CN109790760B - 具有热电厂和工艺压缩机的设施和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有热电厂和多级的工艺压缩机的设施，热电厂包括：‑泵；‑锅炉；‑涡轮机，涡轮机具有输出轴，或双输出装置；‑冷凝器，第一工艺流体在热电厂中循环，工艺压缩机具有至少一级，在级中将第二工艺流体压缩；和在工艺级下游具有至少一个冷却装置，借助于冷却装置从第二工艺流体中提取至少一个第一废热流，其中工艺压缩机的输出轴机械地与驱动轴耦联，使得涡轮机驱动工艺压缩机。提出，热电厂在泵和锅炉之间的第一工艺流体的流中具有至少一个预热器，借助于预热器将预热流输送给第一工艺流体，其中至少一个冷却装置借助于至少一个交换管路与热电厂连接成，使得将废热流的至少一部分作为预热流输送给在泵和锅炉之间的第一工艺流体。

Description

具有热电厂和工艺压缩机的设施和方法

技术领域

本发明涉及一种具有热电厂和一级或多级的工艺压缩机的设施，其中热电厂包括：

-泵，

-锅炉，

-涡轮机，所述涡轮机具有至少一个输出轴，

-冷凝器，其中第一工艺流体在彼此导流地连接的元件、即泵、锅炉、涡轮机、冷凝器中循环，其中工艺压缩机具有多个级，在所述级中压缩第二工艺流体，其中至少一个冷却装置设置在一个工艺级下游或设置在两个工艺级之间，借助于所述冷却装置从第二工艺流体中提取至少一个第一热流，其中工艺压缩机具有驱动轴，其中输出轴机械地与驱动轴耦联，使得涡轮机驱动工艺压缩机。

此外，本发明涉及一种用于运行开始限定类型的设施的方法。

背景技术

从WO 2008/031810或WO2010/069759或WO 2010/142574中已经已知如下装置，在所述装置中，涡轮机、此外还有蒸汽轮机用作为用于压缩机或压缩机设施或多级的压缩机的驱动器。在全部这些装置构思中，整个装置的效率始终非常重要。工艺流体的压缩、例如空气、天然气或二氧化碳的压缩在实际的工艺中始终是有损耗的，其中所述损耗的最小化聚焦于力求提高效率。

从EP 2 578 817 A2中已经已知如下装置，在所述装置中，利用压缩工艺的废热来运行的膨胀器辅助用于驱动压缩过程的马达。

发明内容

本发明的目的是，改进开始限定类型的装置的效率。

为了实现根据本发明的目的提出，根据本发明来改进开始限定类型的装置。此外，为了实现，提出一种根据本发明的用于运行这种装置的方法。在下文中包含本发明的有利的改进方案。

本发明相对于常规的装置或用于运行装置的方法的决定性的优点在于，将来自热电厂的压缩工艺中的废热作为有效热量输送，并且据此能够减小运行热电厂所需要的能量，其中装置借助于火电厂驱动多级的工艺压缩机。为了将技术功传递到压缩机上的而进行的热电厂的直接机械耦联在一方面压缩机的冷却装置、中间冷却器或二次冷却器和另一方面在热电厂的锅炉之前的预热器之间具有附加的根据本发明的热力学连接的情况下具有如下附加的优点：压缩机随着功率要求的升高也在冷却装置中产生提高的废热，所述废热因此也引起用于运行进行驱动的热电厂的增大的可能的有效热量。

根据本发明的工艺压缩机通常为任意的单级或多级的压缩机，所述压缩机具有在各个压缩机级或二次冷却器之间的相应的冷却装置。能够将压缩机级理解成各个叶轮或也能够理解成多个直接相继设置的叶轮。压缩机原则上能够为径流式压缩机或轴流式压缩机或径流式压缩机级和轴流式压缩机级的混合装置。多级的压缩机构成为变速压缩机是尤其优选的，其中中央的变速器驱动多个压缩机驱动小齿轮轴，所述多个压缩机驱动小齿轮轴承载压缩机级的叶轮。在变速箱处在此通常设置有多个压缩机级，优选径流式压缩机级，优选在那里也机械地固定或支撑。

热电厂为循环工艺，如其也在名称克劳修斯兰金循环已知的那样。通常在此为所谓的作为涡轮机的蒸汽轮机，并且工艺流体通常是水或水蒸气。替选地，替代水也能够使用其他的、尤其有机的液体，使得工艺的运行温度由于工艺流体改变而改变。

在工艺压缩机的至少一个冷却装置和热电厂的至少一个预热器之间的热力学连接优选伴随着所述冷却装置与预热器的组合。组合具有特殊优点：不必将其他工艺流体用于在预热器和冷却装置之间传递热能。要压缩的第二工艺流体能够在与热电厂的预热器组合的冷却装置中直接地将废热作为有效热量传递到第一工艺流体上。在借助水或水蒸气运行的蒸汽轮机的情况下，第一工艺流体尤其好地适合于从冷却装置或预热器中的第二工艺流体中吸收废热。

本发明也有利地在热电厂中应用，所述热电厂已经设置多个借助涡轮机的提取口运行的用于第一工艺流体的预热器或在借助水蒸气运行的涡轮机的情况下设置用于锅炉的供水。在所述情况下，适当地能够降低出自涡轮机的第一工艺流体的抽取量，因为预热的一部分已经借助出自工艺压缩机的冷却装置的废热进行。与此相应地，涡轮机产生提高的技术功率，使得锅炉适应更小的能量输送或燃烧。

另一有利的改进方案提出，设施具有冷却管路，所述冷却管路具有由冷却管路引导的冷却流体，其中冷却管路连接于工艺压缩机的至少一个冷却装置。以所述方式，借助于冷却装置能够将废热流的一部分传递到冷却流体上。因此，在全部运行条件下确保：随后的级进入温度足够低，以便因此确保更可靠的且更节能的运行。所述冷却流体供给能够与热电厂的冷却流体供给相组合，所述热电厂的冷却流体供给在冷凝器中具有显著的冷却流体消耗，使得借助用于冷却工艺压缩机的冷却流体的相应的供给能够在那里连接。尤其适当地，设有调控单元，所述调控单元与冷却流体管路中的和尤其在热电厂和工艺压缩机之间的交换管路中的调控机构连接。尤其在不稳定的工艺期间，例如在启动整个装置期间，适当的是，各个设施部件不强制性地在冷却或预热方面彼此依赖，而是也尽可能自给自足地作用。

附图说明

下面根据特殊的实施例参照附图详细描述本发明。附图示出：

图1、2分别示出根据本发明的装置或根据本发明的方法的示意流程图。

具体实施方式

图1、2分别示出根据本发明的设施A或方法的示意示出的流程图，所述流程图图解说明热动力学关系。在图中使用的附图标记对于相同功能的构件是相同的，并且只要没有另作说明，附图描述涉及两个附图。

根据本发明的设施A包括热电厂WKA和多级的工艺压缩机MSC。热电厂WKA就其而言包括泵PMP、锅炉BOI、具有输出轴SD1的涡轮机TRB和冷凝器CND。涡轮机有利地也能够具有两个输出端部，即双输出装置。锅炉BOI借助出自其他工艺的废热运行或者借助于化石能量源燃烧。所述热量输送用FUL表示。锅炉BOI将第一工艺流体PF1蒸发和加热，所述第一工艺流体在热电厂WKA的彼此导流地连接的元件中循环。涡轮机TRB优选为蒸汽轮机并且第一工艺流体PF1优选为水或水蒸气。在锅炉BOI中流出的、过热的水蒸气在涡轮机TRB中膨胀并且随后到达冷凝器CND中，在那里膨胀的蒸汽冷凝成液体并且随后借助于泵PMP输送到锅炉压力上。冷凝器CND借助于冷却管路COL由冷却流体CLF供给。在此优选为水，所述水从天然的热沉中提取并且在那里以加热的方式再次引回或者为如下水，所述水从至少部分人造的热沉提取或输送。

工艺压缩机MSC具有一个或多个级ST1，……，STn，在所述级中，将第二工艺流体PF2压缩。在具体的实例中，设有三个级ST1、ST2、ST3。工艺压缩机此外具有多个冷却装置IC1，……ICn或中间冷却装置或二次冷却器，其中在具体的实例中，设有第一冷却装置IC1、第二冷却装置IC2和第三冷却装置IC3。在本发明所涉及范围中，即使随所述第三冷却装置IC3之后没有用于压缩第二工艺流体PF2的其他压缩级ST1，……，STn跟随时，第三冷却装置IC3也为“冷却装置”。在此决定性的是，将废热从压缩工艺中借助于冷却装置移除。冷却装置IC1，……，ICn具有通向冷却管路COL的端子，以便被所述冷却管路用冷却流体CLF供给。尤其有利地在此设置用于用冷却流体CLF供给冷却装置IC1，……，ICn的、与用于冷凝器CND的冷却管路相同的冷却管路COL。

工艺压缩机MSC具有驱动轴SD2，所述驱动轴借助于联轴器CPL与热电厂WKA的涡轮机TRB的输出轴SD1耦联。以所述方式，将机械功率传递到工艺压缩机MSC上，使得涡轮机TRB的转速对工艺压缩机MSC的转速产生影响。替代联轴器CPL，也能够设置变速器，所述变速器引起涡轮机转速到工艺压缩机MSC上的加速或减速。热电厂WKA在泵PMP和锅炉BOI之间的第一工艺流体PF1的流中具有预热器PH1，……，PHn(尤其参见图2)，借助于所述预热器将预热流PRF分别输送给工艺流体。在图1中，在第一工艺流体PF1的热电厂WKA的循环回路和第二冷却装置IC2之间存在借助于交换管路FCC形成的连接，所述交换管路将第一工艺流体PF1输送至冷却装置IC2并且向回引出到热电厂WKA的循环回路中。在此，第一工艺流体PF1从第二冷却装置IC2中吸收废热，并且将其作为有效热量输送给热电厂WKA的循环回路。相应更少的能量FUL必须输送给锅炉BOI。附加地，工艺压缩机MSC的冷却总计消耗更少的冷却流体CLF。

在图2中，涡轮机TRB具有第一提取口TB1和第二提取口TB2。两个提取口TB1、TB2将相应的热量输送给第三预热器PH3或第二预热器PH2，所述热量造成到第一工艺流体PF1的锅炉BOI中的更高的进入温度。在此缺点是，并非全部的输送给涡轮机TRB的第一工艺流体PF1用于产生技术功直至离开涡轮机TRB。有利地在借助于两个提取口TB1、TB2预热之前，在泵PMP下游在第一工艺流体PF1的循环回路中设有已经描述的交换管路FCC，借助于所述交换管路将废热从工艺压缩机中作为有效热量输送给热电厂WKA。

尤其有利地，图1、2的设施A具有调控单元CON。至少交换管路FCC或冷却管路COL此外配设有调控机构CV1，……，CV4，所述调控机构与调控装置CON连接。与在流出离开第二冷却装置IC2和进入到工艺压缩机MSC的下游的级ST1，……，STn之间的第二工艺流体PF2的温度T相关地，由调控单元CON调节调控机构CV1，……，CV4，其中所述第二冷却装置连接于交换管路FCC。

Claims (5)

1.一种具有热电厂和多级的工艺压缩机的设施，其中所述热电厂包括：

-泵；

-锅炉；

-涡轮机，所述涡轮机具有一个输出轴，或双输出装置；

-冷凝器，

其中第一工艺流体在彼此导流地连接的元件即泵、锅炉、涡轮机、冷凝器中循环，

其中所述工艺压缩机具有至少一个级，在所述级中将第二工艺流体压缩，

其中在两个级之间借助于至少一个冷却装置从所述第二工艺流体中提取至少一个第一废热流，

其中所述工艺压缩机具有驱动轴，

其中所述输出轴机械地与所述驱动轴耦联，使得所述涡轮机驱动所述工艺压缩机，

其特征在于，

所述热电厂在所述泵和所述锅炉之间的所述第一工艺流体的流中具有至少一个预热器，借助于所述预热器将预热流输送给所述第一工艺流体，其中至少一个冷却装置借助于至少一个交换管路与所述热电厂连接成，使得将所述废热流的至少一部分作为预热流输送给在所述泵和所述锅炉之间的所述第一工艺流体，

其中所述设施具有冷却管路，所述冷却管路具有由所述冷却管路引导的冷却流体，其中所述冷却管路连接于至少一个冷却装置并且所述冷却装置将所述废热流的一部分传递到所述冷却流体上，其中所述设施具有调控单元，其中至少所述交换管路或冷却管路具有调控机构，其中所述调控单元与所述调控机构连接，并且所述调控单元与在离开所述冷却装置的出口和到所述工艺压缩机的下游级中的入口之间的所述第二工艺流体的温度相关地调节所述调控机构，其中所述冷却装置和所述到所述工艺压缩机的下游级中的入口彼此相邻地设置。

2.根据权利要求1所述的设施，

其中所述至少一个预热器与所述至少一个冷却装置构成组合构件，使得将所述废热流的至少一部分作为预热流输送给在所述泵和所述锅炉之间的所述第一工艺流体。

3.根据权利要求1所述的设施，

其中所述涡轮机具有至少一个提取口，用于提取第一工艺流体，

其中至少一个预热器与所述提取口导流地连接，使得提取的所述第一工艺流体在其余的第一工艺流体进入到所述锅炉之前预热其余的第一工艺流体。

4.一种用于运行具有热电厂和多级的工艺压缩机的设施的方法，其中所述热电厂包括：

-泵；

-锅炉；

-涡轮机，所述涡轮机具有一个输出轴，或双输出装置；

-冷凝器，

其特征在于如下步骤：

-第一工艺流体在彼此导流地连接的元件即泵、锅炉、涡轮机、冷凝器中循环，

-将第二工艺流体借助于所述工艺压缩机的一个或多个级压缩，

-其中在两个级之间借助于至少一个冷却装置从所述第二工艺流体中提取至少一个第一废热流，

-将驱动功率从所述涡轮机传递到所述工艺压缩机上，

其中所述设施具有冷却管路，所述冷却管路具有由所述冷却管路引导的冷却流体，其中所述冷却管路连接于至少一个冷却装置，

其中所述方法具有其他步骤：

-将所述废热流的一部分传递到所述冷却流体上，

其中所述设施具有调控单元，其中至少交换管路或所述冷却管路具有调控机构，其中所述调控单元与所述调控机构连接，

-测量在离开所述冷却装置的出口和到所述工艺压缩机的下游级中的入口之间的所述第二工艺流体的温度，

-与在离开所述冷却装置的出口和到所述工艺压缩机的下游级中的入口之间的所述第二工艺流体的温度相关地调节所述调控机构，其中所述冷却装置和所述到所述工艺压缩机的下游级中的入口彼此相邻地设置，

其中至少一个冷却装置借助于至少一个交换管路与所述热电厂连接成，使得将所述废热流的至少一部分作为预热流输送给在所述泵和所述锅炉之间的所述第一工艺流体。

5.根据权利要求4所述的方法，所述方法具有其他步骤：

-借助于至少一个提取口从所述涡轮机提取所述第一工艺流体，

-将其余的第一工艺流体在进入到所述锅炉中之前借助于提取的第一工艺流体预热。

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