CN101737332B

CN101737332B - 蒸气压缩装置

Info

Publication number: CN101737332B
Application number: CN2009102120030A
Authority: CN
Inventors: 松隈正树; 桑原英明
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2029-11-06
Also published as: JP2010133696A; CN101737332A

Abstract

一种蒸气压缩装置包括：对吸入到作用空间的作为气相对象流体的蒸气进行压缩并排出到既定排出压力的排出配管中的容积式压缩机；将液相的对象流体导入压缩机的作用空间或吸入部的液体导入机构；设置在排出配管上且从压缩机排出的对象流体中分离液相部分的脱水器，其中，液体导入机构导入对下述情况而言足够量的液相的对象流体：即，将以下热能作为用于使液相的对象流体气化的蒸发潜热而消耗，所述热能是压缩机给予对象流体的能量中的、压缩机吸入的气相的对象流体为了升压至排出压力而消耗了能量后剩余的热能，并且使对象流体从压缩机以一部分为液相的湿蒸气的状态排出。由此防止压缩机过度的温度上升，使压缩机的输出作为蒸气能量最大限度地利用。

Description

蒸气压缩装置

技术领域

本发明涉及一种蒸气压缩装置。

背景技术

在工业界，使用蒸气的设备很多，但能够消耗至其潜热的设备非常少，0MPa、100℃的蒸气被大量地废弃了。提出了下述的蒸气压缩装置：通过回收这些被废弃的低压蒸气，并利用压缩机进行压缩，使得以比由锅炉重新使水蒸发少的能量廉价地再生出可利用的压力的蒸气(例如日本·特公平6-70540号公报)。

在这样的蒸气压缩装置中，压缩机的排出压力也根据锅炉的主蒸气配管的设定压力确定。压缩机采用具有相对于压缩的蒸气的量和压力而言足够大的容量的压缩机，但过度的输出会引起排出的蒸气的过度的温度上升。这些热量不仅不能有效利用，而且还会使压缩机的温度上升。对于螺杆压缩机而言，由于结构上的耐用温度为250℃左右，最高达到300℃左右，所以必须避免过度的温度上升。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种蒸气压缩装置，能够防止压缩机的过度的温度上升，并能够将压缩机的输出作为蒸气能量最大限度地加以利用。

为了解决上述问题，本发明的蒸气压缩装置具有：容积式压缩机，对吸入到作用空间中的作为气相的对象流体的蒸气进行压缩，并排出到既定排出压力的排出配管中；液体导入机构，将液相的上述对象流体导入到上述压缩机的上述作用空间或上述压缩机的吸入侧；和脱水器，设置在上述排出配管上，从由上述压缩机排出的上述对象流体中分离出液相部分，上述液体导入机构导入对于下述情况而言足够量的上述液相的对象流体：即，将以下热能作为用于使上述液相的对象流体气化的蒸发潜热而消耗，所述热能是上述压缩机给予上述对象流体的能量中的、上述压缩机所吸入的上述气相的对象流体为了升压至上述排出压力而消耗了能量之后剩余的热能，并且使上述对象流体从上述压缩机以一部分为液相的湿蒸气的状态排出。

根据该构成，在压缩机中，由于借助液体导入机构供给的液相的对象流体通过蒸发而夺走过剩的热量，所以排出的蒸气温度不会比排出压力的饱和蒸气温度高。因此，压缩机的温度不会过度地上升。另外，在压缩机中，由于使借助液体导入机构导入的液相的对象流体蒸发，所以能够使排出的蒸气量比吸入的蒸气量多。因此，能够将压缩机的输出能量无剩余地转换为能够利用的蒸气能量。因此，能提高包括锅炉设备在内的机器整体的能量效率。

另外，在本发明的蒸气压缩装置中，上述液体导入机构可以导入与以下值相比多量的液相的上述对象流体，该值是上述压缩机的有效输出能量除以上述对象流体的上述排出压力的单位量的蒸发潜热得到的值，上述压缩机的有效输出能量从驱动上述压缩机的电动机的输出算出。

根据该构成，容易计算出应导入到压缩机的作用空间或上述压缩机的吸入侧的液相的对象流体的量，且控制简单。由于对象流体的显热负荷比潜热负荷小，所以与使排出为湿蒸气所需的液量之间的误差也不大。另外，由于忽略显热负荷，所以导入量被算多，这是为了保持排出为湿蒸气的安全面的误差。

另外，在本发明的蒸气压缩装置中，上述液体导入机构具有：将由上述脱水器分离的液相的上述对象流体导入到上述作用空间或上述压缩机的吸入侧的机构；以及将不足的液相的上述对象流体从外部的流体供给源导入的机构。

根据该构成，由于由脱水器分离的液相的对象流体的温度是排出压力的饱和蒸气温度，所以不需要在压缩机内用于使温度上升的能量，排出的蒸气的增量效果高。

另外，在本发明的蒸气压缩装置中，上述液体导入机构可以具有能切断上述对象流体从上述流体供给源的供给的供给阀、和检测由上述脱水器分离的液体的流量的流量检测器，当上述流量检测器的检测流量成为上述压缩机排出的对象流体为饱和蒸气所需的供给量以上的既定的下限流量时，打开上述供给阀，当上述流量检测器的检测流量成为大于上述下限流量的既定的上限流量时，关闭上述供给阀。

根据该构成，当由脱水器分离的液相的对象流体的流量足够排出湿蒸气时，便不从其他供给源导入液体。由于能够比较准确地测定由脱水器分离的液体的流量，所以容易使压缩机的排出始终维持为湿蒸气。

根据本发明，由于将液相的对象流体导入到作用空间或压缩机的吸入侧以使压缩机的排出为湿蒸气，所以借助压缩机的输出中的将供给的蒸气压缩至既定压力之后剩余的能量，生成新的蒸气，所以能有效地利用能量，压缩机的温度不会过度地上升。

附图说明

图1是具有本发明的第1实施方式的蒸气压缩装置的机器的构成图。

图2是具有本发明的第2实施方式的蒸气压缩装置的机器的构成图。

图3是具有本发明的第3实施方式的蒸气压缩装置的机器的构成图。

图4是具有本发明的第4实施方式的蒸气压缩装置的机器的构成图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1表示包含本发明的第1实施方式的蒸气压缩装置1的制造机器的构成。

蒸气压缩装置1是如下一种机器：从锅炉2将既定供给压力Ph(例如0.8MPaG)的蒸气(气相的对象流体)经由主配管4供给至需要设备(制造设备)3，其中，将吸入温度Ts(例如110℃)、质量流量Gc(例如1000kg/h)的低压蒸气吸入到螺杆压缩机7的作用空间(即，在相互啮合的内外一对的螺杆转子和收纳该螺杆转子的壳体之间形成的空间。该空间不与螺杆压缩机7的吸入部和排出口直接连通)，且升压至与供给压力Ph相等的排出压力Pd而排出，并经由排出配管8回流至主配管4，所述低压蒸气是利用闪蒸箱6将需要设备3的由疏水阀5分离的高温水减压至接近大气压的吸入压力Ps(例如0.6MPaG)而得到的，从而减少锅炉2产生的蒸气量，并减少锅炉2消耗的燃料。

此外，在主配管4上设置有用于检测供给压力Ph的压力检测机构和用于检测该供给压力Ph的蒸气的温度Th的温度检测机构，另外，在排出配管8上设置有用于检测排出压力Pd的压力检测机构和用于检测后述的排出温度Td的温度检测机构。通过各压力检测机构检测，与供给压力Ph、排出压力Pd相当的信号被输入到未图示的控制机构中。然后，该控制机构对驱动螺杆压缩机7的电动机14的转速进行适当的调节，以使排出压力Pd等于供给压力Ph。

在蒸气压缩装置1中，在排出配管8上设置有脱水器9，该脱水器9从螺杆压缩机7所排出的蒸气中将水(液相部分)分离，被分离的水(液相的对象流体)经由减压用的节流孔10和流量计11导入到螺杆压缩机7的作用空间。另外，利用闪蒸箱6与低压蒸气分离的大气压100℃的温水(外部的流体供给源)也被泵12经由供给阀13导入到螺杆压缩机7的作用空间(液体导入机构)。此外，由脱水器9分离的水和由闪蒸箱6分离的温水导入到螺杆压缩机7的作用空间的导入口被设置在该螺杆压缩机7的吸入部的附近(大致与吸入压力Ps同等压力的位置)。

在流量计11检测到的回流流量Gr成为既定的下限流量Grmin以下时，供给阀13开放，该回流流量Gr为螺杆压缩机7的从排出配管8回流至作用空间的水的质量流量。当供给阀13开放时，温水以补充流量Ge从闪蒸箱6供给至螺杆压缩机7的作用空间。另外，在回流流量Gr为既定的上限流量Grmax以上时，供给阀13关闭。

下限流量Grmin被设定为使螺杆压缩机7的排出继续成为湿蒸气的值。即，下限流量Grmin设定为，与螺杆压缩机7的电动机14的输出Nc(例如160kw)乘以螺杆压缩机7的机械效率η(例如95％)得出的有效输出能量(Nc·η)、和用于将吸入蒸气多变压缩至排出压力Pd的能量的差值相比，流量Gr的高温水全部气化为排出压力Pd的水蒸气所需的热能足够大，即，使得作为有效输出能量中的剩余水的蒸发潜热消耗并且液相的水仍有剩余。

另一方面，上限流量Grmax只要以在控制上能够获得稳定的程度选择比下限流量Grmin大的值即可。经由供给阀13供给的补充流量Gp不能多到使螺杆压缩机7为液压缩状态的程度。宏观上来看，只要系统内存在能够维持回流流量Gr的水量，回流流量Gr就维持为下限流量Grmin和上限流量Grmax之间的恒定的流量，所以从排出配管8导入到主配管4中的蒸气的流量为吸气流量Gc加上气化流量Ge的平均值得到的流量。此外，气化流量Ge是从螺杆压缩机7的吸气开始在压缩行程中产生的气化蒸气的流量。

简单来说，能够基于电动机14单位时间的有效输出Nc·η(例如152kw×3600＝547200J/h)除以排出压力Pd的蒸发潜热(例如2030kJ/kg)得到的理论气化流量Gi(例如270kg/h)，来确定下限流量Grmin。例如，下限流量Grmin为理论气化流量Gi的1.1倍左右即可。并且上限流量Grmax为理论气化流量Gi的1.5倍左右即可。此外，理论气化流量Gi如下式所示。

Gi＝3600×Nc·η/rd(单位kg/h)

rd：排出压力Pd的气化潜热(单位kJ/kg)

这样，通过确保理论气化流量Gi以上的回流流量Gr，使得螺杆压缩机7无法将导入到作用空间内的水全部蒸发，排出的蒸气在排出到排出配管8的瞬间为排出压力Pd的饱和蒸气温度的湿蒸气。因此，施加到导入螺杆压缩机7内的水蒸气和水上的热能不会使排出蒸气和螺杆压缩机7自身超过排出压力Pd的饱和蒸气温度而过度地上升，能量损失小，还能够防止螺杆压缩机7因热而变形等问题发生。

另外，在本实施方式中，能供给至主配管4的蒸气量比能从需要设备3回收的蒸气量多出气化流量Ge的平均值。由于存在用于使经由供给阀13供给的水升温的显热负荷，所以实际的气化流量Ge的平均值小于理论气化流量Gi，但即便如此，蒸气压缩装置1也能够对吸入的低压蒸气进行加压，并且能够最多增量20％左右而排出。

此外，当回流流量Gr的循环水被导入作用空间时，从加压至排出压力Pd的状态向大致吸入压力Ps的状态减压。因此，循环水的焓降低。另外，焓的差(排出压力Pd下的饱和温度水所具有的焓和吸入压力Ps下的饱和温度水所具有的焓的差)乘以回流流量Gr得到热量Q1，该热量Q1除以吸入压力Ps状态的蒸气的气化潜热rs得到的蒸气量Ge1的蒸气作为所谓的“闪蒸气”而产生。另外，被吸入到螺杆压缩机7的作用空间内的质量流量Gc的蒸气、蒸气量Ge1的“闪蒸气”以及作用空间的水量(Gr-Ge1)的水汇合而流入到作用空间。蒸气(Gc+Ge1)被压缩，接受Nc·η的热量。该热量Nc·η的一部分的热量Q1作为显热的上升量被吸收到作用空间的水量(Gr-Ge1)的水中。在存在不能被完全吸收的热量Q2时，利用该热量Q2进而产生气化蒸气Ge2。这样，被排出的蒸气量为Gc+Ge1+Ge2。

Nc/η＝Q1+Q2

Q1＝Gr×(hd-hs)

Ge1＝Q1/rs

Ge2＝Q2/rd

Ge＝Ge1+Ge2

hd：排出压力Pd下的饱和温度水所具有的焓(单位kJ/kg)

hs：吸入压力Ps下的饱和温度水所具有的焓(单位kJ/kg)

另外，在本实施方式中，基于电动机14的输出和回流流量Gr来控制供给阀13，由于电动机14的消耗电力和液相的水的流量的测定精度高，所以控制可靠。

另外，在本实施方式的蒸气压缩装置1中，通过使供给阀13采用开度可调节的控制阀，使得如果始终经由供给阀13从闪蒸箱6供给水，则即使循环流量Gr小于补充流量Gp的平均值或理论流量Gi，喷射到作用空间的水的总量只要大于理论气化流量Gi，就能使螺杆压缩机7的排出蒸气维持为湿蒸气。

另外，在本实施方式的蒸气压缩装置1中，可以不根据流量计11，而是对应于排出配管8的排出温度Td对供给阀13进行控制。当供给至螺杆压缩机7的作用空间的水的量过少时，螺杆压缩机7的排出蒸气会变为干蒸气，通过螺杆压缩机7提供的能量，会加热到比排出压力Pd的饱和蒸发温度高的温度。因此，可以在排出配管8中检测螺杆压缩机7排出的蒸气的温度，在蒸气温度达到既定的设定温度时，判断为蒸气变为干蒸气(加热蒸气)，例如使供给阀13以使回流流量Gr变得足够大的既定时间开放。

进而，在图2中表示包含不同于上述蒸气压缩装置1的第2实施方式的蒸气压缩装置1a的制造机器的构成。

蒸气压缩装置1a具有与上述蒸气压缩装置1大致相同的构成。但是，在蒸气压缩装置1中构成为，将由脱水器9分离的水经由节流孔10和流量计11导入到螺杆压缩机7的作用空间，另外将利用闪蒸箱6与低压蒸气分离的温水经由泵12和供给阀13导入到螺杆压缩机7的作用空间。与之相对，在蒸气压缩装置1a中构成为，将由脱水器9分离的水和利用闪蒸箱6与低压蒸气分离的温水分别导入到螺杆压缩机7的吸入部。

回流流量Gr的循环水可以不导入到螺杆压缩机7的作用空间，而是如本实施方式的蒸气压缩装置1a那样，导入到螺杆压缩机7的吸入部。

另外，在图3中表示具有本发明的第3实施方式的蒸气压缩装置1b的制造机器的构成。在本实施方式的蒸气压缩装置1b中，由脱水器9分离的液相的水作为回流流量Gr的循环水导入到螺杆压缩机7的作用空间，利用闪蒸箱6与低压蒸气分离的补充流量Gp的温水导入到螺杆压缩机7的吸入部。

更详细地进行说明，循环水供给至螺杆压缩机7的作用空间的中段部分和排出口附近的位置。由于供给目的地的压力不同，所以为了使各自的水量最佳化，而在与各自的作用空间连接的支路上分别设置节流孔10。

此外，当由闪蒸箱6分离的补充流量Gp的温水由于配管的热损失而变得比由闪蒸箱6分离的低压蒸气低温时，会在螺杆压缩机7的吸入部使低压蒸气冷凝，因此在该情况下优选的是，将由闪蒸箱6分离的补充流量Gp的温水与由脱水器9分离的高温循环水的一部分混合并供给至螺杆压缩机7。

此外，也可以如图4所示的第4实施方式的蒸气压缩装置1c那样，将由脱水器9分离的液相的水作为回流流量Gr的循环水导入到螺杆压缩机7的中段和后段的作用空间，将利用闪蒸箱6与低压蒸气分离的补充流量Gp的温水导入到吸入部附近的低压的作用空间。

另外，关于上述的蒸气压缩装置1、1a、1b、1c，说明了对驱动螺杆压缩机7的电动机14的转速进行适当调节控制以使排出压力Pd与供给压力Ph相等。但是，在来自锅炉2的蒸气供给量大、无论蒸气压缩装置1的运转状态如何都保持主配管的供给压力Ph甚至螺杆压缩机7的排出压力Pd恒定的机器中，可以对螺杆压缩机7的转速进行控制以使吸入压力Ps即闪蒸箱6的压力保持恒定。

上述实施方式对压缩水蒸气的蒸气压缩装置1、1a、1b、1c进行了说明，但本发明还能够应用于天然气的压缩装置等压缩其它种类的对象流体的蒸气的蒸气压缩装置。

Claims

1.一种蒸气压缩装置，其特征在于，包括：

螺杆压缩机，对吸入到作用空间中的作为气相的对象流体的蒸气进行压缩，并排出到既定排出压力的排出配管中；

液体导入机构，将液相的上述对象流体导入到上述压缩机的上述作用空间或上述压缩机的吸入侧；和

脱水器，设置在上述排出配管上，从由上述压缩机排出的上述对象流体中分离出液相部分，

在此，上述液体导入机构导入对于下述情况而言足够量的上述液相的对象流体：即，将以下热能作为用于使上述液相的对象流体气化的蒸发潜热而消耗，所述热能是上述压缩机给予上述对象流体的能量中的、上述压缩机所吸入的上述气相的对象流体为了升压至上述排出压力而消耗了能量之后剩余的热能，并且使上述对象流体从上述压缩机以一部分为液相的湿蒸气的状态排出。

2.如权利要求1所述的蒸气压缩装置，其特征在于，上述液体导入机构导入与以下值相比多量的液相的上述对象流体，该值是上述压缩机的有效输出能量除以上述对象流体的上述排出压力的单位量的蒸发潜热得到的值，上述压缩机的有效输出能量从驱动上述压缩机的电动机的输出算出。

3.如权利要求1或2所述的蒸气压缩装置，其特征在于，上述液体导入机构具有：将由上述脱水器分离的液相的上述对象流体导入到上述作用空间或上述压缩机的吸入侧的机构；以及将不足的液相的上述对象流体从外部的流体供给源导入的机构。

4.如权利要求3所述的蒸气压缩装置，其特征在于，上述液体导入机构具有能切断上述对象流体从上述流体供给源的供给的供给阀、和检测由上述脱水器分离的液体的流量的流量检测器，当上述流量检测器的检测流量成为上述压缩机排出的对象流体为饱和蒸气所需的供给量以上的既定的下限流量时，打开上述供给阀，当上述流量检测器的检测流量成为大于上述下限流量的既定的上限流量时，关闭上述供给阀。