蒸氣壓縮裝置的製作方法

2024-02-02 13:10:15

專利名稱：蒸氣壓縮裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種蒸氣壓縮裝置。
背景技術：
在工業界，使用蒸氣的設備很多，但能夠消耗至其潛熱的設備非常少，0MPa、10(TC的蒸氣被大量地廢棄了 。提出了下述的蒸氣壓縮裝置通過回收這些被廢棄的低壓蒸氣，並利用壓縮機進行壓縮，使得以比由鍋爐重新使水蒸發少的能量廉價地再生出可利用的壓力的蒸氣(例如日本 特公平6-70540號公報)。 在這樣的蒸氣壓縮裝置中，壓縮機的排出壓力也根據鍋爐的主蒸氣配管的設定壓力確定。壓縮機採用具有相對於壓縮的蒸氣的量和壓力而言足夠大的容量的壓縮機，但過度的輸出會引起排出的蒸氣的過度的溫度上升。這些熱量不僅不能有效利用，而且還會使壓縮機的溫度上升。對於螺杆壓縮機而言，由於結構上的耐用溫度為25(TC左右，最高達到300 °C左右，所以必須避免過度的溫度上升。

發明內容
本發明是鑑於上述問題而完成的，其目的在於提供一種蒸氣壓縮裝置，能夠防止
壓縮機的過度的溫度上升，並能夠將壓縮機的輸出作為蒸氣能量最大限度地加以利用。 為了解決上述問題，本發明的蒸氣壓縮裝置具有容積式壓縮機，對吸入到作用空
間中的作為氣相的對象流體的蒸氣進行壓縮，並排出到既定排出壓力的排出配管中；液體
導入機構，將液相的上述對象流體導入到上述壓縮機的上述作用空間或上述壓縮機的吸入
側；和脫水器，設置在上述排出配管上，從由上述壓縮機排出的上述對象流體中分離出液相
部分，上述液體導入機構導入對於下述情況而言足夠量的上述液相的對象流體即，將以下
熱能作為用於使上述液相的對象流體氣化的蒸發潛熱而消耗，所述熱能是上述壓縮機給予
上述對象流體的能量中的、上述壓縮機所吸入的上述氣相的對象流體為了升壓至上述排出
壓力而消耗了能量之後剩餘的熱能，並且使上述對象流體從上述壓縮機以一部分為液相的
溼蒸氣的狀態排出。 根據該構成，在壓縮機中，由於藉助液體導入機構供給的液相的對象流體通過蒸發而奪走過剩的熱量，所以排出的蒸氣溫度不會比排出壓力的飽和蒸氣溫度高。因此，壓縮機的溫度不會過度地上升。另外，在壓縮機中，由於使藉助液體導入機構導入的液相的對象流體蒸發，所以能夠使排出的蒸氣量比吸入的蒸氣量多。因此，能夠將壓縮機的輸出能量無剩餘地轉換為能夠利用的蒸氣能量。因此，能提高包括鍋爐設備在內的機器整體的能量效率。 另外，在本發明的蒸氣壓縮裝置中，上述液體導入機構可以導入與以下值相比多量的液相的上述對象流體，該值是上述壓縮機的有效輸出能量除以上述對象流體的上述排出壓力的單位量的蒸發潛熱得到的值，上述壓縮機的有效輸出能量從驅動上述壓縮機的電動機的輸出算出。
根據該構成，容易計算出應導入到壓縮機的作用空間或上述壓縮機的吸入側的液相的對象流體的量，且控制簡單。由於對象流體的顯熱負荷比潛熱負荷小，所以與使排出為溼蒸氣所需的液量之間的誤差也不大。另外，由於忽略顯熱負荷，所以導入量被算多，這是為了保持排出為溼蒸氣的安全面的誤差。 另外，在本發明的蒸氣壓縮裝置中，上述液體導入機構具有將由上述脫水器分離的液相的上述對象流體導入到上述作用空間或上述壓縮機的吸入側的機構；以及將不足的液相的上述對象流體從外部的流體供給源導入的機構。 根據該構成，由於由脫水器分離的液相的對象流體的溫度是排出壓力的飽和蒸氣
溫度，所以不需要在壓縮機內用於使溫度上升的能量，排出的蒸氣的增量效果高。 另外，在本發明的蒸氣壓縮裝置中，上述液體導入機構可以具有能切斷上述對象
流體從上述流體供給源的供給的供給閥、和檢測由上述脫水器分離的液體的流量的流量檢
測器，當上述流量檢測器的檢測流量成為上述壓縮機排出的對象流體為飽和蒸氣所需的供
給量以上的既定的下限流量時，打開上述供給閥，當上述流量檢測器的檢測流量成為大於
上述下限流量的既定的上限流量時，關閉上述供給閥。 根據該構成，當由脫水器分離的液相的對象流體的流量足夠排出溼蒸氣時，便不從其他供給源導入液體。由於能夠比較準確地測定由脫水器分離的液體的流量，所以容易使壓縮機的排出始終維持為溼蒸氣。 根據本發明，由於將液相的對象流體導入到作用空間或壓縮機的吸入側以使壓縮機的排出為溼蒸氣，所以藉助壓縮機的輸出中的將供給的蒸氣壓縮至既定壓力之後剩餘的能量，生成新的蒸氣，所以能有效地利用能量，壓縮機的溫度不會過度地上升。


圖1是具有本發明的第1實施方式的蒸氣壓縮裝置的機器的構成圖。
圖2是具有本發明的第2實施方式的蒸氣壓縮裝置的機器的構成圖。
圖3是具有本發明的第3實施方式的蒸氣壓縮裝置的機器的構成圖。
圖4是具有本發明的第4實施方式的蒸氣壓縮裝置的機器的構成圖。
具體實施例方式
以下參照附圖對本發明的實施方式進行說明。圖1表示包含本發明的第1實施方式的蒸氣壓縮裝置1的製造機器的構成。 蒸氣壓縮裝置1是如下一種機器從鍋爐2將既定供給壓力Ph (例如0. 8MPaG)的蒸氣(氣相的對象流體)經由主配管4供給至需要設備(製造設備)3，其中，將吸入溫度Ts (例如ll(TC )、質量流量Gc (例如1000kg/h)的低壓蒸氣吸入到螺杆壓縮機7的作用空間(即，在相互嚙合的內外一對的螺杆轉子和收納該螺杆轉子的殼體之間形成的空間。該空間不與螺杆壓縮機7的吸入部和排出口直接連通)，且升壓至與供給壓力Ph相等的排出壓力Pd而排出，並經由排出配管8回流至主配管4，所述低壓蒸氣是利用閃蒸箱6將需要設備3的由疏水閥5分離的高溫水減壓至接近大氣壓的吸入壓力Ps(例如0. 6MPaG)而得到的，從而減少鍋爐2產生的蒸氣量，並減少鍋爐2消耗的燃料。 此外，在主配管4上設置有用於檢測供給壓力Ph的壓力檢測機構和用於檢測該供給壓力Ph的蒸氣的溫度Th的溫度檢測機構，另外，在排出配管8上設置有用於檢測排出壓 力Pd的壓力檢測機構和用於檢測後述的排出溫度Td的溫度檢測機構。通過各壓力檢測機 構檢測，與供給壓力Ph、排出壓力Pd相當的信號被輸入到未圖示的控制機構中。然後，該控 制機構對驅動螺杆壓縮機7的電動機14的轉速進行適當的調節，以使排出壓力Pd等於供 給壓力Ph。 在蒸氣壓縮裝置1中，在排出配管8上設置有脫水器9，該脫水器9從螺杆壓縮機 7所排出的蒸氣中將水(液相部分)分離，被分離的水(液相的對象流體)經由減壓用的節 流孔IO和流量計11導入到螺杆壓縮機7的作用空間。另外，利用閃蒸箱6與低壓蒸氣分 離的大氣壓IO(TC的溫水(外部的流體供給源)也被泵12經由供給閥13導入到螺杆壓縮 機7的作用空間(液體導入機構)。此外，由脫水器9分離的水和由閃蒸箱6分離的溫水導 入到螺杆壓縮機7的作用空間的導入口被設置在該螺杆壓縮機7的吸入部的附近(大致與 吸入壓力Ps同等壓力的位置)。 在流量計11檢測到的回流流量Gr成為既定的下限流量Grmin以下時，供給閥13 開放，該回流流量Gr為螺杆壓縮機7的從排出配管8回流至作用空間的水的質量流量。當 供給閥13開放時，溫水以補充流量Ge從閃蒸箱6供給至螺杆壓縮機7的作用空間。另外， 在回流流量Gr為既定的上限流量Grmax以上時，供給閥13關閉。 下限流量Grmin被設定為使螺杆壓縮機7的排出繼續成為溼蒸氣的值。S卩，下限 流量Grmin設定為，與螺杆壓縮機7的電動機14的輸出Nc (例如160kw)乘以螺杆壓縮機 7的機械效率n (例如95% )得出的有效輸出能量(Nc n)、和用於將吸入蒸氣多變壓縮 至排出壓力Pd的能量的差值相比，流量Gr的高溫水全部氣化為排出壓力Pd的水蒸氣所需 的熱能足夠大，即，使得作為有效輸出能量中的剩餘水的蒸發潛熱消耗並且液相的水仍有 剩餘。 另一方面，上限流量Grmax只要以在控制上能夠獲得穩定的程度選擇比下限流量 Grmin大的值即可。經由供給閥13供給的補充流量Gp不能多到使螺杆壓縮機7為液壓縮 狀態的程度。宏觀上來看，只要系統內存在能夠維持回流流量Gr的水量，回流流量Gr就維 持為下限流量Grmin和上限流量Grmax之間的恆定的流量，所以從排出配管8導入到主配 管4中的蒸氣的流量為吸氣流量Gc加上氣化流量Ge的平均值得到的流量。此外，氣化流 量Ge是從螺杆壓縮機7的吸氣開始在壓縮行程中產生的氣化蒸氣的流量。
簡單來說，能夠基於電動機14單位時間的有效輸出Nc n (例如152kwX3600 = 547200J/h)除以排出壓力Pd的蒸發潛熱(例如2030kJ/kg)得到的理論氣化流量Gi (例 如270kg/h)，來確定下限流量Grmin。例如，下限流量Grmin為理論氣化流量Gi的1. 1倍 左右即可。並且上限流量Grmax為理論氣化流量Gi的1.5倍左右即可。此外，理論氣化流 量Gi如下式所示。 Gi = 3600 XNc n/rd(單位kg/h)
rd :排出壓力Pd的氣化潛熱(單位kj/kg) 這樣，通過確保理論氣化流量Gi以上的回流流量Gr，使得螺杆壓縮機7無法將導 入到作用空間內的水全部蒸發，排出的蒸氣在排出到排出配管8的瞬間為排出壓力Pd的飽 和蒸氣溫度的溼蒸氣。因此，施加到導入螺杆壓縮機7內的水蒸氣和水上的熱能不會使排 出蒸氣和螺杆壓縮機7自身超過排出壓力Pd的飽和蒸氣溫度而過度地上升，能量損失小，還能夠防止螺杆壓縮機7因熱而變形等問題發生。 另外，在本實施方式中，能供給至主配管4的蒸氣量比能從需要設備3回收的蒸氣 量多出氣化流量Ge的平均值。由於存在用於使經由供給閥13供給的水升溫的顯熱負荷， 所以實際的氣化流量Ge的平均值小於理論氣化流量Gi，但即便如此，蒸氣壓縮裝置1也能 夠對吸入的低壓蒸氣進行加壓，並且能夠最多增量20%左右而排出。 此夕卜，當回流流量Gr的循環水被導入作用空間時，從加壓至排出壓力Pd的狀態向 大致吸入壓力Ps的狀態減壓。因此，循環水的焓降低。另外，焓的差(排出壓力Pd下的飽 和溫度水所具有的焓和吸入壓力Ps下的飽和溫度水所具有的焓的差)乘以回流流量Gr得 到熱量Ql，該熱量Ql除以吸入壓力Ps狀態的蒸氣的氣化潛熱rs得到的蒸氣量Gel的蒸 氣作為所謂的"閃蒸氣"而產生。另外，被吸入到螺杆壓縮機7的作用空間內的質量流量Gc 的蒸氣、蒸氣量Gel的"閃蒸氣"以及作用空間的水量(Gr-Gel)的水匯合而流入到作用空 間。蒸氣(Gc+Gel)被壓縮，接受化《 n的熱量。該熱量Nc^ n的一部分的熱量Q1作為 顯熱的上升量被吸收到作用空間的水量(Gr-Gel)的水中。在存在不能被完全吸收的熱量 Q2時，利用該熱量Q2進而產生氣化蒸氣Ge2。這樣，被排出的蒸氣量為Gc+Gel+Ge2。
Nc/ n = Ql+Q2
Ql = GrX (hd-hs)
Gel = Ql/rs
Ge2 = Q2/rd
Ge = Gel+Ge2 hd :排出壓力Pd下的飽和溫度水所具有的焓(單位kj/kg)
hs :吸入壓力Ps下的飽和溫度水所具有的焓(單位kj/kg) 另外，在本實施方式中，基於電動機14的輸出和回流流量Gr來控制供給閥13，由 於電動機14的消耗電力和液相的水的流量的測定精度高，所以控制可靠。
另外，在本實施方式的蒸氣壓縮裝置1中，通過使供給閥13採用開度可調節的控 制閥，使得如果始終經由供給閥13從閃蒸箱6供給水，則即使循環流量Gr小於補充流量Gp 的平均值或理論流量Gi，噴射到作用空間的水的總量只要大於理論氣化流量Gi，就能使螺 杆壓縮機7的排出蒸氣維持為溼蒸氣。 另外，在本實施方式的蒸氣壓縮裝置1中，可以不根據流量計ll，而是對應於排出 配管8的排出溫度Td對供給閥13進行控制。當供給至螺杆壓縮機7的作用空間的水的 量過少時，螺杆壓縮機7的排出蒸氣會變為幹蒸氣，通過螺杆壓縮機7提供的能量，會加熱 到比排出壓力Pd的飽和蒸發溫度高的溫度。因此，可以在排出配管8中檢測螺杆壓縮機 7排出的蒸氣的溫度，在蒸氣溫度達到既定的設定溫度時，判斷為蒸氣變為幹蒸氣(加熱蒸 氣)，例如使供給閥13以使回流流量Gr變得足夠大的既定時間開放。 進而，在圖2中表示包含不同於上述蒸氣壓縮裝置1的第2實施方式的蒸氣壓縮 裝置la的製造機器的構成。 蒸氣壓縮裝置la具有與上述蒸氣壓縮裝置1大致相同的構成。但是，在蒸氣壓縮 裝置1中構成為，將由脫水器9分離的水經由節流孔IO和流量計11導入到螺杆壓縮機7 的作用空間，另外將利用閃蒸箱6與低壓蒸氣分離的溫水經由泵12和供給閥13導入到螺 杆壓縮機7的作用空間。與之相對，在蒸氣壓縮裝置la中構成為，將由脫水器9分離的水和利用閃蒸箱6與低壓蒸氣分離的溫水分別導入到螺杆壓縮機7的吸入部。 回流流量Gr的循環水可以不導入到螺杆壓縮機7的作用空間，而是如本實施方式
的蒸氣壓縮裝置la那樣，導入到螺杆壓縮機7的吸入部。 另外，在圖3中表示具有本發明的第3實施方式的蒸氣壓縮裝置lb的製造機器的 構成。在本實施方式的蒸氣壓縮裝置lb中，由脫水器9分離的液相的水作為回流流量Gr 的循環水導入到螺杆壓縮機7的作用空間，利用閃蒸箱6與低壓蒸氣分離的補充流量Gp的 溫水導入到螺杆壓縮機7的吸入部。 更詳細地進行說明，循環水供給至螺杆壓縮機7的作用空間的中段部分和排出口 附近的位置。由於供給目的地的壓力不同，所以為了使各自的水量最佳化，而在與各自的作 用空間連接的支路上分別設置節流孔10。 此外，當由閃蒸箱6分離的補充流量Gp的溫水由於配管的熱損失而變得比由閃蒸 箱6分離的低壓蒸氣低溫時，會在螺杆壓縮機7的吸入部使低壓蒸氣冷凝，因此在該情況下 優選的是，將由閃蒸箱6分離的補充流量Gp的溫水與由脫水器9分離的高溫循環水的一部 分混合併供給至螺杆壓縮機7。 此外，也可以如圖4所示的第4實施方式的蒸氣壓縮裝置lc那樣，將由脫水器9 分離的液相的水作為回流流量Gr的循環水導入到螺杆壓縮機7的中段和後段的作用空間， 將利用閃蒸箱6與低壓蒸氣分離的補充流量Gp的溫水導入到吸入部附近的低壓的作用空 間。 另外，關於上述的蒸氣壓縮裝置1、la、lb、lc，說明了對驅動螺杆壓縮機7的電動 機14的轉速進行適當調節控制以使排出壓力Pd與供給壓力Ph相等。但是，在來自鍋爐2 的蒸氣供給量大、無論蒸氣壓縮裝置1的運轉狀態如何都保持主配管的供給壓力Ph甚至螺 杆壓縮機7的排出壓力Pd恆定的機器中，可以對螺杆壓縮機7的轉速進行控制以使吸入壓 力Ps即閃蒸箱6的壓力保持恆定。 上述實施方式對壓縮水蒸氣的蒸氣壓縮裝置1、la、lb、lc進行了說明，但本發明
還能夠應用於天然氣的壓縮裝置等壓縮其它種類的對象流體的蒸氣的蒸氣壓縮裝置。
權利要求
一種蒸氣壓縮裝置，其特徵在於，包括容積式壓縮機，對吸入到作用空間中的作為氣相的對象流體的蒸氣進行壓縮，並排出到既定排出壓力的排出配管中；液體導入機構，將液相的上述對象流體導入到上述壓縮機的上述作用空間或上述壓縮機的吸入側；和脫水器，設置在上述排出配管上，從由上述壓縮機排出的上述對象流體中分離出液相部分，在此，上述液體導入機構導入對於下述情況而言足夠量的上述液相的對象流體即，將以下熱能作為用於使上述液相的對象流體氣化的蒸發潛熱而消耗，所述熱能是上述壓縮機給予上述對象流體的能量中的、上述壓縮機所吸入的上述氣相的對象流體為了升壓至上述排出壓力而消耗了能量之後剩餘的熱能，並且使上述對象流體從上述壓縮機以一部分為液相的溼蒸氣的狀態排出。
2. 如權利要求1所述的蒸氣壓縮裝置，其特徵在於，上述液體導入機構導入與以下值 相比多量的液相的上述對象流體，該值是上述壓縮機的有效輸出能量除以上述對象流體的 上述排出壓力的單位量的蒸發潛熱得到的值，上述壓縮機的有效輸出能量從驅動上述壓縮 機的電動機的輸出算出。
3. 如權利要求1或2所述的蒸氣壓縮裝置，其特徵在於，上述液體導入機構具有將由 上述脫水器分離的液相的上述對象流體導入到上述作用空間或上述壓縮機的吸入側的機 構；以及將不足的液相的上述對象流體從外部的流體供給源導入的機構。
4. 如權利要求3所述的蒸氣壓縮裝置，其特徵在於，上述液體導入機構具有能切斷上 述對象流體從上述流體供給源的供給的供給閥、和檢測由上述脫水器分 的液體的流量的 流量檢測器，當上述流量檢測器的檢測流量成為上述壓縮機排出的對象流體為飽和蒸氣所 需的供給量以上的既定的下限流量時，打開上述供給閥，當上述流量檢測器的檢測流量成 為大於上述下限流量的既定的上限流量時，關閉上述供給閥。
全文摘要
一種蒸氣壓縮裝置包括對吸入到作用空間的作為氣相對象流體的蒸氣進行壓縮並排出到既定排出壓力的排出配管中的容積式壓縮機；將液相的對象流體導入壓縮機的作用空間或吸入部的液體導入機構；設置在排出配管上且從壓縮機排出的對象流體中分離液相部分的脫水器，其中，液體導入機構導入對下述情況而言足夠量的液相的對象流體即，將以下熱能作為用於使液相的對象流體氣化的蒸發潛熱而消耗，所述熱能是壓縮機給予對象流體的能量中的、壓縮機吸入的氣相的對象流體為了升壓至排出壓力而消耗了能量後剩餘的熱能，並且使對象流體從壓縮機以一部分為液相的溼蒸氣的狀態排出。由此防止壓縮機過度的溫度上升，使壓縮機的輸出作為蒸氣能量最大限度地利用。
文檔編號F04C29/04GK101737332SQ20091021200
公開日2010年6月16日 申請日期2009年11月6日 優先權日2008年11月6日
發明者松隈正樹, 桑原英明 申請人:株式會社神戶制鋼所