在于高压燃烧装置位于高压压气机出口与压气机涡轮机机组入口之间，用于燃烧所述压缩空气与燃料的混合物。

15.根据上面权利要求中一项或多项的设备，其特征在于所述压气机涡轮机机组包括一台压气机涡轮机，所述压气机涡轮机与所述低压压气机和所述高压压气机安装于一根共同的转轴上。

16.根据上面权利要求1-14中一项或多项的设备，其特征在于：压气机涡轮机驱动发电机；设有多台与所述发电机相结合的电动机，用于驱动所述压气机机组的一台或数台压气机。

17.根据权利要求3的设备，其特征在于还设有第五喷水装置，用于把水喷入第一热交换器下游的次空气流，例如，第三和第四热交换器之间。

Images