[发明专利]空气分离、功率生成的集成

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气分离和功率生成(power generation)的方法及设备，其中在设计运转条件期间，压缩空气流被引入到空气分离单元中并且通过低温精馏(cryogenic rectification)而分离以产生一种或多种产物，而且在调低(turn-down)运转条件期间，由压缩空气流的一部分形成的燃烧空气蒸汽(combustion air steam)被引入到燃烧器中以支持燃料的燃烧，并且生成了加热和加压燃烧流(combustion stream)，该加热和加压燃烧流在涡轮中膨胀以生成电功率。 

背景技术

在空气分离单元的运转寿命期间，有时并未利用装置(plant)的全部生产力来制造产物。例如，当电功率处于峰值时的时段期间(例如，在夏季期间工作日午后)，通过调低装置的生产率来减少(shed)至空气分离单元(“ASU”)的功率负荷(power load)可能是经济的。从ASU至客户的产物的总流量通过使储存的液体产物气化并使其与来自ASU的产物相混合而保持。在减少负荷(load shedding)期间所使用的液体通过在电功率具有相对较低价值时的时段期间(例如，工作日傍晚和周末)增大液体生产率而再生。减少负荷是经济的，因为在高峰时段期间出售(或节省)的增量功率(incremental power)的价值远远抵消了与在傍晚期间所需的附加功率相关联的成本以及重制液体的生产力所需的额外资金。 

除了减少负荷之外，存在若干其它方案，其中可能存在未充分利用的过剩的ASU生产力。例如，可能存在向对产物有多变需求的客户供应的设施(facility)，而ASU生产率将响应于该需求而升高或降低。或者，可能存在若干独立装置的包体(enclave)，其中整个ASU或多个ASU可开启或关闭以满足客户需求。

如将要讨论的，本发明提供了一种方法及设备，其中不同于现有技术，主空气压缩机在ASU被调低的时段期间并未调低，以便允许使用来自主空气压缩机的过剩压缩空气，用以支持燃料的燃烧并由此产生了加热燃烧产物，该加热燃烧产物在连接到发电机上的涡轮中膨胀以生成电功率。电功率可供应至电网或用来向主空气压缩机供能，从而通过将这些功率供应至电网而实现经济效益，或降低向主空气压缩机供能所涉及的电功率成本。 

发明内容

在一方面，本发明提供了一种分离空气和生成电功率的方法，其中空气在主空气压缩机中被压缩以产生压缩空气流。在压缩空气流被预纯化之前或之后，燃烧空气流(combustion air stream)由压缩空气流的至少一部分形成。在设计运转条件期间，压缩空气流被引入到空气分离单元中，并且空气通过低温精馏而被分离以产生一种或多种产物。在不产生或以较小的速率产生一种或多种产物的调低运转条件期间，燃烧空气流和燃料流被引入到燃烧器中。燃料借助于燃烧空气流在燃烧器中燃烧，从而产生了加热和加压燃烧流，该加热和加压燃烧流在连接到发电机上的涡轮中膨胀以生成电功率。主空气压缩机运转，从而使得压缩机产生了压缩空气流，由此使得在调低运转条件期间可获得过剩的压缩空气以产生压缩空气流的至少一部分，并且生成电功率。

涡轮产生排出流，并且在将燃烧空气流引入到燃烧器中之前，排出流可将热量间接地传递至燃烧空气流。进一步地，燃烧器可以是燃气涡轮(gas turbine)的燃烧器，而膨胀器可以是燃气涡轮的膨胀器。燃烧空气流进一步被压缩，并且被引入到燃烧器中。

在排出流将热量间接地传递至燃烧空气流之前，燃烧空气流可以用水分(moisture)来饱和(saturate)。在特定实施例中，蒸汽流在冷凝器中被冷凝以产生冷凝流。冷凝流在泵中被泵送，以产生第一加压水流，第一加压水流与第二加压水流结合以产生结合水流。该结合水流在冷凝器中通过与蒸汽流的间接热交换而被加热，以产生加热水流。加热水流在饱和器(saturator)中与燃烧空气流逆流地接触，以产生用水分和底产物液体(bottoms liquid)来饱和的燃烧空气流。底产物液体的至少一部分被再循环以形成第二加压水流。

在用水分使该燃烧空气流饱和的另一个特定实施例中，水流在泵中被泵送以产生加压水流。加压水流在定位于涡轮与同流换热器之间的水加热器中用排出流而被加热，以至少部分地产生加热水流，同流换热器在从排出流至燃烧空气流的间接热量传递中使用。加热水流在饱和器中与燃烧空气流逆流地接触，以产生用水分和底产物液体来饱和的燃烧空气流。水流通过使底产物液体与补充水流结合而形成。