[发明专利]制冷产生方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及用于在以低于环境温度操作的工艺中产生制冷的方法和设备，其中制冷通过涡轮膨胀机产生且膨胀功通过联接到涡轮膨胀机的可变速度发电机转化为电功率。更具体地，本发明涉及这样的方法和系统，其中辅助控制器计算涡轮膨胀机的有效速度，并且这种有效速度用作与可变速度发电机相关的速度控制器的输入，以通过电磁制动来控制发电机的速度以及因此控制涡轮膨胀机。

背景技术

制冷在诸如空气分离设备和液化器的低于环境温度的设备中产生，以产生用于这种设备操作所需要的低于环境温度的必要温度。通过做功将压缩流膨胀至较低压力而产生制冷，以产生冷排出流，所述冷排出流被用于向该设备给予制冷。膨胀功必须从该设备提取，且这是通过在油制动机构中产生热量来完成的，所述热量通过压缩机或发电机所施加的负载而驱散到设备之外，以产生可售出到电网的电力，以补偿在运行该设备中的电力成本。

例如，在空气分离设备中，空气被压缩并净化以产生被压缩流。被压缩流的一部分被引入到热交换器中并且被冷却至适于其在一个或多个蒸馏塔内精馏的温度，以产生氮气以及还可能的氧气和氩产品流。当期望有氮气和氧气产品流时，被压缩且净化的空气被引入到双塔单元中，所述双塔单元具有用于从空气分离氮气的高压蒸馏塔，以藉此产生粗液态氧气塔底物，也已知为釜液。塔底物液体流在低压塔中被进一步提炼，以产生富含氧气的液体塔底物，从其获取氧气产品以及富含氮气的蒸汽塔顶物。高压蒸馏塔还产生富含氮气的蒸汽塔顶物，其通过与在低压塔中的富含氧气的液体塔底物间接热交换而至少部分地被冷凝，以产生用于高压塔和低压塔的液态氮气回流。氮气产品从在低压塔、高压塔或低压塔和高压塔两者中产生的富含氮气的蒸汽获取或从被冷凝的富含氮气的液体的一部分获取。

在空气分离设备中，来自于低压塔的富含氮气的蒸汽以及富含氧气的液体连同其他流被引入到主热交换器的冷端中，以有助于冷却空气以及作为氮气和氧气产品排出。然而，在这样产品的排出中，在主热交换器的暖端存在热损失以及存在到绝热容器中的热泄漏，所述绝热容器已知为被用于容纳蒸馏塔的冷箱。为了补偿这种热泄漏和热损失，通过如下操作来产生制冷：进一步压缩被压缩且净化空气的另一部分；部分地冷却在主热交换器中的这种空气；以及接着将被压缩且部分地冷却的空气引入到涡轮膨胀机中。涡轮膨胀机可以联接到增压器压缩机或可用于驱动发电机。在被设计成产生高压气态氧气产品的空气分离设备中，来自于低压塔的富含氧气的液体流被泵送，且这种流在主热交换器内被暖热，以产生具有高压的气态氧气产品。为了暖热在主热交换器中的这种流，空气的又一部分被进一步压缩并接着在主热交换器内冷却。这种空气在冷却之后还可被引入到已知为液体膨胀机的涡轮机中，以产生更多的制冷。该涡轮机可联接到电功率发电机。

在气体（例如，大气中的气体或自然气体）在其中液化的液化器中，进入的气体流被压缩并在热交换器内冷却至液态或两相状态，其被分离为再循环的蒸汽以及设备的液态产品。被压缩流的一部分在涡轮膨胀机或可能地操作在逐次更低温度水平的一系列涡轮膨胀机中被进一步压缩并膨胀，以产生被再循环到热交换器中的排出流，以冷却要被液化的进入气体。涡轮膨胀机可联接到增压器压缩机、油制动机构或发电机。存在用于液化器中的许多不同循环且前述总体上表示这样循环中的一个。