用于使气流膨胀的方法和应用此方法的装置制造方法及图纸

一种在入口(A)和出口(B)之间使得气流(Q)膨胀的方法，入口用于供应处于入口压力(PA)和入口温度(TA)的特定入口条件下的气流，出口用于输送处于出口压力(PB)和出口温度(TB)的特定所需出口条件下的膨胀气体，其中，所述方法至少包括通过减压阀(5)使入口(A)和出口(B)之间的气流至少部分地膨胀以及通过减压单元(10)使气流至少部分地膨胀的步骤，减压单元具有由气体驱动的转子(11)，以便将包含在气体中的能量转换成轴(12)上的机械能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于使得气流膨胀的方法，所述气流更加具体地是诸如蒸汽或类似物的气体或者气体混合物。
技术介绍
在工业处理中，蒸汽通常用作驱动力或者作为所有种类的化学或者其它处理的抑制剂。通常在锅炉中产生蒸汽，所述锅炉的压力和温度大体上固定。工业处理通常需要压力和温度低于锅炉输出的压力和温度的蒸汽，其中，所需蒸汽条件还能够变化。因此，在大多数蒸汽设施中，在锅炉和下游工业处理之间使用减压阀，减压阀允许蒸汽膨胀至工业处理所需的理想压力。通常，使用饱和蒸汽，按照定义，所述饱和蒸汽不包含任何液体形式的水，原因在于蒸汽中存在的所有水均已经蒸发成气体。已知的是，在饱和蒸汽的情况下，在蒸汽的压力和温度之间存在明确关系。换言之，如果已知蒸汽温度，则还可以由蒸汽温度确定压力，反之亦然。减压阀因此更多或更少地打开或者关闭，以获得等于下游处理所需的压力。在膨胀期间，蒸汽的压力和温度根据热力学已知的等焓定律变化。这种控制的优势在于其极其简单。然而，这种控制的劣势在于压降不能用于有效转变为另一种形式的能量，诸如机械能或者电能。另一个劣势是其仅仅使得能够控制压力，其中，减压阀中的开始于饱和蒸汽的等焓膨胀经常以通常高于所需的温度供应过热蒸汽。蒸汽的过热还意味着下游处理中的热量低效交换并且结果必须尽可能限制蒸汽过热。为了降低蒸汽温度和过热水平，传统上使用锅炉或者“减温器”，所述锅炉或者“减温器”具有价格昂贵的劣势并且因此其容量有限。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供针对上面所述的劣势和其它劣势的一种或者多种解决方案。为此，本专利技术涉及在入口和出口之间使得诸如蒸汽或类似物的气体或者气体混合物的气流膨胀的方法，所述入口用于供应处于入口压力和入口温度的特定入口条件下的待膨胀的气体，所述出口用于输送处于出口压力和出口温度的特定所需出口条件下的膨胀气体，其中，所述方法至少包括通过减压阀使得所述入口和所述出口之间的气流至少部分地膨胀和通过减压单元使得所述气流至少部分地膨胀的步骤，其中，所述减压单元具有由气体驱动的转子，所述转子具有输出轴以便将气体中包含的能量转换成该输出轴上的机械能。通过应用这种减压单元，膨胀能量的至少一部分能够有效转换成减压单元的轴上的机械能，其中，这种机械能可以用于例如驱动发电机或者其它有用设备。与减压阀中的蒸汽的等焓膨胀形成对照，预期类型的减压单元中的压力膨胀而是根据多变或者近似等熵热力学定律进行，其中，与等焓膨胀相比，多变膨胀针对相同的压降产生更大的温度下降。由于装置的输入和输出之间的膨胀对于整个流动或者对于流动的特定部分是部分等焓和部分多变的，并且由于分别在减压阀和减压单元中等熵膨胀和多变膨胀之间的适当分布，和/或通过子流的适当分布，因此出口处的压力和温度可以被调节成下游处理所需的值，并且这没有应用额外的冷却或者蒸汽冷却器并且具有能够从多变膨胀中提取机械能的额外优势。优选地，螺杆膨胀器用作减压单元，减压单元提供了这样的优势，即，其还使得蒸汽能够膨胀至低于饱和温度的温度，由此蒸汽将部分冷凝成液体，因而其较之大多数类型的涡轮机能够实现更广的应用范围。根据依照本专利技术的方法的优选变形例，驱动待膨胀的气流并行地通过减压阀以及通过减压单元，其中，待膨胀的气流的一子流流过减压阀并且一子流流过减压单元，由此两股子流都膨胀到所需出口压力，在此之后，所述两股子流在相同的所需出口压力条件下合并，以便在所述出口以所需出口条件供应膨胀气流。根据依照本专利技术的方法的另一个优选变形例，在两个相继的膨胀阶段中驱动待膨胀的气流顺次地通过减压阀和通过减压单元，其中，控制减压阀和减压单元，使得在第一膨胀阶段之后获得具有中间压力和温度的中间操作点，这确保在第二膨胀阶段中膨胀到对应于所需出口压力和出口温度的压力和温度。本专利技术还涉及一种用于使得诸如蒸汽或类似物的气体或者气体混合物的气流膨胀的装置，其中，所述装置包括：入口，所述入口用于供应处于入口压力和入口温度的特定入口条件下的待膨胀的气体；和出口，所述出口用于输送处于出口压力和出口温度的特定所需出口条件下的膨胀气体，其中，所述装置使得能够应用根据上面描述的本专利技术的方法并且为此所述装置设置有减压阀和减压单元，减压单元具有由气体驱动的转子，所述转子具有输出轴以便将包含在气体中的能量转换成该输出轴上的机械能；和管，所述管引导待膨胀的气流至少部分地通过减压阀并且至少部分地通过减压单元。优势与针对根据本专利技术应用的方法所描述的优势相同。附图说明为了更好的显示本专利技术的特征，在下文参照附图通过不含任何限制属性的示例描述了用于使得气流膨胀的根据本专利技术的方法的若干优选应用和因此应用该方法的装置，在附图中：图1示意性示出了用于使气流更具体地是使蒸汽膨胀的传统已知装置；图2示出了蒸汽的温度/熵图形式的相图或者蒸汽图，图上示出了蒸汽在装置中通过期间蒸汽的发展；图3示出了用于根据本专利技术的使得蒸汽膨胀的装置；图4示出了诸如图2的相图但是针对图3的装置的相图；图5示出了根据本专利技术的装置的变形例；图6示出了诸如图4的图但是针对图5的装置的图；图7示出了在中间控制期间的图6的图具体实施方式图1中示出的传统装置1设置有：入口A，所述入口A连接到蒸汽源2，以便供应待膨胀的蒸汽的气流Q；出口B，其用于将膨胀蒸汽输送到蒸汽用户或者工业处理的下游蒸汽装置3。源2是例如锅炉，其产生处于特定入口条件的饱和蒸汽，所述特定入口条件即，在装置1的入口A处的特定入口压力PA和入口温度TA。入口A中的蒸汽的操作点在相图中示出为位于相图的饱和曲线4上的点A，其中，此饱和曲线A形成气相G的区域和区域G+V之间的分离，一方面，在所述气相G中，蒸汽的压力和温度使得蒸汽仅仅存在于水的气相中，在所述区域G+V中，水的气相与水的液相平衡。在相图中通过操作点A的恒定压力PA的等压线表示为虚线并且代表压力等于入口压力PA的所有操作点。当从等压线PA上的位于饱和线左侧上的一点开始供应能量时，操作点然后将沿着等压线PA的水平段朝向恒温TA处的右侧运动并且存在的水滴将逐渐蒸发直到达到操作点A，在所述操作点A处所有水都已蒸发并且仅留有气体。随着在恒定压力PA的条件下进一步供应能量，操作点将沿着等压线PA进一步移动到右侧并且温度将逐渐升高。在这个区域中，是对应于气相而没有液体的过热蒸汽的情况。下游蒸汽装置3决定供应的蒸汽必须满足的蒸汽条件，换言之，装置1的出口B处的蒸汽条件，特别是出口压力PB、出口温度TB和蒸汽组分。针对下游蒸汽装置3而言，通常略微过热蒸汽是理想的。在相图中对应的操作点示出为位于压力PB和温度TB条件下的饱和线4右侧的点B，其中，所述压力PB低于压力PA，所述温度TB低于TA。为了使得蒸汽从入口A处的压力膨胀PA到出口B处的更低的压力PB，传统上使用减压阀5，减压阀5包含在管6中，所述管6将入口A连接到出口B，以使得蒸汽Q的流通过减压阀5膨胀。对于传统减压阀5而言，膨胀到出口压力PB的膨胀基本遵循沿着等焓膨胀曲线7的等焓发展进行到直到膨胀到等压线PB上的点C为止。温度TC通常比所需的出口温度TB高得多，并且因此在减压阀5后使用蒸汽冷却器8或类似物，以将出口温度降低至恒定压力PB条件下的所需温度TB。然后操作点沿着等压线PB从点C运动到点B。在传统装置1的示出示例中，减压阀5能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在入口(A)和出口(B)之间使得诸如蒸汽或类似物的气体或者气体混合物的气流(Q)膨胀的方法，所述入口用于供应处于入口压力(PA)和入口温度(TA)的特定入口条件下的待膨胀的气体，所述出口用于输送处于出口压力(PB)和出口温度(TB)的特定所需出口条件下的膨胀气体，其特征在于，所述方法至少包括通过减压阀(5)使得所述入口(A)和所述出口(B)之间的气流至少部分地膨胀和通过减压单元(10)使得所述气流至少部分地膨胀的步骤，其中，所述减压单元具有由气体驱动的转子(11)，所述转子具有输出轴(12)以便将气体中包含的能量转换成该输出轴(12)上的机械能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.19 BE 2014/03751.一种在入口(A)和出口(B)之间使得诸如蒸汽或类似物的气体或者气体混合物的气流(Q)膨胀的方法，所述入口用于供应处于入口压力(PA)和入口温度(TA)的特定入口条件下的待膨胀的气体，所述出口用于输送处于出口压力(PB)和出口温度(TB)的特定所需出口条件下的膨胀气体，其特征在于，所述方法至少包括通过减压阀(5)使得所述入口(A)和所述出口(B)之间的气流至少部分地膨胀和通过减压单元(10)使得所述气流至少部分地膨胀的步骤，其中，所述减压单元具有由气体驱动的转子(11)，所述转子具有输出轴(12)以便将气体中包含的能量转换成该输出轴(12)上的机械能。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法未在所述入口(A)和所述出口(B)之间使用冷却而冷却膨胀气流或者待膨胀的气流。3.根据权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，供应到所述入口(A)的气体基本是饱和蒸汽或者略微过热蒸汽或者蒸汽和液体的略微两相混合物两相混合物。4.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，允许所述膨胀进行直到达到待供应的膨胀气体的出口条件(PB和TB)，所述出口条件对应于基本饱和蒸汽或者略微过热蒸汽的条件。5.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，减压单元(10)是螺杆膨胀器。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，允许所述膨胀进行到待供应的膨胀气体的出口条件(PB和TB)，所述出口条件对应于与少量液滴处于平衡的蒸汽的条件。7.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其特征在于，驱动待膨胀的气流通过并联的减压阀(5)和减压单元(10)，其中，待膨胀的气流(Q)的子流(Q1)流过减压阀(5)，子流(Q2)流过减压单元(10)，由此两股子流(Q1和Q2)都膨胀到所需出口压力(PB)，在此之后，所述两股子流(Q1和Q2)在相同的所需出口压力(PB)条件下合并，以便在所述出口(B)以所需出口条件(PB和TB)供应膨胀气流。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，待膨胀的气流(Q)分流成流过减压阀(5)的子流(Q1)和流过减压单元(10)的子流(Q2)，分流的方式使得均具有等于所需出口压力(PB)的压力但是各自具有不同于所需出口温度(TB)的出口温度的两股子流(Q1和Q2)在合并时，获得等于所需出口温度(TB)的合并后温度。9.根据权利要求7或者8所述的方法，其特征在于，为了分流待膨胀的气流(Q)，调节减压单元(10)的速度和/或减压阀(5)，以允许更多或者更少的气体通过。10.根据权利要求7至9中的任意一项所述的方法，其特征在于，当启动控制器至所述出口(B)处的所需操作点(PB和TB)时，待膨胀的气流(Q)根据固定比率分成上述子流(Q1和Q2)，并且优选地分成两股相等的子流(Q1和Q2)。11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，对于控制，首先通过根据上述固定比率增加或者减小两股子流(Q1和Q2)来调节合并的总流(Q)直到所述出口(B)中的压力等于所需出口压力(PB)。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，-当所述出口(B)中的压力小于所需压力(PB)时，增加两股子流(Q1和Q2)，直到所述出口(B)中的压力等于所需出口压力(PB)为止；或者-当所述出口(B)中的压力大于所需出口压力(PB)时，减小两股子流(Q1和Q2)，直到所述出口(B)中的压力等于所需出口压力(PB)为止。13.根据权利要求11或者12所述的方法，其特征在于，然后调节两股子流(Q1和Q2)的比率，同时保持获得的总流(Q)，以便获得所需出口温度(TB)。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，调节两股子流(Q1和Q2)的比率：-当所述出口(B)中的温度低于所需出口温度(TB)时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·范坎普福特，K·P·胡宾，
申请(专利权)人：阿特拉斯·科普柯空气动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时;BE