TW202331100A - 蒸汽增壓方法及設備 - Google Patents
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Abstract
本發明公開了一種蒸汽增壓方法及設備,涉及能源技術領域,採用氣壓缸,氣壓缸被自由活塞分為待增壓側和施壓側,該蒸汽增壓方法包括以下步驟:待增壓蒸汽進入待增壓側,壓力氣體進入施壓側,直至施壓側的氣壓大於待增壓側的氣壓;壓力氣體推動自由活塞對待增壓蒸汽增壓。本發明降低了蒸汽壓縮過程的耗能,使壓縮的蒸汽回用有更好的經濟性,並且提高了蒸汽壓縮後能達到更高的壓力和溫度。
Description
本發明涉及能源技術領域,具體涉及一種蒸汽增壓方法及設備。
蒸汽是工業生產中常見的流體相態,也是重要的加熱熱源。加熱用的熱源蒸汽主要是通過其它能源的燃燒產生,如燃煤、燃氣蒸汽鍋爐等。蒸汽壓力越高,可以利用其熱能的場合就越多。為了充分利用工業生產中的低壓蒸汽熱能,盡可能多的減少燃煤、燃氣鍋爐的碳排放,非常有必要對工業生產中的低壓蒸汽進行增壓,提升壓力和溫度,使其適應更多的熱能利用場合。
現有蒸汽增壓的方法通常有兩種,一種是利用電能驅動的壓縮設備,如離心式或容積式壓縮機,直接將蒸汽壓縮,提升蒸汽的壓力;另一種是利用更高壓力的蒸汽,通過降壓噴射吸入低壓蒸汽,產生低於噴射蒸汽壓力、高於吸入蒸汽壓力的中壓混合蒸汽。
第一種方式電能驅動的離心式或容積式壓縮設備,因為蒸汽有壓力升高溫度也隨壓力同步升高的固有物理性質,因此要得到更高壓力的蒸汽,壓縮設備需要在耐受高壓的同時耐受更高的溫度。現有電能驅動的離心式或容積式壓縮設備,因受製造設備的密封、材料等條件制約,直接將蒸汽壓縮後的壓力通常低於1.0Mpa,溫度低於200℃,無法將蒸汽壓縮至更高的壓力和溫度。同時,也是因為蒸汽的固有物性,蒸汽的溫度不能低於特定壓力下的飽和溫度,否則蒸汽就會冷凝,產生液體。現有電能驅動的離心式或容積式壓縮設備,在壓縮蒸汽時,吸入蒸汽的溫度不能低於其壓力下的飽和溫度。由於蒸汽入口溫度不能進一步降低,這類設備壓縮蒸汽的效率要低於壓縮其它可以進一步降低溫度的氣體,也就是說壓縮蒸汽的耗能遠高於壓縮可進一步降溫的氣體。第二種方式蒸汽噴射提升壓力的方法,需要使用更高壓力的蒸汽降壓噴射來提升低壓力蒸汽的壓力,得到中等壓力的混合蒸汽。此方法可用於某些特殊的應用場合,但無法將蒸汽壓縮提升到比噴射蒸汽高的壓力和溫度。
為解決前述問題,本發明提供了一種蒸汽增壓方法,降低蒸汽壓縮過程的耗能,使壓縮的蒸汽回用有更好的經濟性;並使蒸汽壓縮後能達到更高的壓力和溫度,擴大壓縮蒸汽回用的場合,節省其它能源的消耗。
為了達到上述目的,本發明採用如下技術方案:
一種蒸汽增壓方法,該蒸汽增壓方法採用氣壓缸,將該氣壓缸中自由活塞兩側設置為待增壓側和施壓側,在增壓時:當施壓側的氣壓小於待增壓蒸汽的壓力時,自由活塞向施壓側移動,待增壓蒸汽通入待增壓側;將壓力氣體通入施壓側,直至施壓側的氣壓大於待增壓側的氣壓;壓力氣體推動自由活塞向待增壓側移動,對待增壓蒸汽增壓。
可選的,待增壓蒸汽為液態物質接受熱能後汽化而成的汽相物質;壓力氣體為與待增壓蒸汽相同壓力參數下,其冷凝溫度低於待增壓蒸汽飽和溫度50℃以上的氣體。
可選的,待增壓蒸汽在增壓前的壓力區間為0.01Mpa至20Mpa,增壓後的壓力區間為0.1Mpa至30Mpa,待增壓蒸汽在增壓前和增壓後的溫度不低於相同壓力下待增壓蒸汽的汽-液相平衡溫度。
可選的,該氣壓缸設有至少1個,該氣壓缸的數量大於1時,若干該氣壓缸的待增壓側串聯連通;前一級待增壓側排出的增壓後的待增壓蒸汽作為後一級待增壓側的待增壓蒸汽。
可選的,該氣壓缸的待增壓側設有進汽閥和出汽閥,待增壓蒸汽由該進汽閥通入該待增壓側,增壓後的待增壓蒸汽由該出汽閥排出該待增壓側,單個氣壓缸的施壓側設有進氣控制閥和排氣控制閥,壓力氣體由該進氣控制閥通入該施壓側,由該排氣控制閥排出該施壓側。
可選的,單個氣壓缸的施壓側設有第一進氣緩衝罐和第一排氣緩衝罐,壓力氣體從該第一進氣緩衝罐經該進氣控制閥進入該施壓側,從施壓側經排氣控制閥排出至該第一排氣緩衝罐。
可選的,該第一進氣緩衝罐和該第一排氣緩衝罐之間設有第一增壓氣路,該第一增壓氣路包括第一換熱器、第一冷卻器和第一壓縮機;該第一排氣緩衝罐與該第一冷卻器由第一排氣管路連通,該第一冷卻器與該第一壓縮機連通,該第一壓縮機與該第一進氣緩衝罐由第一進氣管路連通,該第一進氣管路和該第一排氣管路同時經過該第一換熱器,該第一排氣緩衝罐排出的壓力氣體與該第一壓縮機升壓後的壓力氣體在該第一換熱器中熱交換降溫,再經該第一冷卻器進一步降溫冷卻後,進入該第一壓縮機,壓力氣體在該第一增壓氣路內迴圈增壓;該氣壓缸的數量大於1時,壓力氣體在各級該氣壓缸所連接的該第一增壓氣路中迴圈增壓。
可選的,該氣壓缸的數量大於1時,若干該氣壓缸的施壓側串聯連通形成第二增壓氣路,壓力氣體在該第二增壓氣路內迴圈增壓;該第二增壓氣路還包括第二進氣緩衝罐、第二排氣緩衝罐、第二換熱器、第二冷卻器和第二壓縮機,每級氣壓缸的進氣控制閥均連通有該第二進氣緩衝罐,第一級氣壓缸的排氣控制閥連通該第二排氣緩衝罐,該第二排氣緩衝罐與該第二冷卻器由第二排氣管路連通,該第二冷卻器與該第二壓縮機連通,該第二壓縮機通過第二進氣管路與最後一級氣壓缸所連通的第二進氣緩衝罐連通,後一級氣壓缸的排氣控制閥與前一級氣壓缸所連通的第二進氣緩衝罐連通,該第二進氣管路和該第二排氣管路同時經過該第二換熱器。
本發明具有如下有益效果:本發明所提供的蒸汽增壓方法,蒸汽增壓壓縮後的蒸汽品質可以達到蒸汽鍋爐的出汽品質,並且最高壓力接近於氣體常規壓縮能達到的最高壓力,溫度不低於該壓力下的氣液相平衡溫度,這是現有技術無法達到的。現有技術如果達到同樣的壓力和溫度,那麼不僅需要能夠承受更高壓力更高溫度的壓縮機,並且將產生巨大的能耗。而採用本實施例所提供的蒸汽增壓方法,僅使用現有的壓縮設備即可將蒸汽壓力提升至30Mpa以上,同時,克服了現有的壓縮設備在壓縮蒸汽時吸入蒸汽的溫度不能低於其壓力下的飽和溫度這一原理性缺陷,使得壓縮蒸汽的效率得到大幅提高,進而有效節約了能耗。相比於採用蒸汽噴射提升壓力的方法,本發明對於蒸汽壓力和溫度提升的上限更高。與此同時,自由活塞移動僅需克服和殼體間的摩擦力,活塞在壓縮過程中承受的壓力差小,無需承受更高的壓力、更高的溫度,運行的可靠性高。自由活塞和殼體的幾何尺寸可以根據負荷需求放大,可以滿足大規模工業的生產。
此外,本發明還提供了一種蒸汽增壓設備,包括氣壓缸、進汽閥、出汽閥和控制閥,將該氣壓缸中自由活塞兩側設置為待增壓側和施壓側,該進汽閥和該出汽閥設置於該待增壓側,待增壓蒸汽通過該進汽閥通入該待增壓側;該控制閥設於該施壓側,壓力氣體通過該控制閥通入施壓側,直至待增壓側的氣壓大於施壓側的氣壓;壓力氣體推動自由活塞對待增壓蒸汽增壓,完成增壓的待增壓蒸汽通過該出汽閥排出該氣壓缸。
可選的,該蒸汽增壓設備還包括控制系統,該控制系統包括控制單元和感測器,該控制閥與該控制單元連接,該控制單元與該感測器連接,該感測器採集待增壓側和施壓側的壓力資料和/或該自由活塞在待增壓側和施壓側的位置資料;該控制單元接收該感測器採集的位置資料和/或壓力資料,並計算待增壓側和施壓側的壓差,根據該壓差和/或位置資料控制該控制閥。
可選的,該進汽閥為低壓進汽單向閥,該出汽閥為高壓出汽單向閥;或,該進汽閥和該出汽閥均為驅動閥。
可選的,該氣壓缸設有至少1個,該氣壓缸的數量大於1時,前一級氣壓缸的出汽閥與後一級氣壓缸的進汽閥連通,使若干該氣壓缸的待增壓側串聯;前一級待增壓側排出的增壓後的待增壓蒸汽作為後一級待增壓側的待增壓蒸汽。
可選的,該控制閥包括進氣控制閥和排氣控制閥,壓力氣體由該進氣控制閥通入該施壓側,由該排氣控制閥排出該施壓側。
可選的,單個氣壓缸的施壓側設有第一進氣緩衝罐和第一排氣緩衝罐,壓力氣體從該第一進氣緩衝罐經該進氣控制閥進入該施壓側,從施壓側經排氣控制閥排出至第一排氣緩衝罐。
可選的,該第一進氣緩衝罐和該第一排氣緩衝罐之間設有第一增壓氣路,該第一增壓氣路包括第一換熱器、第一冷卻器和第一壓縮機;該第一排氣緩衝罐與該第一冷卻器由第一排氣管路連通,該第一冷卻器與該第一壓縮機連通,該第一壓縮機與該第一進氣緩衝罐由第一進氣管路連通,該第一進氣管路和該第一排氣管路同時經過該第一換熱器,該第一排氣緩衝罐排出的壓力氣體與該第一壓縮機升壓後的壓力氣體在該第一換熱器中熱交換降溫,再經該第一冷卻器進一步降溫冷卻後,進入該第一壓縮機,壓力氣體在該第一增壓氣路內迴圈增壓。
可選的,該第一壓縮機為離心式壓縮機或容積式壓縮機。
可選的,該氣壓缸的數量大於1時,壓力氣體在各級該氣壓缸所連接的該第一增壓氣路中迴圈增壓。
可選的,該氣壓缸的數量大於1時,若干該氣壓缸的施壓側串聯連通形成第二增壓氣路,壓力氣體在該第二增壓氣路內迴圈增壓;該第二增壓氣路還包括第二進氣緩衝罐、第二排氣緩衝罐、第二換熱器、第二冷卻器和第二壓縮機,每級氣壓缸的進氣控制閥均連通有該第二進氣緩衝罐,第一級氣壓缸的排氣控制閥連通該第二排氣緩衝罐,該第二排氣緩衝罐與該第二冷卻器由第二排氣管路連通,該第二冷卻器與該第二壓縮機連通,該第二壓縮機通過第二進氣管路與最後一級氣壓缸所連通的第二進氣緩衝罐連通,後一級氣壓缸的排氣控制閥與前一級氣壓缸所連通的第二進氣緩衝罐連通,該第二進氣管路和該第二排氣管路同時經過該第二換熱器。
可選的,該第二壓縮機為離心式壓縮機或容積式壓縮機。
可選的,該蒸汽增壓設備還包括緩衝罐,該緩衝罐通過該出汽閥與該氣壓缸連通,待增壓蒸汽增壓後通過該出汽閥進入該緩衝罐。
本發明所提供的蒸汽增壓設備的有益效果,與前述蒸汽增壓方法的有益效果推理過程相類似,在此不再贅述。
本發明的這些特點和優點將會在下面的具體實施方式以及附圖中進行詳細的揭露。本發明最佳的實施方式或手段將結合附圖來詳盡表現,但並非是對本發明技術方案的限制。另外,在每個下文和附圖中出現的這些特徵、要素和元件是具有多個,並且為了表示方便而標記了不同的符號或數位,但均表示相同或相似構造或功能的部件。
下面結合本發明實施例的附圖對本發明實施例的技術方案進行解釋和說明,但下述實施例僅為本發明的優選實施例,並非全部。基於實施方式中的實施例,本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得其他實施例,都屬於本發明的保護範圍。
在本說明書中引用的“一個實施例”或“實例”或“例子”意指結合實施例本身描述的特定特徵、結構或特性可被包括在本專利公開的至少一個實施例中。“在一個實施例中”在說明書中的各位置的出現不必都是指同一個實施例。
在具體實施方式的所有實施例中所提到的待增壓蒸汽,均是指液態物質接受熱能後汽化而成的汽相物質,具體而言,是指液態物質接受熱能後汽化成一定的壓力和溫度的汽相物質,其溫度等於或高於相平衡的飽和溫度。移出一定的熱能後,汽相物質將會冷凝生成同類的液相物質,此物質可以是單一的純物質,也可以是兩種或多種具有同類特徵的混合物質,在此不作限定。待增壓蒸汽在增壓前的壓力區間為0.01Mpa至20Mpa,增壓後的壓力區間為0.1Mpa至30Mpa,並且,待增壓蒸汽在增壓前和增壓後的溫度不低於相同壓力下待增壓蒸汽的汽-液相平衡溫度。
在具體實施方式的所有實施例中所提到的壓力氣體,均是指與待增壓蒸汽相同壓力參數下,其冷凝溫度低於待增壓蒸汽飽和溫度50℃以上的氣體,並且,在冷凝過程中不產生液體,如氮氣、氧氣、氫氣、氦氣、二氧化碳氣體等單一的純物質氣體,也可以是兩種或多種物質具有同類特徵的混合物質氣體,在此亦不做限定。
實施例一:
本實施例提供了一種蒸汽增壓方法,採用了一個氣壓缸,將所採用的氣壓缸中自由活塞兩側設置為待增壓側和施壓側。
氣壓缸的待增壓側設有進汽閥和出汽閥,待增壓蒸汽由進汽閥通入待增壓側,增壓後的待增壓蒸汽由出汽閥排出待增壓側。施壓側設有進氣控制閥和排氣控制閥,進氣控制閥連通有第一進氣緩衝罐,排氣控制閥連通有第一排氣緩衝罐。
本實施例所提供的蒸汽增壓方法在增壓時:
(1)自由活塞位於待增壓側端極限位置,關閉施壓側壓力氣體進氣控制閥、打開排氣控制閥,壓力氣體排氣至排氣緩衝罐中,當施壓側壓力低於待增壓蒸汽壓力時,待增壓蒸汽通過進汽單向閥進入待增壓側,推動自由活塞向施壓側端移動,當自由活塞移動到施壓側端極限位置時,待增壓側蒸汽進汽完成;
(2)關閉施壓側排氣控制閥、打開進氣控制閥,比待增壓蒸汽壓力高的壓力氣體從進氣緩衝罐進入施壓側,當施壓側氣壓高於待壓側時,施壓側壓力氣體推動自由活塞向待增壓側端移動,對待增壓側中的待增壓蒸汽增壓;
(3)當待增壓側氣壓高於出汽緩衝罐的壓力時,增壓後的蒸汽通過出汽單向閥排到出汽緩衝罐中,直至自由活塞位於待增壓側端極限位置。
待增壓蒸汽完成增壓後的壓力區間為0.1Mpa至30Mpa,並且,待增壓蒸汽在增壓前和增壓後的溫度不低於相同壓力下待增壓蒸汽的汽-液相平衡溫度。待增壓蒸汽完成增壓後排出待增壓側,向外界提供增壓後的蒸汽。
第一進氣緩衝罐和第一排氣緩衝罐之間設有第一增壓氣路,第一增壓氣路包括第一換熱器、第一冷卻器和第一壓縮機;第一排氣緩衝罐與第一冷卻器由第一排氣管路連通,第一冷卻器與第一壓縮機連通,第一壓縮機與第一進氣緩衝罐由第一進氣管路連通。完成對待增壓蒸汽的增壓後,壓力氣體從施壓側經排氣控制閥排出至第一排氣緩衝罐,由第一排氣緩衝罐進入第一冷卻器進行冷卻後,進入第一壓縮機進行增壓,增壓後進入第一進氣緩衝罐,再由第一進氣緩衝罐進入施壓側,以對壓力氣體的迴圈增壓複用。同時,第一進氣管路和第一排氣管路同時經過第一換熱器,由第一排氣緩衝罐排出的壓力氣體與第一壓縮機升壓後的壓力氣體在第一換熱器中熱交換降溫,再經第一冷卻器進一步降溫冷卻後,方才進入第一壓縮機。以此,實現了壓力氣體在第一增壓氣路內迴圈增壓。
重複1至3的步驟,實現氣壓缸的進汽-壓縮-排汽的迴圈過程。
本實施例所提供的蒸汽增壓方法,蒸汽增壓壓縮後的蒸汽品質可以達到蒸汽鍋爐的出汽品質,並且最高壓力接近於氣體常規壓縮能達到的最高壓力,溫度不低於該壓力下的氣液相平衡溫度,這是現有技術無法達到的。現有技術如果達到同樣的壓力和溫度,那麼不僅需要能夠承受更高壓力更高溫度的壓縮機,並且將產生巨大的能耗。而採用本實施例所提供的蒸汽增壓系統,僅使用現有的壓縮設備即可將蒸汽壓力提升至30Mpa以上,同時,克服了現有的壓縮設備在壓縮蒸汽時吸入蒸汽的溫度不能低於其壓力下的飽和溫度這一原理性缺陷,使得壓縮蒸汽的效率得到大幅提高,進而有效節約了能耗。相比於採用蒸汽噴射提升壓力的方法,本實施例所提供的蒸汽增壓系統對於蒸汽壓力提升的上限更高。與此同時,自由活塞移動僅需克服和殼體間的摩擦力,活塞在壓縮過程中承受的壓力差小,無需承受更高的壓力、更高的溫度,運行的可靠性高。自由活塞和殼體的幾何尺寸可以根據負荷需求放大,可以滿足大規模工業的生產。
實施例二
本實施例提供了一種蒸汽增壓方法。與實施例一不同的是,本實施例所提供的蒸汽增壓方法,使用了多個氣壓缸,所使用的氣壓缸的待增壓側串聯連通,即前一級氣壓缸的待增壓側排出的經過增壓的蒸汽,進入後一級氣壓缸的待增壓側,作為後一級氣壓缸的待增壓蒸汽,實現對待增壓蒸汽的多級增壓。待增壓蒸汽完成增壓後,由最後一級氣壓缸排出其待增壓側,向外界提供增壓後的蒸汽。
本實施例中,每個氣壓缸的施壓側均連接有第一增壓氣路,壓力氣體在各級氣壓缸所連接的第一增壓氣路中迴圈增壓。所連接的第一增壓氣路,與實施例一中所提供的第一增壓氣路相同,在此不再贅述。
優選的,本實例單級氣壓缸蒸汽的壓縮比為1.5-8.5。
本實施例所提供的蒸汽增壓方法,在實施例一所進行的蒸汽增壓的基礎上,通過多級串聯的方式,進一步提升蒸汽的壓力。
實施例三
本實施例提供了一種蒸汽增壓方法。與實施例二不同的是,本實施例中同樣串聯了多個能承受高壓和高溫的氣壓缸,由外界提供的待增壓蒸汽進入的第一個氣壓缸作為第一級,向外界提供增壓後的蒸汽的氣壓缸作為最後一級。但是,本實施例所使用的氣壓缸的施壓側串聯聯通,形成第二增壓氣路。具體而言:
第二增壓氣路還包括第二進氣緩衝罐、第二排氣緩衝罐、第二換熱器、第二冷卻器和第二壓縮機。本實施例中,第二排氣緩衝罐僅用一個,第二進氣緩衝罐的數量與氣壓缸的數量相同,每級氣壓缸的進氣控制閥均連通第二進氣緩衝罐,第一級氣壓缸的排氣控制閥連通第二排氣緩衝罐,第二排氣緩衝罐與第二冷卻器由第二排氣管路連通,第二冷卻器與第二壓縮機連通,第二壓縮機通過第二進氣管路與最後一級氣壓缸所連通的第二進氣緩衝罐連通,並且後一級氣壓缸的排氣控制閥與前一級氣壓缸所連通的第二進氣緩衝罐連通。
完成對待增壓蒸汽的增壓後,壓力氣體從第一級氣壓缸的施壓側經排氣控制閥排出至第二排氣緩衝罐,由第二排氣緩衝罐進入第二冷卻器進行冷卻後,進入第二壓縮機進行增壓,增壓後進入最後一級氣壓缸所連通的第二進氣緩衝罐。再由該第二進氣緩衝罐進入最後一級氣壓缸的施壓側,再由最後一級氣壓缸的施壓側逐級向在前的氣壓缸的施壓側輸送壓力氣體,即後一級施壓側的排氣作為前一級施壓側的進氣,第一級施壓側排出氣體作為最後一級施壓側增壓氣路的進氣。與此同時,第二進氣管路和第二排氣管路同時經過第二換熱器,由第二壓縮機升壓後的壓力氣體與第二排氣緩衝罐排出的壓力氣體在第二換熱器中耦合。以此,實現了壓力氣體在第二增壓氣路內迴圈增壓。
優選的,本實例單級氣壓缸蒸汽的壓縮比為1.5-8.5。
本實施例所提供的蒸汽增壓方法的有益效果,與實施例二所提供的蒸汽增壓方法的有益效果推理過程相類似,在此不再贅述。
實施例四
如圖1所示,本實施例提供了一種蒸汽增壓設備,蒸汽增壓設備用以執行前述實施例一該的蒸汽增壓方法,設備包括氣壓缸1、進汽閥2、出汽閥3、控制閥4、緩衝罐5、控制系統6、第一進氣緩衝罐7、第一排氣緩衝罐8和第一增壓氣路9。
氣壓缸1由自由活塞11分為待增壓側12和施壓側13,進汽閥2和出汽閥3同時設置於待增壓側12,控制閥4包括進氣控制閥41和排氣控制閥42,進氣控制閥41和排氣控制閥42同時設置於施壓側13。
控制系統6採用負反饋控制,包括控制單元61和感測器(圖中未示出),進氣控制閥41和排氣控制閥42各自與控制單元61連接,控制單元61與感測器連接,實施例中,感測器為位置感測器和/或壓力感測器,可單獨使用位置感測器,也可單獨使用壓力感測器,也可二者同時使用,在此不作限定,單獨使用位置感測器時,位置感測器採集活塞11在待增壓側12和施壓側13的位置資料,單獨使用壓力感測器時,壓力感測器採集待增壓側12和施壓側13的壓力數據。控制單元61接收感測器採集的位置資料和/或壓力資料並計算待增壓側12和施壓側13的壓差,根據壓差和/或位置資料控制控制閥4。
本實施例中,進汽閥2為低壓進汽單向閥,出汽閥3為高壓出汽單向閥,以節約蒸汽增壓系統的成本。在其他實施例中,進汽閥2和出汽閥3還可為驅動閥。當採用驅動閥時,進汽閥2設置進汽氣壓閾值,出汽閥3設置出汽氣壓閾值。進汽氣壓閾值參照低壓進汽單向閥的通過壓力,出汽氣壓閾值參照高壓出汽單向閥的通過壓力。本實施例中所提及的驅動閥為電動、液動或氣動操縱動作的閥門,此為本領域常見的現有成熟技術,本領域技術人員可根據實際使用場景需求靈活選擇,在此不作限定。
進氣控制閥41與第一進氣緩衝罐7連通,排氣控制閥42與第一排氣緩衝罐8連通,第一進氣緩衝罐7和第一排氣緩衝罐8之間設有第一增壓氣路9,第一增壓氣路9包括第一換熱器91、第一冷卻器92和第一壓縮機93。第一排氣緩衝罐8與第一冷卻器92由第一排氣管路連通,第一冷卻器92與第一壓縮機93連通,第一壓縮機93與第一進氣緩衝罐7由第一進氣管路連通,第一進氣管路和該第一排氣管路同時經過第一換熱器91。本實施例中,第一換熱器91可以為浮頭式換熱器、固定管板式換熱器、U形管板換熱器、板式換熱器等,在此不作限定。第一壓縮機93為離心式壓縮機或容積式壓縮機,在此亦不作限定。當壓縮升壓後的壓力大於1.0Mpa時,優選容積式壓縮機。
出汽閥3通過排氣管與緩衝罐5連通,緩衝罐5通過緩衝罐控制閥51向系統外提供增壓後的蒸汽。
本實施例在工作時,當自由活塞11位於氣壓缸1中待增壓側12的極限位置,待增壓側12和施壓側13的壓差達到設定值後,控制單元61控制施壓側進氣壓力控制閥41關閉、排氣壓力控制閥42打開,當施壓側13內的壓力低於待增壓側12內的壓力時,待增壓蒸汽由進汽管21通過進汽閥2進入待增壓側12,推動自由活塞11向施壓側13端位移動直至極限位置。當自由活塞11移動到施壓側13端的極限位置時,待增壓側12和施壓側13的壓差達到設定值後,待增壓側12停止進汽,完成氣壓缸1的進汽。同時,控制單元61控制進氣控制閥41打開、排氣控制閥42關閉,第一增壓氣路9對壓力氣體增壓,並將壓力氣體從第一排氣緩衝罐7經進氣控制閥41不斷注入施壓側13,使施壓側13內的壓力不斷升高。當施壓側13內的壓力高於待增壓側12的壓力時,壓力氣體推動自由活塞11向待增壓側12方向運動,對待增壓側12內的待增壓蒸汽進行增壓。當待增壓側12內的蒸汽壓力高於緩衝罐5的壓力時,完成增壓的蒸汽通過排汽管31由出汽閥3進入緩衝罐5儲存備用,或在緩衝罐控制閥的控制下向蒸汽增壓設備外提供壓力蒸汽。當自由活塞11到達待增壓側12的極限位置,此時控制單元61控制進氣控制閥41關閉,排氣控制閥42打開,施壓側13停止進氣並開始排氣,當施壓側13的壓力低於待增壓側12的壓力時,自由活塞11向施壓側13方向移動,待增壓蒸汽進入氣壓缸1的待增壓側12,重複進入一個進汽、壓縮、排汽的迴圈過程。
排氣控制閥42打開後,壓力氣體排出施壓側13,其壓力已稍低於被壓縮的蒸汽的壓力,壓力氣體從施壓側經排氣控制閥42排出至第一排氣緩衝罐8,由第一排氣緩衝罐8進入第一冷卻器92進行冷卻後,進入第一壓縮機93進行增壓,增壓後進入第一進氣緩衝罐7,再由第一進氣緩衝罐7進入施壓側13,以對壓力氣體的迴圈增壓複用。同時,第一進氣管路和第一排氣管路同時經過第一換熱器91,由第一排氣緩衝罐8排出的壓力氣體與第一壓縮機93壓縮升壓後的壓力氣體在第一換熱器91中熱交換降溫,再經第一冷卻器92進一步降溫冷卻後,方才進入第一壓縮機93。然後經進氣控制閥41再次進入施壓側13,以實現壓力氣體在第一增壓回路9內迴圈使用。
本實施例所提供的蒸汽增壓設備的有益效果,與實施例一所提供的蒸汽增壓方法的有益效果推理過程相類似,在此不再贅述。
實施例五
本實施例提供了一種蒸汽增壓設備,用以執行前述實施例二該的蒸汽增壓方法。與實施例四不同的是,本實施例所提供的蒸汽增壓設備,使用了多個氣壓缸1,如圖2所示,圖2中示出了第一級氣壓缸1、第二級氣壓缸1以及最後一級氣壓缸1,中間省略了若干級氣壓缸1,由外界提供的待增壓蒸汽進入的第一個氣壓缸1作為第一級,向外界提供增壓後的蒸汽的氣壓缸1作為最後一級。本實施例在實施時,氣壓缸1的級數可根據實際需求靈活選擇,在此不作限定。
本實施例中,所使用的氣壓缸1的待增壓側12串聯連通,即前一級氣壓缸1的待增壓側12排出的經過增壓的蒸汽,進入後一級氣壓缸1的待增壓側12,作為後一級氣壓缸1的待增壓蒸汽,實現對待增壓蒸汽的多級增壓,最後一級氣壓缸1的出汽閥3通過排氣管與緩衝罐5連通,緩衝罐5通過緩衝罐控制閥51向系統外提供增壓後的蒸汽。
本實施例中,每個氣壓缸1的施壓側13均連接有第一增壓氣路9,壓力氣體在各級氣壓缸1所連接的第一增壓氣路9中迴圈增壓。所連接的第一增壓氣路9,與實施例四中所提供的第一增壓氣路9相同,在此不再贅述。
優選的,本實例單級氣壓缸蒸汽的壓縮比為1.5-8.5。
本實施例所提供的蒸汽增壓設備,其有益效果與實施例二所提供的蒸汽增壓方法的有益效果推理過程相類似,在此不再贅述。
實施例六
本實施例提供了一種蒸汽增壓設備,用以執行前述實施例三該的蒸汽增壓方法,如圖3所示,圖3中示出了第一級氣壓缸1、第二級氣壓缸1、以及最後一級氣壓缸1,中間省略了若干級氣壓缸1,同樣以由外界提供的待增壓蒸汽進入的第一個氣壓缸1作為第一級,向外界提供增壓後的蒸汽的氣壓缸1作為最後一級。本實施例在實施時,氣壓缸1的級數可根據實際需求靈活選擇,在此不作限定。
與實施例五不同的是,雖然本實施例中同樣串聯了多個氣壓缸1,但是,本實施例僅使用了一個第二排氣緩衝罐81,同時使用了多個第二進氣緩衝罐71,第二進氣緩衝罐71的數量與氣壓缸1的數量相同。本實施例中,所使用的氣壓缸1的施壓側13串聯聯通,形成第二增壓氣路94。施壓側13的壓力氣體在第二增壓回路94進行迴圈增壓,提供給每一級氣壓缸1的施壓側13。
第二增壓氣路94還包括第二進氣緩衝罐71、第二排氣緩衝罐81、第二換熱器95、第二冷卻器96和第二壓縮機97。每級氣壓缸1的進氣控制閥41均連通第二進氣緩衝罐71,第一級氣壓缸1的排氣控制閥42連通第二排氣緩衝罐81,第二排氣緩衝罐81與第二冷卻器96由第二排氣管路連通,第二冷卻器96與第二壓縮機97連通,第二壓縮機97通過第二進氣管路與最後一級氣壓缸1所連通的第二進氣緩衝罐71連通,並且後一級氣壓缸1的排氣控制閥42與前一級氣壓缸1所連通的第二進氣緩衝罐71連通。
完成對待增壓蒸汽的增壓後,壓力氣體從第一級氣壓缸1的施壓側13經排氣控制閥42排出至第二排氣緩衝罐81,由第二排氣緩衝罐81進入第二冷卻器96進行冷卻後,進入第二壓縮機97進行增壓,增壓後進入最後一級氣壓缸1所連通的第二進氣緩衝罐71。再由該第二進氣緩衝罐71進入最後一級氣壓缸1的施壓側,再由最後一級氣壓缸1的施壓側逐級向在前的氣壓缸1的施壓側13輸送壓力氣體,即後一級施壓側的排氣作為前一級施壓側的進氣,第一級施壓側排出氣體作為最後一級施壓側增壓氣路的進氣。與此同時,第二進氣管路和第二排氣管路同時經過第二換熱器95,由第二壓縮機97升壓後的壓力氣體與第二排氣緩衝罐81排出的壓力氣體在第二換熱器95中耦合。以此,實現了壓力氣體在第二增壓氣路內迴圈增壓。
優選的,本實例單級氣壓缸蒸汽的壓縮比為1.5-8.5。
本實施例所提供的蒸汽增壓設備的有益效果,與實施例三所提供的蒸汽增壓方法的有益效果推理過程相類似,在此不再贅述。
以上,僅為本發明的具體實施方式,但本發明的保護範圍並不局限於此,熟悉本領域的技術人員應該明白本發明包括但不限於附圖和上面具體實施方式中描述的內容。任何不偏離本發明的功能和結構原理的修改都將包括在申請專利範圍中。
1:氣壓缸
11:自由活塞
12:待增壓側
13:施壓側
2:進氣閥
21:進氣管
3:出氣閥
4:控制閥
41:進氣控制閥
42:排氣控制閥
5:緩衝罐
51:緩衝罐控制閥
6:控制系統
61:控制單元
7:第一進氣緩衝罐
71:第二進氣緩衝罐
8:第一排氣緩衝罐
81:第二排氣緩衝罐
9:第一增壓氣路
91:第一換熱器
92:第一冷卻器
93:第一壓縮機
94:第二增壓氣路
95:第二換熱器
96:第二冷卻器
97:第二壓縮機
圖1為本發明實施例四的示意圖;
圖2為本發明實施例五的示意圖;以及
圖3為本發明實施例六的示意圖。
1:氣壓缸
11:自由活塞
12:待增壓側
13:施壓側
2:進氣閥
21:進氣管
3:出氣閥
4:控制閥
41:進氣控制閥
42:排氣控制閥
5:緩衝罐
51:緩衝罐控制閥
6:控制系統
61:控制單元
7:第一進氣緩衝罐
8:第一排氣緩衝罐
9:第一增壓氣路
91:第一換熱器
92:第一冷卻器
93:第一壓縮機
Claims (20)
- 一種蒸汽增壓方法,該蒸汽增壓方法採用氣壓缸,其中,將該氣壓缸中自由活塞兩側設置為待增壓側和施壓側,在增壓時: 當施壓側的氣壓小於待增壓蒸汽的壓力時,自由活塞向施壓側移動,待增壓蒸汽通入待增壓側; 將壓力氣體通入施壓側,直至施壓側的氣壓大於待增壓側的氣壓; 壓力氣體推動自由活塞向待增壓側移動,對待增壓蒸汽增壓。
- 如請求項1的蒸汽增壓方法,其中,待增壓蒸汽為液態物質接受熱能後汽化而成的汽相物質;壓力氣體為與待增壓蒸汽相同壓力參數下,其冷凝溫度低於待增壓蒸汽飽和溫度50℃以上的氣體。
- 如請求項1的蒸汽增壓方法,其中,待增壓蒸汽在增壓前的壓力區間為0.01Mpa至20Mpa,增壓後的壓力區間為0.1Mpa至30Mpa,待增壓蒸汽在增壓前和增壓後的溫度不低於相同壓力下待增壓蒸汽的汽-液相平衡溫度。
- 如請求項1至3中任意一項的蒸汽增壓方法,其中,該氣壓缸設有至少1個,該氣壓缸的數量大於1時,若干該氣壓缸的待增壓側串聯連通;前一級待增壓側排出的增壓後的待增壓蒸汽作為後一級待增壓側的待增壓蒸汽。
- 如請求項4的蒸汽增壓方法,其中,該氣壓缸的待增壓側設有進汽閥和出汽閥,待增壓蒸汽由該進汽閥通入該待增壓側,增壓後的待增壓蒸汽由該出汽閥排出該待增壓側,單個氣壓缸的施壓側設有進氣控制閥和排氣控制閥,壓力氣體由該進氣控制閥通入該施壓側,由該排氣控制閥排出該施壓側。
- 如請求項5的蒸汽增壓方法,其中,單個氣壓缸的施壓側設有第一進氣緩衝罐和第一排氣緩衝罐,壓力氣體從該第一進氣緩衝罐經該進氣控制閥進入該施壓側,從施壓側經排氣控制閥排出至該第一排氣緩衝罐。
- 如請求項6的蒸汽增壓方法,其中,該第一進氣緩衝罐和該第一排氣緩衝罐之間設有第一增壓氣路,該第一增壓氣路包括第一換熱器、第一冷卻器和第一壓縮機; 該第一排氣緩衝罐與該第一冷卻器由第一排氣管路連通,該第一冷卻器與該第一壓縮機連通,該第一壓縮機與該第一進氣緩衝罐由第一進氣管路連通,該第一進氣管路和該第一排氣管路同時經過該第一換熱器,該第一排氣緩衝罐排出的壓力氣體與該第一壓縮機升壓後的壓力氣體在該第一換熱器中熱交換降溫,再經該第一冷卻器進一步降溫冷卻後,進入該第一壓縮機,壓力氣體在該第一增壓氣路內迴圈增壓; 該氣壓缸的數量大於1時,壓力氣體在各級該氣壓缸所連接的該第一增壓氣路中迴圈增壓。
- 如請求項4的蒸汽增壓方法,其中,該氣壓缸的數量大於1時,若干該氣壓缸的施壓側串聯連通形成第二增壓氣路,壓力氣體在該第二增壓氣路內迴圈增壓; 該第二增壓氣路還包括第二進氣緩衝罐、第二排氣緩衝罐、第二換熱器、第二冷卻器和第二壓縮機,每級氣壓缸的進氣控制閥均連通有該第二進氣緩衝罐,第一級氣壓缸的排氣控制閥連通該第二排氣緩衝罐,該第二排氣緩衝罐與該第二冷卻器由第二排氣管路連通,該第二冷卻器與該第二壓縮機連通,該第二壓縮機通過第二進氣管路與最後一級氣壓缸所連通的第二進氣緩衝罐連通,後一級氣壓缸的排氣控制閥與前一級氣壓缸所連通的第二進氣緩衝罐連通,該第二進氣管路和該第二排氣管路同時經過該第二換熱器。
- 一種蒸汽增壓設備,包括氣壓缸、進汽閥、出汽閥和控制閥,其中, 將該氣壓缸中自由活塞兩側設置為待增壓側和施壓側,該進汽閥和該出汽閥設置於該待增壓側,待增壓蒸汽通過該進汽閥通入該待增壓側;該控制閥設於該施壓側,壓力氣體通過該控制閥通入施壓側,直至待增壓側的氣壓大於施壓側的氣壓; 壓力氣體推動自由活塞對待增壓蒸汽增壓,完成增壓的待增壓蒸汽通過該出汽閥排出該氣壓缸。
- 如請求項9的蒸汽增壓設備,其中,該蒸汽增壓設備還包括控制系統,該控制系統包括控制單元和感測器,該控制閥與該控制單元連接,該控制單元與該感測器連接,該感測器採集待增壓側和施壓側的壓力資料和/或該自由活塞在待增壓側和施壓側的位置資料;該控制單元接收該感測器採集的位置資料和/或壓力資料,並計算待增壓側和施壓側的壓差,根據該壓差和/或位置資料控制該控制閥。
- 如請求項9的蒸汽增壓設備,其中,該進汽閥為低壓進汽單向閥,該出汽閥為高壓出汽單向閥;或,該進汽閥和該出汽閥均為驅動閥。
- 如請求項9至11中任意一項的蒸汽增壓設備,其中,該氣壓缸設有至少1個,該氣壓缸的數量大於1時,前一級氣壓缸的出汽閥與後一級氣壓缸的進汽閥連通,使若干該氣壓缸的待增壓側串聯;前一級待增壓側排出的增壓後的待增壓蒸汽作為後一級待增壓側的待增壓蒸汽。
- 如請求項12的蒸汽增壓設備,其中,該控制閥包括進氣控制閥和排氣控制閥,壓力氣體由該進氣控制閥通入該施壓側,由該排氣控制閥排出該施壓側。
- 如請求項13的蒸汽增壓設備,其中,單個氣壓缸的施壓側設有第一進氣緩衝罐和第一排氣緩衝罐,壓力氣體從該第一進氣緩衝罐經該進氣控制閥進入該施壓側,從施壓側經排氣控制閥排出至第一排氣緩衝罐。
- 如請求項14的蒸汽增壓設備,其中,該第一進氣緩衝罐和該第一排氣緩衝罐之間設有第一增壓氣路,該第一增壓氣路包括第一換熱器、第一冷卻器和第一壓縮機; 該第一排氣緩衝罐與該第一冷卻器由第一排氣管路連通,該第一冷卻器與該第一壓縮機連通,該第一壓縮機與該第一進氣緩衝罐由第一進氣管路連通,該第一進氣管路和該第一排氣管路同時經過該第一換熱器,該第一排氣緩衝罐排出的壓力氣體與該第一壓縮機升壓後的壓力氣體在該第一換熱器中熱交換降溫,再經該第一冷卻器進一步降溫冷卻後,進入該第一壓縮機,壓力氣體在該第一增壓氣路內迴圈增壓。
- 如請求項15的蒸汽增壓設備,其中,該第一壓縮機為離心式壓縮機或容積式壓縮機。
- 如請求項15的蒸汽增壓設備,其中,該氣壓缸的數量大於1時,壓力氣體在各級該氣壓缸所連接的該第一增壓氣路中迴圈增壓。
- 如請求項12的蒸汽增壓設備,其中,該氣壓缸的數量大於1時,若干該氣壓缸的施壓側串聯連通形成第二增壓氣路,壓力氣體在該第二增壓氣路內迴圈增壓; 該第二增壓氣路還包括第二進氣緩衝罐、第二排氣緩衝罐、第二換熱器、第二冷卻器和第二壓縮機,每級氣壓缸的進氣控制閥均連通有該第二進氣緩衝罐,第一級氣壓缸的排氣控制閥連通該第二排氣緩衝罐,該第二排氣緩衝罐與該第二冷卻器由第二排氣管路連通,該第二冷卻器與該第二壓縮機連通,該第二壓縮機通過第二進氣管路與最後一級氣壓缸所連通的第二進氣緩衝罐連通,後一級氣壓缸的排氣控制閥與前一級氣壓缸所連通的第二進氣緩衝罐連通,該第二進氣管路和該第二排氣管路同時經過該第二換熱器。
- 如請求項18的蒸汽增壓設備,其中,該第二壓縮機為離心式壓縮機或容積式壓縮機。
- 如請求項9至11的蒸汽增壓設備,其中,該蒸汽增壓設備還包括緩衝罐,該緩衝罐通過該出汽閥與該氣壓缸連通,待增壓蒸汽增壓後通過該出汽閥進入該緩衝罐。
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TW202331100A true TW202331100A (zh) | 2023-08-01 |
TWI848279B TWI848279B (zh) | 2024-07-11 |
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