WO2001018400A1 - Verdichteranlage und verfahren zur verdichtung eines gases - Google Patents

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WO2001018400A1
WO2001018400A1 PCT/EP2000/007964 EP0007964W WO0118400A1 WO 2001018400 A1 WO2001018400 A1 WO 2001018400A1 EP 0007964 W EP0007964 W EP 0007964W WO 0118400 A1 WO0118400 A1 WO 0118400A1
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Gert Hinsenkamp
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Alup-Kompressoren Gmbh
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    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C29/04—Heating; Cooling; Heat insulation

Definitions

  • the invention relates to a compressor system for compressing gases, in particular atmospheric air using a liquid-injected compressor, and a method for compressing a gas in a corresponding system.
  • the object of the invention is to specify a compressor system and a method for operating such a system, with which the aforementioned disadvantages are avoided and an optimized one Operating behavior in particular with regard to the compressor efficiency and the quality of the injection liquid can be achieved in a simple design.
  • the invention is based on the recovery of the liquid contained in the suction and compressed gas flow under all operating and ambient conditions for the continuous supplementation of the circulating liquid in the sense of a positive liquid balance. Accordingly, a compressor system according to the invention is provided with the following features:
  • liquid-injected compressor in particular a rotary compressor, which can be acted upon by a suction line with the gas to be compressed and which is connected on the outlet side to a pressure line.
  • an injection device for injecting injection liquid at an injection point into the suction line
  • the heat absorption channel cooled by the gas to be compressed is arranged downstream of the injection point in the suction line and the heat discharge channel cooling the compressed gas is arranged in the pressure line, and - A separating device for separating and feeding injection liquid from the cooled compressed gas into the liquid circuit.
  • the evaporation heat required when the injected spray liquid evaporates is extracted from the suction gas flow.
  • the warmer compressed gas can thus be cooled without external energy expenditure and the liquid contained therein can be condensed out.
  • the cooling ne optimized process control and in particular an improved degree of filling of the compressor is achieved.
  • the separating device comprises a condensate separator connected in the pressure line to the heat absorption channel of the heat exchanger, in particular a separating cyclone, and a condensate return line which preferably opens into the compressor at an intermediate pressure level for connecting the condensate separator to the liquid circuit.
  • the spraying device have an atomizing nozzle connected to the liquid circuit via a branch line and opening into the suction line at the spraying point for the finely atomized spraying of injection liquid into the gas to be compressed.
  • a further improvement in this regard results from an evaporation channel arranged in the suction line downstream of the injection point for the evaporation of injected injection liquid while cooling the gas to be compressed. If the flow cross-section is sufficient for the gas flow to be as loss-free as possible, the longitudinal extent of the evaporation channel should be at least 10 times its average transverse extent.
  • the evaporation channel is arranged vertically.
  • the flow cross section of the evaporation channel is alternately narrowed and widened, as seen in the flow direction.
  • the evaporation channel can be formed by an internally corrugated pipe section.
  • the atomizer nozzle is arranged in a coaxial arrangement in the tubular nozzles. Vapor channel engages and is aligned in the flow direction or counterflow direction of the gas to be compressed.
  • An advantageous embodiment provides a device for limiting the amount of liquid circulating in the liquid circuit by removing excess injection liquid. This can be achieved in a simple manner in that a fill level controller is arranged on a settling tank of the liquid circuit.
  • a preferably physically working treatment device is provided which is connected to the liquid circuit. Foreign substances contained in the injection liquid can thus be kept in suspension until they are removed from the circuit with the excess liquid obtained.
  • the heat exchanger is arranged in the cold area of the cooling air duct of a liquid-air cooler connected to the liquid circuit.
  • the heat exchanger is designed as a tube bundle heat exchanger, the heat absorption channel carrying the cooled suction gas being formed by the tube bundle which has only slight flow losses, while the heat emission channel runs through the jacket space surrounding the tube bundle.
  • the gas drawn in via a suction line is compressed in a liquid-injected compressor and fed as compressed gas into a pressure line, the injection liquid, in particular water, is circulated through the compressor in a liquid circuit,
  • the injection liquid sprayed in at the injection point is advantageously branched off from the liquid circuit.
  • the gas to be compressed in the suction line is enriched with evaporated injection liquid up to the dew point. This can be achieved by injecting the injection liquid with a proportion of 0.1 to 5% by weight of the gas to be compressed.
  • the gas to be compressed is subjected to the waste heat of the compressor in the suction area upstream of the injection point.
  • a particularly favorable process sequence is achieved in that the temperature of the compressed gas after the heat exchanger is less than or equal to the temperature of the gas to be compressed before the injection point. It is also advantageous if the temperature of the gas to be compressed is lowered by spraying in injection liquid so that the gas to be compressed enters the compressor at a colder temperature than the ambient temperature.
  • FIG. 1 is a block diagram of a compressor system with water-injected screw compressor for compressing atmospheric air.
  • FIG. 2 shows an evaporation channel for the evaporation of injection water in the suction-side air flow in an enlarged representation of FIG. 1.
  • the compressor system shown in the drawing essentially consists of a water-injected screw compressor 16 which can be supplied with atmospheric air via a suction line 10 and which is connected on the outlet side via a settling tank 12 to a pressure line 14, a water circuit 18 for the circulation of injection water through the screw compressor, an injection device 20 for spraying water at an injection point 22 into the suction line 10, a heat exchanger 24 for cooling the compressed air by the cooled suction air and a separating device 26 for separating and feeding in condensed water from the compressed air into the water circuit 18.
  • the screw compressor 16 has two axially parallel screw rotors, not shown, which are driven in opposite directions by means of a motor 28, the interlocking screw threads of which continuously reduce the working volume from the suction inlet 30 to the pressure outlet 32.
  • injection water is injected into the compression area of the compressor 16 via an injection opening 34.
  • the injection water discharged together with the compressed air via the line branch 36 is largely collected in the settling tank 12 and recooled by the water recooler 38 arranged in the water circuit 18 before it reaches the compressor 16 again.
  • Water treatment device 40 is provided, which can be formed, for example, by a physically operating polarization unit, as is known per se from drinking water treatment.
  • Part of the amount of water in the water circuit 18 is discharged from the settling tank 12 together with the compressed air via the pressure line 14 in a liquid and vaporous state.
  • water recovery is provided which ensures a positive water balance in all environmental conditions.
  • the suction air is first cooled by means of the spray device 20 in relation to the ambient temperature or the suction temperature at the suction point 42 of the suction line 10.
  • the spraying device 20 has an atomizing nozzle 46 which is connected to the water circuit 18 via a branch line 44 and a shut-off valve 47 arranged therein and which opens at the injection point 22 downstream of an air filter 48 into the suction line 10.
  • the atomizing nozzle 46 designed as an axial full or hollow cone nozzle to produce a spray cone 50 formed from finely divided water droplets is aligned in a coaxial arrangement with a downstream evaporation channel 52.
  • the flow cross-section of the evaporation channel 52 formed by a corrugated pipe section 54 is alternately narrowed and expanded in the flow direction by constrictions 56 and bulges 58 in order to achieve subsequent atomization of water droplets deposited on the inner wall of the pipe.
  • a water film driven by shear stress in the flow direction of the suction air is formed on the wall, which is torn off in the narrowest cross section when the next constriction 56 is reached and is atomized in the process.
  • the spraying conditions are selected so that saturation to 100% relative humidity of the suction air is achieved. The enthalpy of evaporation required for this is taken from the suction air flow, which experiences a temperature drop as a result.
  • the suction air stream cooled in this way is passed through the heat receiving duct 60 of the heat exchanger 24 and from there via a suction control valve 62 into the compressor 16, while the pressurized gas stream is guided through the heat discharge duct 64 of the heat exchanger 24 and is thereby cooled on the heat transfer surface 66 while heating the suction air stream , whereby the water of injection carried in the compressed air condenses out. It is advantageous here if the heat exchanger 24 is arranged in the cold region (intake region 68) of the cooling air duct of the water recooler 38.
  • the separating device 26 has a separating cyclone 70, which is connected downstream of the heat release channel 64 and which is connected via a condensate drain 72 and a condensate return line 74 to a point of lower pressure in the water circuit 18, preferably to the compressor 16.
  • the compressed air dried in the manner described above is provided via a check valve 76 at the outlet of the pressure line 14.
  • the atmospheric air drawn in contains water in the form of atmospheric moisture, which is introduced into the water circuit 18 via the settling tank 12 and the separating device 26.
  • an automatically operating device 78 for example a level controller 82 cooperating with a drain valve 80, is provided on the settling tank 12. In this way, the quality of the injection water can be stabilized, since no fresh water or inlet water changing the composition is required.
  • the level-controlled discharge of excess water is also partially flushed out by the water treatment device 40 in suspension, so that a concentration during the compressor operation is excluded.
  • the temperature reduction of the suction air and the water recovery is achieved in the manner described above without any significant effort.
  • the possible temperature reduction is so great that even after the heat exchanger 24 has flowed through, the inlet temperature of the air into the compressor 16 can still be below the ambient temperature.
  • An improved degree of filling of the compressor is thereby achieved.
  • the isotherm between suction point 42 and outlet point 77 of the compressor system can be approximated or undershot, which results in an advantageously low energy requirement, in particular due to cheaper operating options downstream compressed air dryer.
  • the method according to the invention leads in a kind of self-reinforcing effect to the greatest possible condensate production and thus maintains the positive water balance.
  • the relative humidity of the suction air upstream of the injection point 22 can advantageously be reduced by the ambient air drawn in being heated by suitable flow guidance using the waste heat from the compressor system. The method according to the invention is thus still functional without problems even in the extreme case of a relative ambient air humidity of 100%.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verdichteranlage zur Verdichtung von Gasen sowie ein entsprechendes Arbeitsverfahren. Um ein günstiges Betriebsverhalten, insbesondere eine positive Flüssigkeitsbilanz zu erreichen, wird folgende Merkmalskombination vorgeschlagen : a) ein über eine Saugleitung (10) mit dem zu verdichtenden Gas beaufschlagbarer, ausgangsseitig mit einer Druckleitung (14) verbundener flüssigkeitseingespritzter Verdichter (16), b) ein Flüssigkeitskreislauf (18) zur Zirkulation von Einspritzflüssigkeit durch den Verdichter (16) hindurch, c) eine Einsprühvorrichtung (20) zum Einsprühen von Einspritzflüssigkeit an einer Einsprühstelle (22) in die Saugleitung (10), d) ein Wärmetauscher (24), dessen Wärmeaufnahmekanal (60) stromab von der Einsprühstelle (22) in der Saugleitung (10) und dessen Wärmeabgabekanal (64) in der Druckleitung (14) angeordnet ist, und e) eine Abscheidevorrichtung (26) zur Abscheidung und Einspeisung von Einspritzflüssigkeit aus dem abgekühlten Druckgas in den Flüssigkeitskreislauf (18).

Description

Verdichteranlage und Verfahren zur Verdichtung eines Gases
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Verdichteranlage zur Verdichtung von Gasen, insbesondere atmosphärischer Luft unter Einsatz eines flüssigkeitseingespritz- ten Verdichters sowie ein Verfahren zur Verdichtung eines Gases in einer entsprechenden Anlage.
Anlagen dieser Art werden häufig mit Wasser als Einspritzfluid zur Kühlung, Schmierung und Abdichtung des Verdichters betrieben. Von entscheidender Bedeutung ist dabei die Beherrschung der Wasserqualität vor allem in Hinsicht auf die Vermeidung schädlicher Ablagerungen im Wasserkreislauf sowie der Vermeidung von Korrosionseinflüssen. Ein besonderes Problem liegt darin, daß auf der Druckseite des Verdichters zusammen mit dem ausgestoßenen Druckgas eine bestimmte Wassermenge in flüssigem und dampfförmigem Zustand verlorengeht. In diesem Zusammenhang wurde bereits zur externen Ergänzung des Verlustwassers vorgeschlagen, die Leitfähigkeit bzw. den pH-Wert innerhalb des Anlagenkreislaufs als Regelgrößen für eine gezielte Zudosierung von entsalztem bzw. salzfreiem Zulaufwasser zu erfassen. In der Praxis hat sich hierbei die Störanfälligkeit der Regeleinrichtung sowie der erhebliche Installations- und Instandhaltungsaufwand als nachteilig herausgestellt. Ein weiteres Problem besteht in der Zufuhr von Härtebildnern (z.B. Calcium- und Magnesiumionen) mit dem Zulaufwasser, die schon bei sehr geringer Leitfähigkeit in Verbindung mit dem atmosphärisch angesaugten Kohlendioxid störende Ablagerungen bilden können.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verdichteranlage und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage anzugeben, womit die vorgenannten Nachteile vermieden werden und ein optimiertes Betriebsverhalten insbesondere im Hinblick auf den Verdichterwirkungsgrad und die Qualität der Einspritzflüssigkeit in einfacher Bauform erreichbar wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die in den Patentansprüchen 1 bzw. 16 an- gegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht von einer Rückgewinnung der im Saug- und Druckgass- trom enthaltenen Flüssigkeit unter allen Betriebs- und Umgebungsbedingungen zur stetigen Ergänzung der Kreislaufflüssigkeit im Sinne einer positiven Flüssigkeitsbilanz aus. Dementsprechend ist erfindungsgemäß eine Verdichteranlage mit folgenden Merkmalen vorgesehen:
- ein über eine Saugleitung mit dem zu verdichtenden Gas beaufschlagba- rer, ausgangsseitig mit einer Druckleitung verbundener flüssigkeitseinge- spritzter Verdichter, insbesondere Rotationsverdichter,
- ein Flüssigkeitskreislauf zur Zirkulation von Einspritzflüssigkeit, insbesondere Wasser durch den Verdichter hindurch,
- eine Einsprühvorrichtung zum Einsprühen von Einspritzflüssigkeit an einer Einsprühstelle in die Saugleitung,
- ein Wärmetauscher, dessen von dem zu verdichtenden Gas gekühlter Wärmeaufnahmekanal stromab von der Einsprühstelle in der Saugleitung und dessen das Druckgas abkühlender Wärmeabgabekanal in der Druckleitung angeordnet ist, und - eine Abscheidevorrichtung zur Abscheidung und Einspeisung von Einspritzflüssigkeit aus dem abgekühlten Druckgas in den Flüssigkeitskreislauf. Die beim Verdunsten von eingesprühter Einspritzflüssigkeit benötigte Verdunstungswärme wird dem Sauggasstrom entzogen. Damit läßt sich das wärmere Druckgas ohne externen Energieaufwand abkühlen und darin enthaltene Flüssigkeit auskondensieren. Zugleich wird durch die Abkühlung ei- ne optimierte Prozeßführung und insbesondere ein verbesserter Füllgrad des Verdichters erreicht.
Vorteilhafterweise umfaßt die Abscheidevorrichtung einen in der Druckleitung dem Wärmeaufnahmekanal des Wärmetauschers nachgeschalteten Kondensatabscheider, insbesondere einen Abscheidezyklon sowie eine vorzugsweise auf ein Zwischendruckniveau in den Verdichter mündende Kondensatrückleitung zur Verbindung des Kondensatabscheiders mit dem Flüssigkeitskreislauf.
Um die Verdunstung unter Oberflächenvergrößerung zu fördern, wird vorgeschlagen, daß die Einsprühvorrichtung eine über eine Abzweigleitung mit dem Flüssigkeitskreislauf verbundene, an der Einsprühstelle in die Saugleitung mündende Zerstäuberdüse zur fein vernebelten Einsprühung von Ein- spritzflüssigkeit in das zu verdichtende Gas aufweist. Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht ergibt sich durch einen in der Saugleitung stromab von der Einsprühstelle angeordneten Verdunstungskanal zur Verdunstung von eingesprühter Einspritzflüssigkeit unter Abkühlung des zu verdichtenden Gases. Bei ausreichendem Strömungsquerschnitt zur möglichst verlustfreien Gasführung sollte die Längserstreckung des Verdunstungskanals mindestens das 10-fache seiner durchschnittlichen Quererstreckung betragen.
Um die Zerstäubung durch Schwerkrafteinwirkung zu unterstützen, ist es vorteilhaft, wenn der Verdunstungskanal lotrecht angeordnet ist. Für eine Nachzerstäubung ist es auch günstig, wenn der Strömungsquerschnitt des Verdunstungskanals in Strömungsrichtung gesehen abwechselnd verengt und erweitert ist. Hierzu kann der Verdunstungskanal durch ein innenseitig gewelltes Rohrstück gebildet sein. Um die zerstäubten Flüssigkeitströpfchen mit möglichst langer Verweilzeit im Gasstrom zu halten, ist es von Vorteil, wenn die Zerstäuberdüse in koaxialer Anordnung in den rohrförmigen Ver- dunstungskanal eingreift und in Stromrichtung oder Gegenstromrichtung des zu verdichtenden Gases ausgerichtet ist.
Eine vorteilhafte Ausführung sieht eine Einrichtung zur Begrenzung der in dem Flüssigkeitskreislauf zirkulierenden Flüssigkeitsmenge durch Ableitung überschüssiger Einspritzflüssigkeit vor. Diese kann auf einfache Weise dadurch realisiert werden, daß an einem Absetzbehälter des Flüssigkeitskreislaufs ein Füllstandregler angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine in den Flüssigkeitskreislauf eingeschaltete, vorzugsweise physikalisch arbeitende Behandlungseinrichtung vorgesehen. Damit lassen sich in der Einspritzflüssigkeit enthaltene Fremdstoffe feinverteilt in der Schwebe halten, bis sie mit dem erzielten Flüssigkeitsüberschuß aus dem Kreislauf entfernt werden.
Um die Temperatur des Wärmetauschers in günstiger Weise zu erniedrigen, ist es von Vorteil, wenn der Wärmetauscher im kalten Bereich der Kühlluftführung eines in den Flüssigkeitskreislauf eingeschalteten Flüssigkeits- Luftkühlers angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist der Wärmetauscher als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet ist, wobei der das abgekühlte Sauggas führende Wärmeaufnahmekanal durch das nur geringe Strömungsverluste aufweisende Rohrbündel gebildet ist, während der Wärmeabgabekanal durch den das Rohrbündel umgebenden Mantelraum hindurch verläuft.
Zur verfahrensmäßigen Lösung der eingangs genannten Aufgabe werden folgende Verfahrensschritte vorgeschlagen:
- das über eine Saugleitung angesaugte Gas wird in einem flüssigkeitsein- gespritzten Verdichter komprimiert und als Druckgas in eine Druckleitung eingespeist, - die Einspritzflüssigkeit, insbesondere Wasser wird in einem Flüssigkeitskreislauf durch den Verdichter hindurch zirkuliert,
- Einspritzflüssigkeit wird an einer Einsprühstelle in die Saugleitung eingesprüht und unter Abkühlung des zu verdichtenden Gases verdunstet, - das Druckgas wird in einem Wärmetauscher durch das zu verdichtende Gas abgekühlt, und
- die bei der Abkühlung des Druckgases kondensierte Einspritzflüssigkeit wird abgeschieden und in den Flüssigkeitskreislauf eingespeist.
Vorteilhafterweise wird die an der Einsprühstelle eingesprühte Einspritzflüssigkeit aus dem Flüssigkeitskreislauf abgezweigt.
Zur möglichst weiten Temperaturabsenkung wird das zu verdichtende Gas in der Saugleitung bis zum Taupunkt mit verdunsteter Einspritzflüssigkeit ange- reichert. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Einspritzflüssigkeit mit einem Anteil von 0,1 bis 5 Gew.% des zu verdichtenden Gases eingedüst wird.
Zur Verstärkung des saugseitigen Verdunstungseffekts ist es vorteilhaft, wenn das zu verdichtende Gas im Ansaugbereich vor der Einsprühstelle mit der Abwärme des Verdichters beaufschlagt wird.
Ein besonders günstiger Prozeßablauf wird dadurch erreicht, daß die Temperatur des Druckgases nach dem Wärmetauscher kleiner oder gleich der Temperatur des zu verdichtenden Gases vor der Einsprühstelle ist. Weiter ist es von Vorteil, wenn die Temperatur des zu verdichtenden Gases durch Einsprühen von Einspritzflüssigkeit so abgesenkt wird, daß das zu verdichtende Gas kälter als die Umgebungstemperatur in den Verdichter eintritt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Verdichteranlage mit wassereingespritztem Schraubenverdichter zur Verdichtung von atmosphärischer Luft; und
Fig. 2 einen Verdunstungskanal zur Verdunstung von Einspritzwasser im saugseitigen Luftstrom in einer ausschnittsweise vergrößerten Darstellung der Fig. 1.
Die in der Zeichnung dargestellte Verdichteranlage besteht im wesentlichen aus einem über eine Saugleitung 10 mit atmosphärischer Luft beaufschlagbaren, ausgangsseitig über einen Absetzbehälter 12 mit einer Druckleitung 14 verbundenen wassereingespritzten Schraubenverdichter 16, einem Wasserkreislauf 18 zur Zirkulation von Einspritzwasser durch den Schraubenver- dichter, einer Einsprühvorrichtung 20 zum Einsprühen von Wasser an einer Einsprühstelle 22 in die Saugleitung 10, einem Wärmetauscher 24 zur Kühlung der Druckluft durch die abgekühlte Saugluft und einer Abscheidevorrichtung 26 zur Abscheidung und Einspeisung von Kondenswasser aus der Druckluft in den Wasserkreislauf 18.
Der Schraubenverdichter 16 weist zwei mittels Motor 28 gegensinnig drehend angetriebene, nicht gezeigte achsparallele Schraubenrotoren auf, deren ineinandergreifende Schraubengänge das Arbeitsvolumen vom Saugeinlaß 30 zum Druckauslaß 32 hin stetig verkleinern. Zur Kühlung, Schmie- rung und Abdichtung wird Einspritzwasser über eine Einspritzöffnung 34 in den Verdichtungsbereich des Verdichters 16 eingespritzt. Das zusammen mit der Druckluft über den Leitungszweig 36 ausgestoßene Einspritzwasser wird in dem Absetzbehälter 12 größtenteils aufgefangen und durch den in dem Wasserkreislauf 18 angeordneten Wasser-Rückkühler 38 rückgekühlt, bevor es erneut in den Verdichter 16 gelangt. Um Fremdstoffe in dem Einspritzwasser in der Schwebe zu halten, ist in dem Wasserkreislauf eine Wasserbehandlungseinrichtung 40 vorgesehen, welche beispielsweise durch eine physikalisch arbeitende Polarisationseinheit gebildet sein kann, wie sie aus der Trinkwasserbehandlung an sich bekannt ist.
Ein Teil der im Wasserkreislauf 18 befindlichen Wassermenge wird zusammen mit der Druckluft über die Druckleitung 14 in flüssigem und dampfförmigem Zustand aus dem Absetzbehälter 12 ausgetragen. Um einen druckseitigen Wasserverlust und damit einhergehend eine nachteilige Änderung der Wasserqualität zu verhindern, ist eine Wasserrückgewinnung vorgesehen, durch die bei allen Umgebungsbedingungen eine positive Wasserbilanz sichergestellt ist.
Zu diesem Zweck wird zunächst die Saugluft mittels der Einsprühvorrichtung 20 gegenüber der Umgebungstemperatur bzw. der Ansaugtemperatur an der Ansaugstelle 42 der Saugleitung 10 abgekühlt. Die Einsprühvorrichtung 20 weist hierzu eine über eine Abzweigleitung 44 und ein darin angeordnetes Absperrventil 47 mit dem Wasserkreislauf 18 verbundene Zerstäuberdüse 46 auf, die an der Einsprühstelle 22 stromab von einem Luftfilter 48 in die Saugleitung 10 mündet. Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, ist die zur Erzeu- gung eines aus feinverteilten Wassertröpfchen gebildeten Sprühkegels 50 als axiale Voll- oder Hohlkegeldüse ausgebildete Zerstäuberdüse 46 in koaxialer Anordnung auf einen nachgeordneten Verdunstungskanal 52 ausgerichtet. Der Strömungsquerschnitt des durch ein gewelltes Rohrstück 54 gebildeten Verdunstungskanals 52 ist in Strömungsrichtung gesehen durch Einschnürungen 56 und Ausbuchtungen 58 abwechselnd verengt und erweitert, um eine Nachzerstäubung von an der Rohrinnenwand abgeschiedenen Wassertröpfchen zu erreichen. Dabei bildet sich wandseitig ein in Strömungsrichtung der Saugluft schubspannungsgetriebener Wasserfϊlm aus, der bei Erreichen der nächstfolgenden Einschnürung 56 im engsten Quer- schnitt abgerissen und dabei zerstäubt wird. Hierbei ist es günstig, das Rohrstück 54 lotrecht anzuordnen, um die Zerstäubung durch Schwerkraft- einwirkung zu unterstützen. Die Einsprühbedingungen werden so gewählt, daß eine Sättigung auf 100% relativer Feuchte der Saugluft erreicht wird. Die dazu erforderliche Verdunstungsenthalpie wird dem Saugluftstrom entnommen, welcher dadurch eine Temperaturabsenkung erfährt.
Der auf diese Weise abgekühlte Saugluftstrom wird durch den Wärmeaufnahmekanal 60 des Wärmetauschers 24 und von dort über ein Ansaugregelventil 62 in den Verdichter 16 geleitet, während der Druckgasstrom durch den Wärmeabgabekanal 64 des Wärmetauschers 24 geführt und dabei an der Wärmeübertragungsfläche 66 unter Erwärmung des Saugluftstroms abgekühlt wird, wobei in der Druckluft mitgeführtes Einspritzwasser auskondensiert. Hierbei ist es günstig, wenn der Wärmetauscher 24 im kalten Bereich (Ansaugbereich 68) der Kühlluftführung des Wasser-Rückkühlers 38 angeordnet ist.
Zur Rückspeisung des auskondensierten Einspritzwassers weist die Abscheidevorrichtung 26 einen dem Wärmeabgabekanal 64 nachgeschalteten Abscheidezyklon 70 auf, der über einen Kondensatablaß 72 und eine Kondensatrückleitung 74 mit einer Stelle niedrigeren Drucks des Wasserkreis- laufs 18, vorzugsweise mit dem Verdichter 16 verbunden ist. Die auf die vorstehend beschriebene Weise getrocknete Druckluft wird über ein Rückschlagventil 76 am Ausgang der Druckleitung 14 bereitgestellt.
Die atmosphärisch angesaugte Luft enthält Wasser in Form von Luftfeuch- tigkeit, das über den Absetzbehälter 12 und die Abscheidevorrichtung 26 in den Wasserkreislauf 18 eintragen wird. Zur Begrenzung der in der Anlage befindlichen Gesamtwassermenge ist an dem Absetzbehälter 12 eine automatisch arbeitende Einrichtung 78, beispielsweise ein mit einem Ablaßventil 80 zusammenwirkender Füllstandsregler 82 vorgesehen. Auf diese Weise läßt sich die Qualität des Einspritzwassers stabilisieren, da kein die Zusammensetzung veränderndes Frisch- bzw. Zulaufwasser erforderlich ist. Durch die niveaugeregelte Abgabe von Überschußwasser werden auch die mittels der Wasserbehandlungseinrichtung 40 in der Schwebe gehaltenen Fremdstoffe anteilig ausgespült, so daß eine Aufkonzentrierung während des Verdichterbetriebs ausgeschlossen ist.
Die Temperaturabsenkung der Saugluft und die Wasserrückgewinnung wird in der vorstehend beschriebenen Weise ohne nennenswerten Aufwand erreicht. Für praktisch relevante Werte der relativen Feuchte der angesaugten Luft ist die mögliche Temperaturabsenkung so groß, daß selbst nach Durch- Strömung des Wärmetauschers 24 die Eintrittstemperatur der Luft in den Verdichter 16 noch unterhalb der Umgebungstemperatur liegen kann. Dadurch wird ein verbesserter Füllgrad des Verdichters erzielt. Weiter kann bei einer im Bereich von 10 K liegenden Temperaturzunahme während der Verdichtung die Isotherme zwischen Ansaugstelle 42 und Auslaßstelle 77 der Verdichteranlage angenähert oder unterschritten werden, woraus ein vorteilhaft niedriger Energiebedarf insbesondere durch günstigere Betriebsmöglichkeiten nachgeschalteter Drucklufttrockner folgt.
Während geringe Luftfeuchtigkeit und hohe Umgebungstemperaturen bei herkömmlicher Betriebsweise im Hinblick auf die Wasserbilanz kritische Betriebsbedingungen darstellen, führt hier das erfindungsgemäße Verfahren in einer Art von selbstverstärkendem Effekt zur größtmöglichen Kondensatproduktion und hält damit die positive Wasserbilanz aufrecht. Dabei kann die relative Feuchtigkeit der Saugluft vor der Einsprühstelle 22 vorteilhaft verrin- gert werden, indem die angesaugte Umgebungsluft durch geeignete Strömungsführung unter Ausnutzung der Abwärme der Verdichteranlage erwärmt wird. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren selbst im Extremfall einer relativen Umgebungsluftfeuchte von 100% noch problemlos funktionsfähig.

Claims

Patentansprüche
1. Verdichteranlage zur Verdichtung von Gasen, insbesondere atmosphärischer Luft, mit a) einem über eine Saugleitung (10) mit dem zu verdichtenden
Gas beaufschlagbaren, ausgangsseitig mit einer Druckleitung (14) verbundenen flüssigkeitseingespritzten Verdichter (16), insbesondere Rotationsverdichter, b) einem Flüssigkeitskreislauf (18) zur Zirkulation von Einspritz- flüssigkeit, insbesondere Wasser durch den Verdichter (16) hindurch, c) einer Einsprühvorrichtung (20) zum Einsprühen von Einspritzflüssigkeit an einer Einsprühstelle (22) in die Saugleitung (10), d) einem Wärmetauscher (24), dessen von dem zu verdichtenden Gas gekühlter Wärmeaufnahmekanal (60) stromab von der
Einsprühstelle (22) in der Saugleitung (10) und dessen das Druckgas abkühlender Wärmeabgabekanal (64) in der Druckleitung (14) angeordnet ist, und e) einer Abscheidevorrichtung (26) zur Abscheidung und Einspei- sung von Einspritzflüssigkeit aus dem abgekühlten Druckgas in den Flüssigkeitskreislauf (18).
2. Verdichteranlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidevorrichtung (26) einen in der Druckleitung (14) dem Wärmeaufnahmekanal (60) des Wärmetauschers (24) nachgeschalteten Kondensatabscheider (70), insbesondere einen Abscheidezyklon aufweist.
3. Verdichteranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidevorrichtung (26) eine vorzugsweise in den Verdichter (16) mündende Kondensatrückleitung (74) zur Verbindung des Kondensatabscheiders (70) mit dem Flüssigkeitskreislauf (18) aufweist.
4. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsprühvorrichtung (20) eine über eine Abzweigleitung (44) mit dem Flüssigkeitskreislauf (18) verbundene, an der Einsprühstelle (22) in die Saugleitung (10) mündende Zerstäuberdüse (46) zur fein vernebelten Einsprühung von Einspritzflüssigkeit in das zu verdichtende Gas aufweist.
5. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen in der Saugleitung (10) stromab von der Einsprühstelle (22) angeordneten Verdunstungskanal (52) zur Verdunstung von eingesprühter Einspritzflüssigkeit unter Abkühlung des zu verdichtenden Gases.
6. Verdichteranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Längserstreckung des Verdunstungskanals (52) mindestens das 10-fache seiner durchschnittlichen Quererstreckung beträgt.
7. Verdichteranlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdunstungskanal (52) lotrecht angeordnet ist.
8. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Strömungsquerschnitt des Verdunstungskanals (52) in Strömungsrichtung gesehen abwechselnd verengt und erweitert ist.
9. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Verdunstungskanal (52) durch ein innenseitig gewelltes Rohrstück (54) gebildet ist.
10. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäuberdüse (46) in koaxialer Anordnung in den rohrförmigen Verdunstungskanal (52) eingreift und in Stromrich- tung oder Gegenstromrichtung des zu verdichtenden Gases ausgerichtet ist
11. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (78) zur Begrenzung der in dem Flüssig- keitskreislauf (18) zirkulierenden Flüssigkeitsmenge durch Ableitung überschüssiger Einspritzflüssigkeit.
12. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Absetzbehälter (12) des Flüssigkeits- kreislaufs (18) ein Füllstandregler (82,80) angeordnet ist.
13. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine in den Flüssigkeitskreislauf (18) eingeschaltete vorzugsweise physikalisch arbeitende Behandlungseinrichtung (40), wel- ehe in der Einspritzflüssigkeit enthaltene Fremdstoffe als Schwebestoffe feinverteilt in der Schwebe hält.
14. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Flüssigkeitskreislauf (18) ein Flüssigkeits- Rückkühler (38) zur Luftkühlung der Einspritzflüssigkeit angeordnet ist, und daß der Wärmetauscher (24) im kalten Bereich (68) der Kühlluftführung des Flüssigkeits-Rückkühlers (38) angeordnet ist.
15. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Wärmetauscher (24) als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet ist, wobei der Wärmeaufnahmekanal (60) durch die Rohre und der Wärmeabgabekanal (64) durch den das Rohrbündel umgebenden Mantelraum gebildet ist.
16. Verfahren zur Verdichtung eines Gases, insbesondere atmosphäri- scher Luft in einer Verdichteranlage, bei welchem a) das über eine Saugleitung (10) angesaugte Gas in einem flüs- sigkeitseingespritzten Verdichter (16) komprimiert und als Druckgas in eine Druckleitung (14) eingespeist wird, b) die Einspritzflüssigkeit, insbesondere Wasser in einem Flüssig- keitskreislauf (18) durch den Verdichter (16) hindurch zirkuliert wird, c) Einspritzflüssigkeit an einer Einsprühstelle (22) in die Saugleitung (10) eingesprüht und unter Abkühlung des zu verdichtenden Gases verdunstet wird, d) das Druckgas in einem Wärmetauscher (24) durch das zu verdichtende Gas abgekühlt wird, und e) die bei der Abkühlung des Druckgases kondensierte Einspritzflüssigkeit abgeschieden und in den Flüssigkeitskreislauf (18) eingespeist wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Einsprühstelle (22) eingesprühte Einspritzflüssigkeit aus dem Flüssigkeitskreislauf (18) abgezweigt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdichtende Gas in der Saugleitung (10) bis zum Taupunkt mit verdunsteter Einspritzflüssigkeit angereichert wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Einspritzflüssigkeit mit einem Anteil von 0,1 bis 5
Gew.% des zu verdichtenden Gases eingedüst wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdichtende Gas im Ansaugbereich vor der Einsprühstelle (22) mit der Abwärme des Verdichters (16) beauf- schlagt wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Druckgases nach dem Wärmetauscher (24) kleiner oder gleich der Temperatur des zu verdichtenden Gases vor der Einsprühstelle (22) ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des zu verdichtenden Gases durch Einsprühen von Einspritzflüssigkeit so abgesenkt wird, daß das zu verdichtende Gas kälter als die Umgebungstemperatur in den Verdichter (16) eintritt.
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