用于分离空气并加热源自空气分离装置的空气气体的方法和一体装置的制造方法
【专利说明】用于分离空气并加热源自空气分离装置的空气气体的方法和一体装置
[0001]本申请是申请号为201180012476.1的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2011年3月3日，发明名称为“用于分离空气并加热源自空气分离装置的空气气体的方法和一体装置”。
技术领域
[0002]本发明涉及用于分离空气并加热源自空气分离装置的空气气体的方法和一体装置。
【背景技术】
[0003]常常需要将空气分离装置的气态产品之一加热到使用温度。特别地，已知:
[0004].使用电或蒸汽加热器来加热来自冷箱的残留氮气，以再生冷箱上游的空气净化单元的吸附剂；
[0005].使用烟道气来预热喷射到富氧燃烧锅炉中的氧气。
[0006]使用电力来加热流体意味着浪费“贵”能量，因为热能与电能之间的转换效率充其量不超过50%。
[0007]在发电厂中，来自蒸汽循环的渗出蒸汽可以引起显著的发电损失。
[0008]从热力学的观点来看，在图1中，可以看出在横坐标轴上表示热交换E并在纵坐标轴上表示用于使用蒸汽V加热残留氮气WN2的温度T的交换图在热端收缩(pinc6)，而在冷端具有高AT。即使从蒸汽冷凝物回收热量(于是在冷端将存在较低的AT)，交换图也将保持整体大幅展开(即曲线之间的面积保持很大，这表示高熵损失)。
[0009]在“富氧燃烧”型发电厂中，为了预热输送到富氧燃烧工艺的氧气:
[0010].可以使用来自锅炉的烟道气；
[0011].可以通过在空气分离装置的压缩机的出口处回收热量来提高设备的总体效率。
[0012]在后一种情形中，可以使用气体/气体(空气/O2)交换器，但这是一件很大的设备，该设备需要大的交换区域，同时具有很低的头部损失。
【发明内容】
[0013]本发明的一个目的是找到以低成本并在基本上恒定的温度下加热从而实现用于加热空气气体的有效热交换的手段。
[0014]根据本发明的一个特征，提供了一种用于分离空气并加热从空气分离获得的空气气体的一体装置，该一体装置包括:空气分离装置；热交换器；用于向热交换器输送空气中的气体的管道；以及用于向热交换器输送水的管道，用于输送水的管道与水预热交换器或水除气器的进水口或出水口连接，预热交换器和/或除气器连接到富氧燃烧锅炉，以便向其输送水并从锅炉接收水，锅炉还连接到分离装置，以便接收富氧气体。
[0015]根据可选的其它特征:
[0016]-向热交换器输送水的管道与水预热交换器的经预热的水出口或水除气器的经除气的水出口连接；
[0017]-空气气体是富含氧气的气体并且管道将热交换器连接到锅炉，以向锅炉输送富含氧气的经加热的气体；
[0018]-设有管道，该管道将热交换器与预热交换器的用于要被预热的水的入口连接，以向预热交换器输送已被用来加热空气气体的水，以在预热交换器中加热所述水；
[0019]-设有蒸汽供给管道，该蒸汽供给管道在热交换器上游连接到水管，以通过直接喷射到水中或者通过与水间接交换来提高水的温度；
[0020]-空气分离装置包括压缩空气供给管道、净化单元和包含蒸馏塔系统的冷箱，用于产生富氮气体的管道将冷箱与净化单元连接，并且热交换器连接到生产管道，以使得富氮气体在净化单元的上游被加热；
[0021]-空气分离装置包括压缩空气供给管道、净化单元和包含蒸馏塔系统的冷箱，预热交换器连接到压缩空气供给管道和/或来自冷箱的空气气体管道，以便加热计划用于锅炉的水，并且在适用的情况下连接到除气器；
[0022]-所述装置包括用于向除气器输送在预热交换器中预热的水的器件和用于将经预热和除气的水从除气器输送到锅炉的器件。
[0023]根据本发明的另一个特征，提供了一种用于分离空气并加热通过空气分离而产生的空气气体的一体方法，其中，空气在空气分离装置中分离，富含氧气的气体从空气分离装置输送到锅炉，来自空气分离装置的空气气体通过与从水预热交换器下游取得的经预热或待预热的呈液体形式的水和/或与来自水除气器的经除气或待除气的呈液体形式的水间接换热而被加热，预热交换器和/或除气器处理往来于富氧燃烧锅炉(19)的水，用来预热空气的水优选处于100°C与200°C之间的温度下。
[0024]在适用的情况下:
[0025]-用来加热空气气体的水已在预热交换器中被加热并且在适用的情况下在除气器中被除气；
[0026]-通往空气分离装置的空气在压缩机中被压缩并且空气通过与来自锅炉的水换热而在预热交换器中被冷却；
[0027]-空气在压缩机中被压缩，然后在净化单元中被净化，并且使用已被热交换器中的水加热的来自空气分离装置的氮气使净化单元再生；
[0028]-所有在压缩机中被压缩的空气都被输送到空气分离装置；
[0029]-在热交换器中冷却的水被送回预热交换器，以在所述预热交换器中预热所述水；
[0030]-输送到热交换器的水处于5与20bar(绝对压力)之间的压力下；
[0031]-在除气器中被除气的水的至少一部分被直接输送到锅炉。
[0032]使用液体形式的水流BFW来加热空气气体的热优势在图2中的交换图中清楚可见，所述交换图在横坐标轴上表示热交换E并在纵坐标轴上表示用于加热残留氮气WN2的温度Τ，Δ T在整个加热过程中都是均匀的并且较低。
【附图说明】
[0033]将参考附图更详细地描述本发明，在附图中，
[0034]图1是使用蒸汽V加热残留氮气WN2的交换图，
[0035]图2是使用液体形式的水流BFW加热残留氮气WN2的交换图，
[0036]图3和4示出了根据本发明的加热装置。
【具体实施方式】
[0037]在图3中，示出了包括压缩机1、交换器5、净化单元6和冷箱9的空气分离装置。在压缩机中压缩的全部空气3通过与往来于被供给氧气17和燃料(未示出)的富氧燃烧锅