CN102575531A

CN102575531A - 用于生成高压蒸汽的方法和系统

Info

Publication number: CN102575531A
Application number: CN2010800457604A
Authority: CN
Inventors: 贝努瓦·詹维尔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2012-07-11
Also published as: IN2012DN02076A; US20120151924A1; WO2011022810A1; EP2470754A1; CA2771812A1

Abstract

一种从低压低能量蒸汽生成高压蒸汽的方法和系统，其包括提供低压蒸汽源；将所述源分成至少两股流。第一股流驱动与蒸汽发生器的蒸汽压缩机联接的涡轮机/膨胀机。由低压蒸汽源的第二股流供给蒸汽压缩机，并且第一股流的质量流率足以使第二股流的压力升高至期望压力。在稳态操作情况下，第一股流和第二股流分别作为蒸汽压缩机的驱动力和生成高压蒸汽的蒸汽压缩机的入口供应。在另一实施例中，蒸汽驱动发生器包括热压缩机并且可以包括有机热流体朗肯循环。

Description

用于生成高压蒸汽的方法和系统

技术领域

本发明涉及高压蒸汽的生成。

背景技术

当今的过程工业一直被要求成本效率和能源效率更高，并且许多过程工业越来越关注节约能源。能源的节约通常使得工厂设备更环保、成本效率更高。

一些工业运行能量密集型过程或放热型过程，这些过程在稳态操作情况期间产生大量低等级蒸汽。产生的这种低等级低压蒸汽用来进行低价值作业(诸如但不限于使冷水流变暧之类)，但通常被排放到大气中或被冷凝。然而，同样在这些工厂设备中，一些高温过程仍然需要通过专用高压蒸汽锅炉产生250psig以上的高压蒸汽。在过去，人们把低压蒸汽和低能量价值等同起来。

过去都使用低压蒸汽的电力蒸气再压缩以便从低压蒸汽源生成高压蒸汽。

发明内容

本发明涉及这样的方法和系统，其通过压缩低压蒸汽使低压蒸汽源产生高压蒸汽，并且在稳态情况下操作时基本无需任何电输入或其它外部能源。低压蒸汽源作为高压蒸汽源以及生成高压蒸汽的能量驱动器。本发明使用了来自曾被看作价值甚微的低压蒸汽源的低能量。

因此，在本发明的一个方面，提供了一种从低压蒸汽源生成具有期望流率和期望压力的高压蒸汽的方法，所述方法包括：提供所述低压蒸汽源，将所述低压蒸汽源分成至少第一股流和第二股流；联接所述第一股流以驱动膨胀机/涡轮机，所述膨胀机/涡轮机与蒸汽发生器的蒸汽压缩机连接并驱动该蒸汽压缩机，和将所述第二股流供给所述蒸汽压缩机，其中，所述蒸汽压缩机生成高压蒸汽，其中，所述第一股流具有一质量流率，该质量流率足以产生用来使所述第二股流的压力升高至期望压力的能量，并且其中，在所述蒸汽发生器的稳态操作情况下，所述低压蒸汽源用作生成所述高压蒸汽的驱动力和蒸汽输入。

因此，在本发明的另一方面，提供了一种用于生成高压蒸汽的系统，包括低压蒸汽源，该低压蒸汽源被分成至少第一股流和第二股流；和蒸汽发生器，该蒸汽发生器包括涡轮机/膨胀机，和由该涡轮机/膨胀机驱动的蒸汽压缩机，其中，所述第一股流与驱动压缩机的涡轮机/膨胀机联接，而所述第二股流是压缩机的输入，并且其中，所述第一股流具有第一质量流率，而所述第二股流具有第二质量流率，其中所述第一质量流率足以使所述第二质量流率的蒸汽压力升高至所述高压蒸汽的蒸汽压力。

附图说明

现在将参见以示例方式示出的本发明特定实施例的附图，其中：

图1是由高压锅炉产生的高压蒸汽生成系统的过程流程图(现有技术)；

图2是至少部分地通过用电力驱动压缩机进行低压蒸气再压缩来产生的高压蒸汽生成系统的过程流程图(现有技术)；

图3是根据本发明一个实施例的高压蒸汽生成系统的过程流程图；

图4是根据本发明另一个实施例的高压蒸汽生成系统的过程流程图；

图5是根据本发明又一实施例的包括有机朗肯循环(organicRankine Cycle)的高压蒸汽生成系统的过程流程图；和

图6是图5所示有机朗肯循环的温度对比熵的示意图。

具体实施方式

现参照附图，图1示出了在现有的过程工厂设备中发现的现有技术系统，其产生出至少250psig的高压蒸汽。缩写词″psig″定义为：磅/平方英寸(表压力)。本领域技术人员应当理解，将″psig″中的压力值加14.7psi可以使″psig″转换为″psia″——磅/平方英寸(绝对压力)。

高压蒸汽系统1包括多个构件，例如至少一个高压锅炉50。锅炉50通过至少一个高压供给线路或管道52与高压集管60连接。高压蒸汽集管60通过由72表示的一个或多个蒸汽线路或管道与工厂设备中的过程单元或用户70连接。尽管线路72仅表示出了一个管道，但是应当理解，它还可以表示出许多个可能的供给管道，每个供给管道将高压蒸汽输送给工厂设备中的各个用户70。

图1所示流程图包括低压蒸汽系统5，其包括通过至少一个过程线路或管道12与低压蒸汽集管20连接的低压蒸汽发生器10。可以想到任何类型的低压蒸汽发生器10，包括但不限于在此引入作为参考的PCT/CA2007/00874中所描述的快速蒸汽发生器。由32表示的管道将低压蒸汽输送至过程工厂设备中的各个过程用户30。在现有技术的过程工厂设备中，还有许多个低压蒸汽排放管道42，用来在许多个排放口40中的任意一个排放口或者蒸汽冷凝器处排出低压蒸汽。尽管这些排放口40被示为从低压集管20直接引出，但是它们在使用之后还会在各个过程用户30中的任一用户的下游。排放口还被理解为散热器。虽然图1没有显示，但是排放管道42可以包括诸如压力调节阀或凝汽阀之类的压力调节装置。

在一些过程工厂设备中，低压蒸汽用户30的蒸汽需求量小于低压蒸汽产生器10的产生量。此外，来自集管60(或其它用户70)的高压蒸汽会借助压力调节阀80来使其压力逐步降低。这样，低压蒸汽在较高的温度下提供给系统5。

图2显示了本领域已知的进一步发展，其包括电力蒸气/蒸汽再压缩。图2所示高压蒸汽系统101可以进一步包括高压蒸汽锅炉150，该锅炉通过一个或多个高压蒸汽线路或管道152与高压集管160连接。高压蒸汽过程用户170通过一个或多个高压蒸汽管道172与高压蒸汽集管160连接。

图2所示低压蒸汽系统105包括低压蒸汽发生器110，其通过一个或多个低压蒸汽管道112与低压蒸汽集管120连接。还有各个低压蒸汽过程用户130和排放口140，它们分别通过管道132和管道142与低压蒸汽集管120连接。

图2所示系统还可以包括蒸汽减压阀180，该减压阀降低高压蒸汽的压力以产生低压蒸汽。

图2所示蒸汽系统还包括通过电动机191操作的压缩机190。低压蒸汽经入口管道192供给压缩机190。压缩机190使蒸汽压力从集管120的低压增大至蒸汽集管160的高压。压缩机将使蒸汽的温度升高，而且必须通过添加冷却水198来控制线路193中的过热量。如果添加了冷却水198，则冷却水198的流率为使得离开压缩机190的蒸汽在出口193中的温度降低至高压蒸汽集管160的温度。在压缩机190的出口处典型地以细雾或喷雾的形式可选地添加冷却水198。蒸汽压缩机190还可以是多级压缩机，其中在各压缩级之间发生以热交换或直接水喷雾添加形式的蒸汽冷却。调节水198的添加以便在高压蒸汽系统101中获得期望的过热程度。

应当注意，在图1、图2、图3和图4中相似或相当的构件的附图标记均具有相同的后两位数字，但分别在图2、图3和图4中，附图标记包括开头的第一个数字前缀1XX、2XX和3XX，即，图2和图4中的高压蒸汽集管分别用160和360表示。

图3示意性地显示了根据本发明一个实施例的生成高压蒸汽的系统。该系统包括在图1和图2中出现的特征。具体而言，有高压蒸汽系统201，该高压蒸汽系统可以包括高压锅炉250，其带有通入高压蒸汽集管260的至少一个出口线路或管道252。有高压蒸汽过程用户270，经高压蒸汽线路272供给这些高压蒸汽过程用户。高压蒸汽被理解为：至少35psig，并且更优选地为至少400psig。虽然示出了高压蒸汽锅炉250，但是对过程而言它是可选的。

低压蒸汽系统205包括低压蒸汽发生器或源210，其可以是任何类型的锅炉，并且在优选实施例中其为在此引入作为参考的PCT/CA2007/00874描述的快速蒸汽发生器。低压蒸汽为至少15psig，并且更优选地为至少120psig。低压蒸汽源210可以具有在各种压力下的低压蒸汽。

低压蒸汽从低压蒸汽锅炉210经传输线路或管道212输送至低压集管220。该系统包括分别由管道232和管道242供给的许多个不同用户230和各个出口240。还可以存在借助压力调节阀180来从高压蒸汽产生低压蒸汽的系统。

图3所示系统通过蒸汽驱动发生器297来更高效地使用低压蒸汽源210。高压蒸汽发生器297包括蒸汽涡轮机291，蒸汽涡轮机与蒸汽压缩机290联接并驱动该蒸汽压缩机。本领域技术人员应当理解，涡轮机可以由产生基本上相同结果的膨胀机来代替。在稳态操作情况下，被理解为具有低能量的低压蒸汽源210用作蒸汽涡轮机291的原动力，并因此是主要的、可能唯一的能量产生器。稳态操作情况被认为是在常规操作期间的操作情况，并且不包括起动和关断操作。

应当理解，低压蒸汽源210可以是一个低压源或多个相似的低压源，这些低压源具有可以汇入集管220或储罐中的可能不同的压力。理想地，低压蒸汽源210分成至少两股流292和294。第一股流294与蒸汽涡轮机/膨胀机291联接并作为用来推动该蒸汽涡轮机/膨胀机的驱动力。第二股低压蒸汽流292为供给输入，该供给输入将去产生在期望压力下的高压蒸汽，并且被供给至蒸汽压缩机290的入口。

蒸汽涡轮机291被设计成将通常是来自管道292的入口流率的至少一半的来自管道294的入口蒸汽流率引入蒸汽压缩机290。经过蒸汽涡轮机291的质量流率是经过蒸汽压缩机290的质量流率的至少0.5倍。优选地，经过蒸汽涡轮机291的质量流率是经过蒸汽压缩机290的质量流率的至少0.75倍。最优选地，经过蒸汽涡轮机291的质量流率是经过蒸汽压缩机290的质量流率的至少1.0倍。图3所示系统和方法利用了低压蒸汽的压力以及低压蒸汽源210的质量流率来移动与蒸汽压缩机290联接的蒸汽涡轮机291。

应当注意到，由于内部蒸汽减压和相对高的内部蒸汽流率，蒸汽涡轮机291典型地是比蒸汽压缩机290大的单元。压缩机290会使出口蒸汽293过热，并要求添加冷却水298。如果添加了冷却水298，则所添加的冷却水具有让离开压缩机290的蒸汽在出口293中的温度降低至高压蒸汽集管260的温度的流率。在压缩机290的出口处添加冷却水298是可选的，并且典型地以细雾的形式来添加冷却水。蒸汽压缩机290可以是多级压缩机，其中冷却水298可以以细雾的形式在多个压缩级之间添加。这种设置降低了在压缩机290的第一级之后的温度，并且通过使要用于压缩机290的高温合金材料最少化来帮助降低成本。在优选实施例中，蒸汽压缩机290是多级蒸汽压缩机，并且更优选地为两级蒸汽压缩机。

在流向蒸汽涡轮机291的入口低压流294具有20klbs/hr的质量流率和200psia的入口压力(其在涡轮机内允许降低至15psia)的情况下，850BTU/sec被输送。在这些情况下，蒸汽压缩机290能够产生具有各种流率和各种压力的高压蒸汽流298。三种可能的场景在以下表1中示出。

表1

对于具有20klbs/hr、在入口处为200psia而在涡轮机出口处降至15psia的蒸汽涡轮机而言，能够想到下列高压蒸汽场景：

图5包括有机朗肯循环系统500，其同样利用低压蒸汽的价值和数量来产生高压蒸汽。

有机朗肯循环基于的原理是使用沸点温度比水低的热流体。这些热流体包括：致冷剂、烃、有机流体、氨水混合物。没有直接地使用蒸汽的热能，而是蒸汽被用来使热流体沸腾(并且可选地使其过热)。热流体在高压和高气体密度(比用作能量蒸汽的蒸汽更高的压力)下操作。

图5所示有机朗肯循环(ORC)系统500用一闭环系统代替图3所示蒸汽涡轮机，在所述闭环系统中，热流体从液体变成蒸气，再变回去。ORC具有非常低的能量功率转换效率，因而除了地热应用之外很少考虑。与具有+50％的效率的现代发电厂设备相比，其效率典型地低于15％。然而，此处的目标不是有效地回收能量，而是提取出要使低值蒸汽与高值蒸汽联系的少量能量。

系统500包括之前披露的各种元件，具体而言，有高压蒸汽系统401，该高压蒸汽系统可以包括高压锅炉450，该高压锅炉具有引入到高压蒸汽集管460中的至少一条出口线路或管道452。有高压蒸汽过程用户470，经高压蒸汽线路472供给这些高压蒸汽过程用户。高压蒸汽被理解为至少35psig，并且更优选地为至少400psig。虽然图中示出了高压蒸汽锅炉450，但是应理解，对过程而言该高压蒸汽锅炉是可选的。低压蒸汽系统405包括低压蒸汽发生器或低压蒸汽源410(可以是任何类型的锅炉)，以及通向低压蒸汽集管420的至少一条线路412。系统500还将典型地包括经由线路432的低压用户430，以及低压排放口440和线路442。系统还可以包括在高压集管460和低压集管420之间的控制阀480，该控制阀能够用来调节在两个集管中的蒸汽量。

图5包括有机朗肯循环(ORC)500，其包括驱动蒸汽压缩机490的热流体回路。在图5中，高压发生器497包括蒸汽压缩机490，该蒸汽压缩机与用热流体进行操作的涡轮机(或膨胀机)491机械地连接。如在之前实施例中那样地，压缩机将低压蒸汽转换为高压蒸汽，并且可以是两级蒸汽压缩机。

在涡轮机491的出口处有气化的热流体流502。流502可以在热交换器510中可选地冷却，在该热交换器中冷却介质505经流504进入热交换器并且经流506离开。冷却介质505可以是水但也可以是其它可替换物，它将被进一步讨论。

在进入冷凝器520之前，热流体经流512离开热交换器。如其名称所暗示地，冷凝器520接受来自热交换器510的较凉的蒸气并且将其冷凝成液态。冷凝器可以为任何类型，并且在气体作为冷却介质的情况下可以使用风扇冷凝器。冷凝器冷却流体526可以是任何适当的流体并且一般是水。冷凝器冷却液体经线路527进入冷凝器并且经线路528离开。

冷却后的热流体流522从冷凝器520的出口被输送至热液体循环泵530的入口。泵530产生足够的压力使热液体通过ORC系统500循环进行循环。

在泵530的出口532处，液体被可选地输送至预热器540。可以通过各种方式来加热液体。在一个备选方案中有预热器540，该预热器用来自蒸发器550的冷凝物流552在蒸发之前加热流532。在这种情况下，加热可以用来自蒸发器的蒸汽冷凝物552来完成。其它加热选项包括其它热源，诸如经线路544的535之类，其它热源可以是不同的蒸汽源或者可能是第二传热流体。在优选实施例中，单元510和单元540被组合成单个热交换器，其中，冷却流505被流532取代。因此，组合后的热交换器510/540不需要冷凝物552来预热冷凝后的热流体。

预热后的热流542进入蒸发器550，在蒸发器550中使用来自低压蒸汽集管420的低压蒸汽线路494以便将热流体加热成蒸气，并且该流可以用控制阀或手控阀499来控制。

这里，当蒸发器550的出口501处的气化的热流体进入涡轮机/膨胀机491的入口时，ORC再一次开始。因此，流494与涡轮机491联接以驱动压缩机490。应当理解，还可以使用压力低于蒸汽集管420的蒸汽。

可以以各种方式进行对图5所示ORC的控制。一种方法是将变化数量的有机蒸气501通入涡轮机/膨胀机491来控制有机侧蒸发器550的压力，从而增强给压缩机490的动力。这可以用PIC(压力积分控制器)或压力阀和增强的热传递来完成。使用液位控制阀538来控制蒸发器550中的有机液位。蒸发器550中的蒸汽压力将指定蒸发器550中的内部蒸汽温度，当需要更多能量时，蒸发器的蒸汽侧将被设置在更高的压力下。出口蒸汽冷凝阀558将打开以控制蒸发器中的液位。该阀将被调节以确保蒸发器在其吸热能力范围之内，其中从蒸发器到预热器的水应当足够凉以确保在预热器540中不发生蒸发。优选的操作要求大部分的热流体将在减压时干燥，并且涡轮机491能够在入口501处具有处于饱和状态的流体而在后端502中没有冷凝。

对ORC的第二种控制策略为，通过将或多或少的有机蒸气通向涡轮机491来控制有机侧蒸发器550的压力，从而再一次增加给压缩机490的动力。用液位控制阀538来控制蒸发器550中的有机液位。蒸发器550中的蒸汽压力将指定蒸发器中的内部蒸汽温度，当需要更多能量时，蒸汽侧蒸发器将处于更高的压力下。出口蒸汽冷凝阀548将打开以控制蒸发器中的液位。该阀548将关闭以确保蒸发器550在其吸热能力范围之内。从蒸发器550到预热器540的水流552应当足够凉以确保在预热器540中不发生蒸发。

图6是致冷剂R245fa的有机朗肯循环的温度对比熵的示意图，其中：在点a和点b之间，有机流体在可选的预热器540中或者在锅炉410中被加热；在点c至点d之间，热流体沸腾并且从饱和液体变成饱和蒸气；在点d至点e之间，蒸气过热；在点e至点f之间，有通过涡轮机491或膨胀机的减压；在点f至点i之间，离开膨胀机/涡轮机491的气体被冷却和冷凝，并且冷却的一部分能够被用来加热点a和点b之间的循环。

在将热交换器510与540组合的可选情形中，从流522引导ORC的流动，有在15bars受压的、具有246BTU/lb的过冷有机液(泵530出口)；流532在组合的510/540热交换器中加热，并且流542从该组合的热交换器离开；有在15bars受压的、具有354BTU/lb的饱和有机液(在进入蒸发器之前)-无论有或者无预热器510/540，在蒸发器540中发生加热和沸腾。在点e处，流体过热。过热是可选的设置，并且循环可以从点d处以500BTU/lb运行至有机涡轮机入口501。在点f处，表示在涡轮机(膨胀机)出口502至可选的热交换器510/540的、具有469.8BTU/lb的过热器有机流体。点i表示在冷凝器出口522至泵入口的、具有249BTU/lb的饱和流体。以上循环具有以下技术属性：高压流体在15.5bars，低压流体在2bars；蒸气发生器中的有机流体的入口热焓为246BTU/lb；离开发生器的过热气体的出口热焓为500.68BTU/lb；和从膨胀机出来的过热流体的出口热焓为469BTU/lb。有或没有可选热交换器510/540的图6所示循环为12％。

图1、图2、图3和图4所示的方法和蒸汽生成系统在下列描述和实例中进行比较。

现有精炼厂-图1

现有精炼厂具有如图1所示的高压和低压蒸汽系统。低压蒸汽源10(为热回收蒸汽发生器)具有在120psig(klbs＝1000lbs)压力下为160klbs/hr的质量流率，其中，所有低压蒸汽用户30的消耗量总计100klbs/hr。余下的产生的60klbs/hr在过程中在40处被完全排放，或者会用来加热图1的低温度流。应当注意，在该精炼厂中，高压蒸汽一般不用来产生低压蒸汽，因此，压力调节阀80关闭。

对于用户70而言，要求精炼厂的高压蒸汽具有在900psig压力下为20klbs/hr的质量流率。高压锅炉50通过产生在900psig下为20klbs/hr的蒸汽来满足需求。经锅炉50产生900psig的蒸汽的操作成本为大约10US$/klbs。

图1所示精炼厂中的高压蒸汽锅炉的估计年度操作成本大约为：

20klbs/hr×10US$/klbs×24hr/day(小时/天)×300days/yr(天/年)＝1440000US$。

实例1-电力蒸汽再压缩

如果我们现在考虑将图2所示电力压缩机190放入在如上描述的精炼厂中，那么可以供给电力驱动压缩机190至少14.9klbs/hr的低压蒸汽。压缩机190将低压蒸汽源的温度和压力增大到所需的900psig。图2所示过程还使用5.1klbs/hr的冷却水198，其在压缩机190的出口处添加到流193中。在140处排放的低压蒸汽量从在图1中40处排放的60klbs/hr减至45.1klbs/hr。所用电动压缩机190是两级压缩机。因此，用14.9klbs/hr的蒸汽和5.1klbs/hr的附加冷却水198的组合流量，能够产生总共900psig的、20klbs/hr的蒸汽以满足工厂设备的总高压需求。

电动压缩机190的操作成本是：

939BTU/sec×3600s/hr(秒/小时)×24hr/day×300d/yr＝24310MMBTU/year(百万英热单位/年)×293kWh/MMBTU(千瓦时/百万英热单位)×0.05US$/kWh(美元/千瓦时)＝约356000US$/yr(美元/年)。

上述计算式中使用的值939BTU/sec表示需要从电机191获得的、用来将14.9klbs/hr的蒸汽从120psig压缩到900psig的理想能量流。

与图1所示高压蒸汽锅炉相比，图2所示的系统为精炼厂节省了多达1080000$US/yr。

实例2-用于产生900psig高压蒸汽的低压蒸汽驱动的发生器

本实例提出将蒸汽驱动发生器297放入如上描述的精炼厂中。图3所示过程比起以上图1和图2中的系统而言使用了更多的剩余低压蒸汽(即60klbs/hr)。在此，所提供的低压低能量蒸汽源210的一部分被分成供给高压蒸汽驱动发生器297的两股流。具有25.9klbs/hr的低压蒸汽的第一股流294经线路294送去转动蒸汽涡轮机291。来自低压蒸汽源210的第二股流292经线路292供给蒸汽压缩机290。蒸汽涡轮机291与蒸汽压缩机290联接，并且将14.9klbs/hr的低压蒸汽压缩为900psig的高压低能量蒸汽。

该过程包括在蒸汽压缩之后添加5.1klbs/hr的冷却水298以将线路293中的蒸汽温度降低到集管260中的温度。因此，图3所示过程将所排放的低压蒸汽240的量减少至只有19.2klbs/hr，所排放的蒸汽质量流率与电动蒸汽压缩机的实例1相比减少了25.9klbs/hr。包括作为原动机的低压低能量蒸汽涡轮机291的蒸汽驱动发生器297的引入使得高压蒸汽的年度操作费用降低至近乎零，并且与描述电力蒸气/蒸汽压缩的实例1相比进一步节省了356000$US/year。

应当理解，在稳态操作情况下，低压蒸汽源210作为蒸汽压缩机290的唯一或主要(大于50％)驱动器或原动力。然而，应当理解，在启动情况下或当蒸汽不足时，可以用诸如电动机(未显示)之类的另一原动机来部分地或全部地驱动蒸汽驱动发生器297。

实例3-用于产生85psia高压蒸汽的低压蒸汽驱动发生器

实例3描述了在具有不同过程要求和情况的第二过程工厂设备中的、以上描述的图3中的蒸汽驱动发生器297。实例3示出了能够用本发明的方法来使用的过程情况的范围。

实例3中的第二过程工厂设备具有在集管260中为85psia的高压蒸汽。对于第二过程工厂设备而言，高压蒸汽用户270具有9.0klbs/hr的蒸汽流量需求。

低压蒸汽源210产生一些在45psia的压力下为86.2klbs/hr的蒸汽。过程用户230需要50klbs/hr的低压蒸汽。过程用户270需要9klbs/hr的高压蒸汽。在没有高压蒸汽驱动发生器297的情况下，高压锅炉250会提供9klbs/hr的蒸汽给用户270。

对于余下的低压蒸汽，低压蒸汽源210再次从集管220被分成供给高压蒸汽驱动发生器297的两股流。线路294中的具有质量流率为9.3klbs/hr的低压蒸汽的第一股流使蒸汽涡轮机291转动。来自低压蒸汽源210的8.5klbs/hr的第二股流经线路292供给蒸汽压缩机290。蒸汽涡轮机291与蒸汽压缩机290联接，并且将低压蒸汽压缩为85psia的高压蒸汽。有了处于45psia的低等级蒸汽和处于85psia的高价值蒸汽，本实例中的用于将低等级蒸汽压缩成高压蒸汽的压缩比为1.89。实例3所示系统不包括压力调节阀280。

该过程包括在蒸汽压缩之后添加0.5klbs/hr的冷却水298以将线路293中的蒸汽温度降低到集管260中的温度。

在实例3中，压缩机尺寸足够大以便容纳蒸汽需求量(即，9klbs/hr)。只输送了相对少量的动力，因为过程所需的压缩比小并且要求的能量少(45psia到85psia)。

有了高压蒸汽驱动发生器297，高压锅炉250将不提供蒸汽给用户270，对于实例3而言，估计的年度操作节省量约为：

9klbs/hr×10US$/klbs×24hr/day×300days/yr＝648000US$

实例4-包括热压缩机的、用于产生85psia高压蒸汽的低压蒸汽驱动发生器

图4显示了本发明的另一实施例并且包括蒸汽驱动发生器397，该蒸气驱动发生器包括热压缩机396。

实例4的过程情况与之前在实例3中描述的第二过程工厂设备的过程情况相同。在实例4中，低压源310产生在45psia为86.2klbs/hr的蒸汽，该蒸汽经线路312进入集管320。经线路332的低压过程用户330要求50klbs/hr，并且经线路342排放的低压蒸汽340为10klbs/hr。

在集管360中的所需高压蒸汽处于85psia的压力并且质量流率要求为9klbs/hr，经线路372流向过程用户370。再一次，总压缩比是1.88。

蒸汽驱动发生器397包括至少三个构件：蒸汽涡轮机391、蒸汽压缩机390和热压缩机396。

低压蒸汽源310在实例4中被分成供给高压蒸汽驱动发生器397的三股流。9.3klbs/hr的第一股低压蒸汽流经线路394送去转动蒸汽涡轮机391。来自低压蒸汽源310的5klbs/hr的第二股流经线路392供给蒸汽压缩机290。

实例4包括流率为4klbs/hr的第三股流396a，其供应给热压缩机396。

蒸汽涡轮机391与蒸汽压缩机390联接，并且将低压蒸汽压缩成138psia的高压蒸汽。来自压缩机390的出口流393作为热压缩机396的发动蒸汽，将来自流396a的低能量蒸汽吸入热压缩机中并与其混合。出口流393和入口流396a的总和将满足所需的在85psia为9klbs/hr的高压蒸汽(其经线路399输送至集管360)。

因此，蒸汽驱动发生器397的蒸汽压缩机390产生比集管360中的蒸汽更高压力的蒸汽。这种更高压力的蒸汽流393与用户370的总高压蒸汽需求量相比具有更小的质量流率。更高压力的蒸汽将低压流396a带入热压缩机中，这样一来，提高了发生器397的总压缩性能。因此，与实例3的蒸汽压缩机290相比，蒸汽压缩机390更小且成本更低，给实例4提供了进一步的资本成本优势。

在实例4中，压缩机尺寸小于实例3的压缩机尺寸，但却容纳了第二过程工厂设备的蒸汽需求量(9kpph)。具有涡轮机391、压缩机390和热压缩机396的组合的蒸汽驱动发生器397使资本成本进一步降低至少20％，其中，并没有压缩所有的蒸汽，给压缩机390的蒸汽流量只是低压蒸汽中的一部分，其被压缩并且供应线路399。实例4的蒸汽驱动发生器397的资本成本比实例3的蒸汽驱动发生器297少大约20％到35％。在压缩比降低至1.2左右时，可以获得更多的资本成本节省。

上文描述的本发明的实施例意在进行示例。本领域的技术人员将因此认识到，之前的说明仅为示例性的，在不脱离本发明精神的情况下，可以设计出各种替换的构造和变型。因此，本发明意在涵盖所有落入所附权利要求书的范围中的此类替换的构造、变型和变化。

Claims

1.一种从低压蒸汽源生成具有期望流率和期望压力的高压蒸汽的方法，所述方法包括：

提供所述低压蒸汽源，

将所述低压蒸汽源分成至少第一股流和第二股流，

联接所述第一股流以驱动涡轮机，该涡轮机与蒸汽发生器的蒸汽压缩机连接，并且驱动该蒸汽压缩机，和

将所述第二股流供给所述蒸汽压缩机，其中所述蒸汽压缩机生成所述高压蒸汽，

其中，所述第一股流具有足以使所述第二股流的压力升高至所述期望压力的质量流率，并且

其中，在所述蒸汽发生器的稳态操作情况下，所述低压蒸汽源用作生成所述高压蒸汽的驱动力和蒸汽输入。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述蒸汽压缩机为至少两级蒸汽压缩机。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述低压蒸汽源能够由多个低压蒸汽源组成。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的方法，其中，所述低压蒸汽源由快速蒸汽锅炉产生。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的方法，还包括给所述高压蒸汽添加水，以便获得处于期望的过热程度的高压蒸汽流。

6.如权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中，将所述第一股流与所述涡轮机联接的步骤包括

将所述第一股流供给所述涡轮机以便驱动所述压缩机。

7.如权利要求1至4中任意一项所述的方法，其中，将所述第一股流与所述涡轮机联接的步骤包括

将所述第一股流供给蒸发器，

在所述蒸发器内使热流体气化，

将气化的所述热流体供给所述涡轮机以驱动所述压缩机。

8.如权利要求7所述的方法，还包括

使所述热流体再循环至冷凝器，将所述热流体冷凝成液体，

将冷凝后的所述热流体泵送至所述蒸发器。

9.一种用于生成高压蒸汽的系统，包括：

低压蒸汽源，该低压蒸汽源被分成至少第一股流和第二股流，以及

蒸汽发生器，该蒸汽发生器包括

涡轮机/膨胀机，以及

由所述涡轮机/膨胀机驱动的蒸汽压缩机，

其中，所述第一股流与所述涡轮机/膨胀机联接来驱动所述压缩机，而所述第二股流为所述压缩机的输入，并且

其中，所述第一股流具有第一质量流率，而所述第二股流具有第二质量流率，其中所述第一质量流率足以使所述第二质量流率的蒸汽压力升高至所述高压蒸汽的蒸汽压力。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述蒸汽压缩机为至少两级蒸汽压缩机。

11.如权利要求9或10所述的系统，还包括快速蒸汽发生器。

12.如权利要求9至11中任意一项所述的系统，还包括与所述低压源连接的多个低压蒸汽源。

13.如权利要求9至12中任意一项所述的系统，还包括在高压蒸汽压缩机的出口处的水源。

14.如权利要求9至13中任意一项所述的系统，其中，所述第一股流通过蒸发器与所述涡轮机联接，所述蒸发器将气化的热流体供给所述涡轮机以驱动所述压缩机。

15.如权利要求14所述的系统，还包括

与所述涡轮机的出口连接的热流体冷凝器，

与所述冷凝器连接使所述热流体返回到所述蒸发器的泵。

16.如权利要求1所述的方法，其中，所述蒸汽发生器包括热压缩机，该热压缩机使用来自所述蒸汽压缩机的高压蒸汽作为原动力。

17.如权利要求9所述的系统，其中，所述蒸汽发生器包括热压缩机，该热压缩机使用来自所述蒸汽压缩机的高压蒸汽作为原动力。