TW201437559A - 蒸氣處理設備及蒸氣處理方法 - Google Patents

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Abstract

一種蒸氣處理設備100包含中壓蒸氣集管SMH、低壓蒸氣集管SLH、多個製程單元10及低壓蒸氣壓縮部30。中壓蒸氣集管SMH收納中壓蒸氣，低壓蒸氣集管SLH收納低壓蒸氣，該等製程單元連接中壓蒸氣集管SMH與低壓蒸氣集管SLH。低壓蒸氣壓縮部30把低壓蒸氣集管SLH提供的低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣後將中壓蒸氣提供給中壓蒸氣集管SMH。各製程單元10產生的低壓蒸氣被低壓蒸氣集管SLH回收，低壓蒸氣集管SLH回收的低壓蒸氣被低壓蒸氣壓縮部30昇壓為中壓蒸氣後中壓蒸氣集管SMH將中壓蒸氣提供給各製程單元10。

Description

蒸氣處理設備及蒸氣處理方法
本發明係關於處理工廠中蒸氣的蒸氣處理設備及蒸氣處理方法。
習知技術中，在石油工廠等工廠裡經由鍋爐所產生的蒸氣係區分為高壓蒸氣(蒸氣壓例如是4.0~12.0MPaG)、中壓蒸氣(蒸氣壓例如是1.0~2.0MPaG)及低壓蒸氣(蒸氣壓例如是0.01~0.6MPaG)，而將這些蒸氣提供給蒸氣渦輪機等蒸氣使用裝置，或各種生產製程中的蒸氣處理設備使用的技術已為習知(例如參照專利文獻1)
專利文獻1 日本專利公開2008-202432號公報
在這類的蒸氣處理設備中，蒸氣渦輪機等蒸氣使用裝置將產生大量的低壓蒸氣，而習知技術的蒸氣處理設備大多為回收前述低壓蒸氣用以做低壓蒸氣發電的設備，或者是將低壓蒸氣運用於低壓蒸氣製程的設備。然而，蒸氣處理設備所產生的低壓蒸氣量往往大幅超過低壓蒸氣製程所需的使用量，因此回收的低壓蒸氣並沒無法有效地被運用。另外，為了運用低壓蒸氣，額外添購的復水渦輪發電機又會提高設備費的成本，造成經濟效益的低下。由此可知，習知的蒸氣處理設備因為受限於低壓蒸氣的用途與使用效果，即使能充分回收低壓蒸氣，仍可能無法有效地利用，從節能的觀點來看還是具有改善的空間。
有鑑於上述的問題情況，本發明目的在提供可提升節能效果的一種蒸氣處理設備及蒸氣處理方法。
為解決上述課題，在一實施態樣中，本發明之一種蒸氣處理設備係包含一中壓蒸氣集管、一低壓蒸氣集管、多個製程單元以及一低 壓蒸氣壓縮部。中壓蒸氣集管係收納中壓蒸氣，低壓蒸氣集管係收納低壓蒸氣，該等製程單元係連接中壓蒸氣集管和低壓蒸氣集管。低壓蒸氣壓縮部係把低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣後，將中壓蒸氣提供給中壓蒸氣集管。其中，各個製程單元產生的低壓蒸氣被低壓蒸氣集管回收，低壓蒸氣集管回收的低壓蒸氣被低壓蒸氣壓縮部昇壓為中壓蒸氣後，中壓蒸氣集管將中壓蒸氣提供給各個製程單元。
在一實施例中，低壓蒸氣壓縮部係可包含壓縮機、蒸氣渦輪機及電動機。壓縮機係用以壓縮低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣，蒸氣渦輪機係利用低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣啟動壓縮機，當蒸氣渦輪機啟動壓縮機後，電動機取代蒸氣渦輪機讓壓縮機保持運轉。
在一實施例中，低壓蒸氣壓縮部係可包含壓縮機及蒸氣渦輪機。壓縮機係用以壓縮低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣，蒸氣渦輪機係利用低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣驅動壓縮機。
其中，低壓蒸氣壓縮部係可包含壓縮機及混氣渦輪機。壓縮機係用以壓縮低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣，混氣渦輪機係利用低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣和中壓蒸氣集管提供的中壓蒸氣驅動壓縮機。
其中，低壓蒸氣壓縮部係可包含壓縮機、混氣渦輪機及電動發電機。壓縮機係用以壓縮低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣，混氣渦輪機係利用低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣和中壓蒸氣集管提供的中壓蒸氣驅動壓縮機，當混氣渦輪機產生超過驅動壓縮機所需動力的多餘動力時，電動發動機利用多餘動力進行誘導發電。
當混氣渦輪機未產生多餘動力時，壓縮機係被合併動力所驅動，合併動力係為混氣渦輪機產生之動力與電動發電機產生之動力兩者的總和。
在一實施例中，低壓蒸氣壓縮部係可包含壓縮機及蒸氣渦輪機或混氣渦輪機。壓縮機係用以壓縮低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣，蒸氣渦輪機係利用低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣驅動壓縮機，混氣渦輪機係利用低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣和中壓蒸氣集管提供的中壓蒸氣驅動壓縮機。其中，低壓蒸氣壓縮部在啟動時係利用蒸氣渦輪機或混氣渦輪機產生的真空，讓壓縮機呈真空狀態。
其中，各製程單元內還可包含一熱交換器，其係利用製程流體將水加熱蒸發為低壓蒸氣。
又，本發明之一種蒸氣處理設備還更包含一冷卻水回收手段以及一熱泵。冷卻水回收手段係回收各個製程單元所使用的冷卻水，熱泵係將回收後的冷卻水加熱為低壓蒸氣。
在另一實施態樣中，本發明之一種蒸氣處理設備係包含一中壓蒸氣集管、一低壓蒸氣集管、一準中壓蒸氣集管、多個製程單元以及一低壓蒸氣壓縮部。中壓蒸氣集管係收納中壓蒸氣，低壓蒸氣集管係收納低壓蒸氣，準中壓蒸氣集管係收納壓力值介於中壓蒸氣與低壓蒸氣之間的準中壓蒸氣，該等製程單元係連接中壓蒸氣集管、低壓蒸氣集管以及準中壓蒸氣集管。低壓蒸氣壓縮部係把低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣昇壓為準中壓蒸氣後，將準中壓蒸氣提供給準中壓蒸氣集管。其中，各個製程單元產生的低壓蒸氣被低壓蒸氣集管回收，低壓蒸氣集管回收的低壓蒸氣被低壓蒸氣壓縮部昇壓為準中壓蒸氣後，準中壓蒸氣集管將準中壓蒸氣提供給各個製程單元。
在又一實施態樣中，本發明之一種蒸氣處理設備係包含一中壓蒸氣集管、一低壓蒸氣集管、一準低壓蒸氣集管、多個製程單元以及一低壓蒸氣壓縮部。中壓蒸氣集管係收納中壓蒸氣，低壓蒸氣集管係收納低壓蒸氣，準低壓蒸氣集管係收納壓力值低於低壓蒸氣的準低壓蒸氣，該等製程單元係連接中壓蒸氣集管、低壓蒸氣集管以及準低壓蒸氣集管。低壓蒸氣壓縮部係把準低壓蒸氣集管提供的準低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣後，將中壓蒸氣提供給中壓蒸氣集管。其中，各個製程單元產生的準低壓蒸氣被準低壓蒸氣集管回收，準低壓蒸氣集管回收的準低壓蒸氣被低壓蒸氣壓縮部昇壓為中壓蒸氣後，中壓蒸氣集管將中壓蒸氣提供給各個製程單元。
此外，在一實施態樣中，本發明之一種蒸氣處理方法係包含以下步驟：利用多個製程單元回收低壓蒸氣、將回收的低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣，以及將昇壓的中壓蒸氣提供給各個製程單元。
值得一提的是，不論是將上述的構成要素做任意的組合，或者是把本發明的技術精神在各種方法、裝置、系統、紀錄媒體或電腦程式之間做變換，其產生的結果仍視同為本發明的實施態樣。
本發明透過以上的構成，提供一種可提升節能效果的一種蒸氣處理設備及蒸氣處理方法。
10、10_1~10_n‧‧‧製程單元
100‧‧‧蒸氣處理設備
11‧‧‧鍋爐
13‧‧‧第一壓力控制閥
15‧‧‧第二壓力控制閥
17‧‧‧高壓蒸氣使用裝置
19‧‧‧中壓蒸氣使用裝置
21‧‧‧低壓蒸氣使用裝置
23、23’‧‧‧背壓渦輪機
24‧‧‧壓縮機
26‧‧‧電動機
30、40、50、60、70、80‧‧‧低壓蒸氣壓縮部
38‧‧‧釜型熱交換器
41‧‧‧蒸氣渦輪機
42‧‧‧電動機
43‧‧‧復水器
45‧‧‧徑向渦輪復水發電機
47‧‧‧真空產生裝置
61‧‧‧混氣渦輪機
62‧‧‧電動發電機
AFC‧‧‧空冷式熱交換器
BFW‧‧‧冷卻水
SHH‧‧‧高壓蒸氣集管
SLH‧‧‧低壓蒸氣集管
SLH1‧‧‧第一低壓蒸氣集管
SLH2‧‧‧第二低壓蒸氣集管
SMH‧‧‧中壓蒸氣集管
SubSLH‧‧‧準低壓蒸氣集管
SubSMH‧‧‧準中壓蒸氣集管
圖1為說明在一實施態樣中本發明之蒸氣處理設備的示意圖。
圖2為說明在另一實施態樣中本發明之蒸氣處理設備的示意圖。
圖3為說明在又一實施態樣中本發明之蒸氣處理設備的示意圖。
圖4為說明低壓蒸氣壓縮部其變化態樣的示意圖。
圖5為說明低壓蒸氣壓縮部其另一變化態樣的示意圖。
圖6為說明低壓蒸氣壓縮部其又一變化態樣的示意圖。
圖7為說明低壓蒸氣壓縮部其又一變化態樣的示意圖。
圖8為說明低壓蒸氣壓縮部其又一變化態樣的示意圖。
圖9為本發明第1實施例中蒸氣處理設備的示意圖。
圖10為本發明第2實施例中蒸氣處理設備的示意圖。
圖11為本發明第3實施例中蒸氣處理設備的示意圖。
圖12為本發明第4實施例中蒸氣處理設備的示意圖。
圖13為第1~第3實施例中蒸氣處理設備的功效示意圖。
圖1係為說明在一實施態樣中本發明之蒸氣處理設備100的示意圖，圖1所示之蒸氣處理設備100可例如是石油精煉工廠、石油化學工廠、火力發電廠中所使用的蒸氣處理設備。
如圖1所示，蒸氣處理設備100係包含多個製程單元10(第一~第n製程單元係表示為10_1~10_n)、鍋爐11、高壓蒸氣集管SHH、中壓蒸氣集管SMH、低壓蒸氣集管SLH以及低壓蒸氣壓縮部30。
第1~第n製程單元10_1~10_n係分別具有處理預設生產製程的製程設備(例如是熱交換器、反應器、加熱器、泵、壓縮機等)。舉 例來說，如果是石油工廠的蒸氣處理設備100，其中的第一製程單元10_1會包含將石油製成汽油的製程設備，第二製程單元10_2(圖中未標示)會包含將汽油製成石油精的製程設備，第n製程單元10_n會包含將石油製成燈油的製程設備。
各個製程單元10係包含空冷式熱交換器(Air Fin cooler)AFC及釜型熱交換器38。空冷式熱交換器AFC係將製程流體冷卻並液化，製程流體係由化學物質的生成製程所產生。然而，空冷式熱交換器AFC並無法回收釋放出的熱量，在本實施態樣中，其中一部分的製程流體會在空冷式熱交換器AFC之前被分流至釜型熱交換器38中，同時，冷卻水BFW(Boiler Feed Water,BFW)也會被送入至釜型熱交換器38。釜型熱交換器38係透過與製程流體的熱交換將冷卻水BFW加熱蒸發，產生0.15MPaG、128℃的低壓蒸氣。
各個製程單元10係與高壓蒸氣集管SHH、中壓蒸氣集管SMH以及低壓蒸氣集管SLH連接。其中，高壓蒸氣集管SHH係為收納高壓蒸氣(例如以約4.4MPaG、394℃為基準)的集管，中壓蒸氣集管SMH係為收納中壓蒸氣(例如以約1.37MPaG、240℃為基準)的集管，低壓蒸氣集管SLH係為收納低壓蒸氣(例如以約0.15MPaG、128℃為基準)的集管。又，高壓蒸氣集管SHH、中壓蒸氣集管SMH以及低壓蒸氣集管SLH係可相對於第1~第n製程單元10_1~10_n共通使用。
在高壓蒸氣集管SHH與中壓蒸氣集管SMH之間設置有第一壓力控制閥13，透過第一壓力控制閥13可控制高壓蒸氣集管SHH與中壓蒸氣集管SMH的壓力為一預設值。
又，在中壓蒸氣集管SMH與低壓蒸氣集管SLH之間設置有第二壓力控制閥15，透過第二壓力控制閥15可控制中壓蒸氣集管SMH與低壓蒸氣集管SLH的壓力為一預設值。
鍋爐11係以C重油、廢氣等燃料製造高壓蒸氣(例如是4.4MPaG、394℃)，並將該高壓蒸氣提供至高壓蒸氣集管SHH。鍋爐11可例如是FCC CO鍋爐。
鍋爐11所提供的高壓蒸氣，係藉由高壓蒸氣集管SHH輸送至各個製程單元10。即，高壓蒸氣係由高壓蒸氣集管SHH送入至各個製 程單元10的高壓蒸氣使用裝置17中，高壓蒸氣使用裝置17係對高壓蒸氣進行降壓，並將降壓後的蒸氣(中壓蒸氣)排出至中壓蒸氣集管SMH。
接著，中壓蒸氣係由中壓蒸氣集管SMH送入至各個製程單元10的中壓蒸氣使用裝置19中，中壓蒸氣使用裝置19係對中壓蒸氣進行降壓，並將降壓後的蒸氣(低壓蒸氣)排出至低壓蒸氣集管SLH。
在本實施態樣中，低壓蒸氣集管SLH除了具有從各個製程單元10之中壓蒸氣使用裝置19所排出的低壓蒸氣外，還具有各個製程單元10之釜型熱交換器38所產生的低壓蒸氣。
低壓蒸氣係由低壓蒸氣集管SLH提供至各個製程單元10的低壓蒸氣使用裝置21中，低壓蒸氣使用裝置21係利用低壓蒸氣進行運作。又，高壓蒸氣使用裝置17、中壓蒸氣使用裝置19、低壓蒸氣使用裝置21可為渦輪機、泵或熱交換機。
在習知的蒸氣處理設備中，低壓蒸氣係如上述說明被使用於各個製程單元10的低壓蒸氣使用裝置21中，一般的情況下，低壓蒸氣集管SLH則與復水渦輪發電機連接，藉由復水渦輪發電機進行低壓蒸氣發電。然而，蒸氣處理設備所產生的低壓蒸氣量，往往大幅超過現今低壓蒸氣使用裝置21的使用需要量，因此將產生過多的多餘低壓蒸氣。雖然將這些多餘的低壓蒸氣提供給復水渦輪發電機進行低壓蒸氣發電可提升低壓蒸氣的利用效率，不過在復水渦輪發電機的成本過高之下，仍會降低蒸氣處理設備整體的經濟效益。所以，習知的蒸氣處理設備大多會將各個製程單元10在低壓蒸氣使用裝置21中無法使用完的低壓蒸氣排放至大氣中，從節能的觀點來看，還存在有改善的空間。
於此，本實施態樣中的蒸氣處理設備100在中壓蒸氣集管SMH與低壓蒸氣集管SLH之間還包含有低壓蒸氣壓縮部30，其中，低壓蒸氣壓縮部30包含有壓縮機24以及電動機(馬達)26。壓縮機24係將來自低壓蒸氣集管SLH的低壓蒸氣進行壓縮，電動機26係用於啟動並保持壓縮機24的運轉。
低壓蒸氣壓縮部30係將低壓蒸氣集管SLH所提供的低壓蒸氣昇壓為1~1.5MPaG(例如1.37MPaG)的中壓蒸氣後，把中壓蒸氣輸送至中壓蒸氣集管SMH。被昇壓後產生的中壓蒸氣，藉由中壓蒸氣集管 SMH輸送至各個製程單元10，供各個製程單元10的中壓蒸氣使用裝置19利用。
如本實施態樣中所述，將回收後的低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣後，能提升習知技術中排放至大氣之低壓蒸氣的附加價值，擴大其應用範圍。而將低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣所需的能量(也就是驅動電動機26的能量)，相較於直接使用鍋爐產生中壓蒸氣所需的能量是大幅地低。因此，本實施態樣的蒸氣處理設備100能將習知技術中使用鍋爐製造之中壓蒸氣的其中一部分，利用昇壓低壓蒸氣所產生的中壓蒸氣來取代，從而能提升節能的效果(低壓蒸氣係由對製程流體加熱蒸發所形成)。
若考量到利用蒸氣進行發電的情況，直接將低壓蒸氣直接提供給復水渦輪發電機進行低壓蒸氣發電時，其熱效率僅為12%，效能相當低。同時，可對應低壓蒸氣使用的復水渦輪電機在現階段也只有少數的製造廠商生產，在調度上也是相當不易。然而，如果是使用以中壓蒸氣為主蒸氣的低壓混氣復水渦輪發電機進行發電，則熱效率可提升至15%，同時，生產製造低壓混氣復水渦輪發電機的廠商也較多，設備調度上會相對容易。因此，如本實施態樣中所述，透過將回收後的低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣，除了可提升熱效率，亦能有效率地運用調度容易的低壓混氣復水渦輪發電機。
本實施態樣的蒸氣處理設備100係將第1~第n製程單元10_1~10_n的低壓蒸氣進行回收，回收的低壓蒸氣係包含有各個製程單元10其低壓蒸氣使用裝置21未使用完的剩餘低壓蒸氣與各個製程單元10其釜型熱交換器38所產生的低壓蒸氣。回收的低壓蒸氣係藉由低壓蒸氣集管SLH輸送至低壓蒸氣壓縮部30，昇壓為中壓蒸氣，接著，昇壓後產生的中壓蒸氣再藉由中壓蒸氣集管SMH輸送至各個製程單元10，供中壓蒸氣使用裝置19所利用。
但是，當各個製程單元10將低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣後再進行利用時，會產生在第1製程單元10_1具有高低壓蒸氣的使用效率，在第n製程單元10_n中低壓蒸氣的使用效率低下的問題，換句話說，各個製程單元10彼此之間會具有不同的低壓蒸氣使用效率，而這些效率差可能會造成蒸氣處理設備無法達到理想的節能效果。
反觀本實施態樣中的製程單元10，由於其係將各個製程單元10所回收的低壓蒸氣統一利用低壓蒸氣壓縮部30昇壓為中壓蒸氣後，再將昇壓後產生的中壓蒸氣輸送至各個製程單元10供利用，因此能避免各個製程單元10彼此之間產生低壓蒸氣的使用效率差問題，使蒸氣處理設備100整體能具有理想的節能效果。因為多個製程單元10_1~10_n所回收的低壓蒸氣在進行昇壓後，能運用於不同的製程單元中分別設置的多個中壓蒸氣使用裝置19，所以回收後的低壓蒸氣，不僅是能運用在特定的製程單元所設置的中壓蒸氣使用裝置19，也能運用在其他製程單元中所設置的中壓蒸氣使用裝置19。如此一來，可將用習知技術中無法被充分運用、用途也受到限制的低壓蒸氣作為能源有效地運用，達到節能效果。再者，能使中壓蒸氣使用裝置19不需利用額外購入的蒸氣或鍋爐產生的蒸氣就能運作，讓中壓蒸氣使用裝置19能更有效率的作動。
圖2係為說明在另一實施態樣中本發明之蒸氣處理設備的示意圖，如圖2所示，當中壓蒸氣集管SMH的基準壓力(例如是1.37MPaG)高於低壓蒸氣壓縮部30所能昇壓的壓力(例如是1.05MPaG或0.75MPaG)時，則額外增設準中壓蒸氣集管SubSMH，其係收納介於中壓蒸氣與低壓蒸氣之間壓力(例如是1.05MPaG或0.75MPaG)的蒸氣(稱為「準中壓蒸氣」)，又，準中壓蒸氣集管SubSMH係與各個製程單元10連接。值得一提的是，在實施態樣中，當各個製程單元內使用中壓蒸氣的背壓渦輪機23等機器其使用蒸氣的下限壓力經過檢查後，發現下限壓力高於預設值時，會將前述的機器調整為適合使用準中壓蒸氣集管SubSMH提供之準中壓蒸氣的機器。舉例來說，被低壓蒸氣壓縮部30昇壓後產生的準中壓蒸氣係藉由準中壓蒸氣集管SubSMH輸送至各個製程單元，供調整後的背壓渦輪機23’所使用。
本實施態樣中，即使低壓蒸氣壓縮部30壓縮後的低壓蒸氣無法達到工廠之中壓蒸氣的壓力標準，透過設置準中壓蒸氣集管，調整既有的背壓渦輪機23，使其能適用準中壓蒸氣，能大幅減少工廠中鍋爐11的蒸氣產生量，提昇節能效果。
圖3係為說明在又一實施態樣中本發明之蒸氣處理設備的示意圖，其中，各個製程單元10得釜型熱交換器38所產生的蒸氣無法達 到低壓蒸氣集管SLH的基準壓力(例如是0.15MPaG)時(在此將這種比低壓蒸氣更低壓(例如是0.1MPaG)的蒸氣稱為「準低壓蒸氣」)，如圖3所示，則額外增設置收納此準低壓蒸氣的準低壓蒸氣集管SubSLH。又，各個製程單元所回收的準低壓蒸氣會透過低壓蒸氣壓縮部30昇壓為中壓蒸氣後，再提供給中壓蒸氣集管SMH。
本實施態樣中，係於各個製程單元10所回收的蒸氣無法達到低壓蒸氣的壓力標準時，設置準低壓蒸氣集管SubSLH，將準低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣後提供給各個製程單元利用，藉此可大幅地減少工廠中鍋爐11的蒸氣產生量，提升節能的效果。又，在其他實施態樣中，也可以是使用低壓蒸氣壓縮部30將準低壓蒸氣集管SubSLH的準低壓蒸氣昇壓為準中壓蒸氣後，提供給準中壓蒸氣集管SubSMH。
圖4係為說明低壓蒸氣壓縮部其變化態樣的示意圖，圖1所示之低壓蒸氣壓縮部30中，壓縮機24係透過電動機26啟動並保持長時地運轉。圖4所示之低壓蒸氣壓縮部40係包含壓縮機24以及蒸氣渦輪機41，壓縮機24係將來自低壓蒸氣集管SLH的低壓蒸氣壓縮，蒸氣渦輪機41係利用來自低壓蒸氣集管SLH的低壓蒸氣啟動壓縮機24並保持其長時地運轉。在本變化態樣中，低壓蒸氣壓縮部40可以不包含電動機，以期能更加有效地利用低壓蒸氣。
圖5係為說明低壓蒸氣壓縮部其另一變化態樣的示意圖，圖5所示之低壓蒸氣壓縮部50係包含壓縮機24、蒸氣渦輪機41以及電動機42，壓縮機24係將來自低壓蒸氣集管SLH的低壓蒸氣壓縮，蒸氣渦輪機41利用來自低壓蒸氣集管SLH的低壓蒸氣啟動壓縮機24，當蒸氣渦輪機41啟動壓縮機24後，電動機42取代蒸氣渦輪機41保持壓縮機24長時地運轉。
一般工廠在導入作為電動機的大型機電設備時(電動機係用以驅動壓縮機)，往往需要擴充現有的受配電設備規模，這是因為壓縮機24在啟動時會給予受配電設備相當大的電力負擔。然而在圖5所示的變化態樣之下，透過蒸氣渦輪機41將壓縮機24的回轉速提升至大於定格回轉速，在電動機42被輸入電源時，流過電動機42的大量啟動電流能在瞬間消失，因此，圖5的變化態樣可降低現有之受配電設備的擴充規模，讓電 動機42可採用更大型的規格。換句話說，能避免習知技術中因為導入大型電動機42使得現有的受配電設備必須徹頭徹尾改造更換的問題。
圖6係為說明低壓蒸氣壓縮部其又一變化態樣的示意圖，圖6所示之低壓蒸氣壓縮部60係包含壓縮機24以及混氣渦輪機61，壓縮機24係將來自低壓蒸氣集管SLH的低壓蒸氣壓縮，混氣渦輪機61係利用來自低壓蒸氣集管SLH的低壓蒸氣與來自中壓蒸氣集管SMH的中壓蒸氣啟動壓縮機24並保持其長時地運轉。在本變化態樣中，低壓蒸氣壓縮部60除了可不需具備電動機之外，不論工廠在何種運轉狀態下所回收的低壓蒸氣與中壓蒸氣的使用量發生變化，也能顯著地提升蒸氣的分配自由度，將蒸氣處理設備100的節能效果最大化。
圖7係為說明低壓蒸氣壓縮部其又一變化態樣的示意圖，圖7所示之低壓蒸氣壓縮部70係包含壓縮機24、混氣渦輪機61以及電動發電機62，壓縮機24係將來自低壓蒸氣集管SLH的低壓蒸氣壓縮，混氣渦輪機61係利用來自低壓蒸氣集管SLH的低壓蒸氣與來自中壓蒸氣集管SMH的中壓蒸氣驅動壓縮機24，當混氣渦輪機61產生超過驅動壓縮機24所需動力的多餘動力時，電動發電機62利用多餘動力進行誘導發電。當低壓蒸氣壓縮部70的混氣渦輪機61未產生多餘動力時，則透過合併動力驅動壓縮機24，合併動力係為混氣渦輪機61產生之動力與電動發電機62產生之動力兩者的總和。在本實施態樣中，由於低壓蒸氣壓縮部70可對應低壓蒸氣的產生量以及中壓蒸氣的需求量變化讓電動發電機62行使電動機或發電機的功能，因此又能再進一步地提升蒸氣處理設備100的節能效果。
圖8係為說明低壓蒸氣壓縮部其又一變化態樣的示意圖，圖8所示之低壓蒸氣壓縮部80係為圖5所示之蒸氣壓縮部50的變化態樣，低壓蒸氣壓縮部80係包含壓縮機24、蒸氣渦輪機41以及復水器43，壓縮機24係將來自低壓蒸氣集管SLH的低壓蒸氣壓縮，蒸氣渦輪機41利用來自低壓蒸氣集管SLH的低壓蒸氣驅動壓縮機24，復水器43係與蒸氣渦輪機41連接。
低壓蒸氣壓縮部80的蒸氣渦輪機41透過低壓蒸氣驅動，在蒸氣渦輪機41與復水器43之間產生真空狀態，本實施態樣的低壓蒸氣壓縮部80係於壓縮機24啟動時，利用蒸氣渦輪機41產生的真空讓壓縮機 24呈現真空狀態，從而可降低壓縮機24的啟動負荷，同時減少蒸氣渦輪機41啟動時所需的輸出動力，大幅地改善壓縮機24與蒸氣渦輪機41所分配之低壓蒸氣量比例的自由度。
值得一提的是，本變化態樣中低壓蒸氣壓縮部80的蒸氣渦輪機41亦可使用圖6中的混氣渦輪機61來取代。
又，除了利用蒸氣渦輪機41所產生的真空外，也可以額外加上連接至復水器43的真空產生裝置47其產生的真空讓壓縮機24呈現真空狀態，或者是使用真空產生裝置47產生的真空取代蒸氣渦輪機41產生的真空，其中真空產生裝置47可以是真空幫浦或者是噴射器。
接著針對蒸氣處理設備的各個實施例做說明。圖9係為本發明第1實施例中蒸氣處理設備的示意圖，第1實施例中蒸氣處理設備100係使用圖1所示之低壓蒸氣壓縮部30，其中低壓蒸氣壓縮部30係由壓縮機與電動機所構成。
又，第1實施例中係將0.25MPaG(又稱第二低壓蒸氣)的蒸氣設定為低壓蒸氣，相較於上述實施態樣是將0.15MPaG(又稱第一低壓蒸氣)的蒸氣設定為低壓蒸氣，本實施例的低壓蒸氣壓力略高於上述實施態樣的低壓蒸氣。其次，第1實施例中係將壓力略低於中壓蒸氣1.37MPaG的1.05MPaG蒸氣設定為準中壓蒸氣。承前述內容，第1實施例的蒸氣處理設備100其所包含的蒸氣集管，依照收納的蒸氣壓力高低排序依序為收納高壓蒸氣的高壓蒸氣集管SHH、收納中壓蒸氣的中壓蒸氣集管SMH、收納準中壓蒸氣的準中壓蒸氣集管SMH、收納第二低壓蒸氣的第二低壓蒸氣集管SLH2以及收納第一低壓蒸氣的第一低壓蒸氣集管SLH1，其中第一低壓蒸氣集管SLH1係對應圖1中的低壓蒸氣集管SLH。
在第1實施例中，透過各個製程單元10的釜型熱交換器38回收100t/h的第一低壓蒸氣，接著將中壓蒸氣集管SMH至第二低壓蒸氣集管SLH2的壓力降低量令為0t/h，使第二低壓蒸氣集管SLH2至第一低壓蒸氣集管SLH1的降低量能利用集管平衡來決定。接著，為了讓額外的購入蒸氣量為0t/h，使用低壓蒸氣壓縮部30把56t/h的第一低壓蒸氣昇壓至1.05MPaG，其次，把利用中壓蒸氣驅動的60台幫浦其中的33台變更為適用1.05MPaG的規格，並將其與準中壓蒸氣集管SubSMH連接。本實施例 中，無法完全被低壓蒸氣壓縮部30昇壓的38.8t/h低壓蒸氣則提供給徑向渦輪復水發電機45做發電。
圖10係為本發明第2實施例中蒸氣處理設備的示意圖，第2實施例中蒸氣處理設備100同樣使用圖1所示之低壓蒸氣壓縮部30，其中低壓蒸氣壓縮部30係由壓縮機與電動機所構成。
在第2實施例中，係回收61.2t/h的第一低壓蒸氣以使購入蒸氣量可為0t/h，接著將中壓蒸氣集管SMH至第二低壓蒸氣集管SLH2的壓力降低量令為0t/h，使第二低壓蒸氣集管SLH2至第一低壓蒸氣集管SLH1的降低量能利用集管平衡來決定。本實施例中，為了讓額外的購入蒸氣量為0t/h，係將56t/h的第一低壓蒸氣昇壓至1.05MPaG，其次，把利用中壓蒸氣驅動的60台幫浦其中的33台變更為適用1.05MPaG的規格，並將其與準中壓蒸氣集管SubSMH連接。本實施例中，由於低壓蒸氣壓縮部30會將回收後的低壓蒸氣使用完畢，因此不會產生多餘的低壓蒸氣。
圖11係為本發明第3實施例中蒸氣處理設備的示意圖，第3實施例中蒸氣處理設備100係使用圖6所示之低壓蒸氣壓縮部60(混氣復水渦輪壓縮機)，其中低壓蒸氣壓縮部60係由壓縮機與混氣渦輪機所構成。
在第3實施例中，透過各個製程單元10的釜型熱交換器38回收100t/h的第一低壓蒸氣，接著將中壓蒸氣集管SMH至第二低壓蒸氣集管SLH2的壓力降低量令為0t/h，使第二低壓蒸氣集管SLH2至第一低壓蒸氣集管SLH1的降低量能利用集管平衡來決定。本實施例中，為了讓額外的購入蒸氣量降至最低，係使用低壓蒸氣壓縮部60將57t/h的第一低壓蒸氣昇壓至1.05MPaG，同時令導入至低壓蒸氣壓縮部60之混氣渦輪機的1.05MPaG中壓蒸氣量為0.15MPaG第一低壓蒸氣量的1/4，接著把利用中壓蒸氣驅動的60台幫浦其中的27台變更為適用1.05MPaG的規格，並將其與準中壓蒸氣集管SubSMH連接。本實施例中，由於低壓蒸氣壓縮部30會將回收後的低壓蒸氣使用完畢，因此不會產生多餘的低壓蒸氣。
圖12係為本發明第4實施例中蒸氣處理設備的示意圖，第4實施例中蒸氣處理設備100係使用圖7所示之低壓蒸氣壓縮部70，其中低壓蒸氣壓縮部70係由壓縮機、混氣渦輪機及電動發電機62所構成。
在第4實施例中，透過各個製程單元10的釜型熱交換器38回收130t/h的第一低壓蒸氣，接著將中壓蒸氣集管SMH至第二低壓蒸氣集管SLH2的壓力降低量令為0t/h，使第二低壓蒸氣集管SLH2至第一低壓蒸氣集管SLH1的降低量能利用集管平衡來決定。本實施例中，為了讓額外的購入蒸氣量降至最低，係使用低壓蒸氣壓縮部60將67t/h的第一低壓蒸氣昇壓至1.05MPaG，接著把利用中壓蒸氣驅動的60台幫浦其中的27台變更為適用1.05MPaG的規格，並將其與準中壓蒸氣集管SubSMH連接。本實施例中，由於低壓蒸氣壓縮部30會將回收後的低壓蒸氣使用完畢，因此不會產生多餘的低壓蒸氣。
圖13為第1~第3實施例中蒸氣處理設備的功效示意圖，從圖中可知，將第1~第3實施例中的蒸氣處理設備100與習知技術中單純使用低壓蒸氣進行渦輪發電的蒸氣處理設備相比，本發明的蒸氣處理設備具有3倍以上的經濟效益，那是由於本發明可將習知技術中利用金錢採購的中壓蒸氣使用低壓蒸氣昇壓後得到的中壓蒸氣來取代(其中低壓蒸氣係由製程流體加熱蒸發後所產生)，因此能讓工廠全體以合理的成本運作。
以上透過實施例對本發明做了詳細的說明，但此僅為舉例性而非用以限制本發明，本領域技術人員有能力將上述構成要素或各處理製程做適當地組合而得到其他的變化態樣，同時這些變化態樣亦包含於本發明的專利範圍內。
例如，在上述實施態樣中，可以是各個製程單元10的釜型熱交換器38利用冷卻水產生低壓蒸氣，接著將低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣。也可以是各個製程單元10將使用後的冷卻水回收，利用熱泵把冷卻水加熱得到低壓蒸氣，再將低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣，或者是同時使用前述的兩種方式得到低壓蒸氣。習知技術中，冷卻後返回的冷卻水一般透過冷卻塔等做單純的熱放出後再使用於下一次的冷卻循環中，如果是使用本發明的構成，可大幅減少熱放出量，將其變換為利用價值高的蒸氣，顯著地提升蒸氣處理設備的節能效果。
最後，在產業利用上，本發明係可應用於石油精煉工廠、石油化學工廠、火力發電廠等工廠中。
10_1、10_n‧‧‧製程單元
11‧‧‧鍋爐
13‧‧‧第一壓力控制閥
15‧‧‧第二壓力控制閥
17‧‧‧高壓蒸氣使用裝置
19‧‧‧中壓蒸氣使用裝置
21‧‧‧低壓蒸氣使用裝置
24‧‧‧壓縮機
26‧‧‧電動機
30‧‧‧低壓蒸氣壓縮部
38‧‧‧釜型熱交換器
100‧‧‧蒸氣處理設備
AFC‧‧‧空冷式熱交換器
BFW‧‧‧冷卻水
SHH‧‧‧高壓蒸氣集管
SLH‧‧‧低壓蒸氣集管
SMH‧‧‧中壓蒸氣集管

Claims (12)

  1. 一種蒸氣處理設備，其係包含：一中壓蒸氣集管，其係收納中壓蒸氣；一低壓蒸氣集管，其係收納低壓蒸氣；多個製程單元，其係連接該中壓蒸氣集管和該低壓蒸氣集管；以及一低壓蒸氣壓縮部，其係把該低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣後，將中壓蒸氣提供給該中壓蒸氣集管，其中，各該製程單元產生的低壓蒸氣被該低壓蒸氣集管回收，該低壓蒸氣集管回收的低壓蒸氣被該低壓蒸氣壓縮部昇壓為中壓蒸氣後，該中壓蒸氣集管將中壓蒸氣提供給各該製程單元。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之蒸氣處理設備，其中該低壓蒸氣壓縮部包含：一壓縮機，其係用以壓縮該低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣；一蒸氣渦輪機，其係利用該低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣啟動該壓縮機；以及一電動機，當該蒸氣渦輪機啟動該壓縮機後，該電動機取代該蒸氣渦輪機讓該壓縮機保持運轉。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之蒸氣處理設備蒸氣處理設備，其中該低壓蒸氣壓縮部包含：一壓縮機，其係用以壓縮該低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣；以及一蒸氣渦輪機，其係利用該低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣驅動該壓縮機。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之蒸氣處理設備，其中該低壓蒸氣壓縮部包含： 一壓縮機，其係用以壓縮該低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣；以及一混氣渦輪機，其係利用該低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣和該中壓蒸氣集管提供的中壓蒸氣驅動該壓縮機。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之蒸氣處理設備，其中該低壓蒸氣壓縮部包含：一壓縮機，其係用以壓縮該低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣；一混氣渦輪機，其係利用該低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣和該中壓蒸氣集管提供的中壓蒸氣驅動該壓縮機；以及一電動發電機，當該混氣渦輪機產生超過驅動該壓縮機所需動力的多餘動力時，該電動發動機利用該多餘動力進行誘導發電。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之蒸氣處理設備，當該混氣渦輪機未產生該多餘動力時，該壓縮機係被合併動力所驅動，該合併動力係為該混氣渦輪機產生之動力與該電動發電機產生之動力兩者的總和。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之蒸氣處理設備，其中該低壓蒸氣壓縮部包含：一壓縮機，其係用以壓縮該低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣；以及一蒸氣渦輪機或一混氣渦輪機，該蒸氣渦輪機係利用該低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣驅動該壓縮機，該混氣渦輪機係利用該低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣和該中壓蒸氣集管提供的中壓蒸氣驅動該壓縮機，其中，該低壓蒸氣壓縮部在啟動時係利用該蒸氣渦輪機或該混氣渦輪機產生的真空，讓該壓縮機呈真空狀態。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之蒸氣處理設備，其中各該製程單元包含一熱交換器，該熱交換器係利用製程流體將水加熱蒸發為低壓蒸氣。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之蒸氣處理設備，其係更包含： 一冷卻水回收手段，其係回收各該製程單元所使用的冷卻水；以及一熱泵，其係將回收後的冷卻水加熱為低壓蒸氣。
  10. 一種蒸氣處理設備，其係包含：一中壓蒸氣集管，其係收納中壓蒸氣；一低壓蒸氣集管，其係收納低壓蒸氣；一準中壓蒸氣集管，其係收納壓力值介於中壓蒸氣與低壓蒸氣之間的準中壓蒸氣；多個製程單元，其係連接該中壓蒸氣集管、該低壓蒸氣集管以及該準中壓蒸氣集管；以及一低壓蒸氣壓縮部，其係把該低壓蒸氣集管提供的低壓蒸氣昇壓為準中壓蒸氣後，將準中壓蒸氣提供給該準中壓蒸氣集管，其中，各該製程單元產生的低壓蒸氣被該低壓蒸氣集管回收，該低壓蒸氣集管回收的低壓蒸氣被該低壓蒸氣壓縮部昇壓為準中壓蒸氣後，該準中壓蒸氣集管將準中壓蒸氣提供給各該製程單元。
  11. 一種蒸氣處理設備，其係包含：一中壓蒸氣集管，其係收納中壓蒸氣；一低壓蒸氣集管，其係收納低壓蒸氣；一準低壓蒸氣集管，其係收納壓力值低於低壓蒸氣的準低壓蒸氣；多個製程單元，其係連接該中壓蒸氣集管、該低壓蒸氣集管以及該準低壓蒸氣集管；以及一低壓蒸氣壓縮部，其係把該準低壓蒸氣集管提供的準低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣後，將中壓蒸氣提供給該中壓蒸氣集管，其中，各該製程單元產生的準低壓蒸氣被該準低壓蒸氣集管回收，該準低壓蒸氣集管回收的準低壓蒸氣被該低壓蒸氣壓縮部昇壓為中壓 蒸氣後，該中壓蒸氣集管將中壓蒸氣提供給各該製程單元。
  12. 一種蒸氣處理方法，其係包含下列步驟：利用多個製程單元回收低壓蒸氣；將回收的低壓蒸氣昇壓為中壓蒸氣；以及將昇壓的中壓蒸氣提供給各該製程單元。
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