空分系统用的蒸汽加热节能装置的制作方法

本技术涉及空分装置，尤其涉及一种空分系统用的蒸汽加热节能装置。

背景技术：

1、空分系统就是用来把空气中的各组份气体进行分离，生产氧气、氮气和氩气等一系列产物气的一套工业设备，在冶金、能源、化工等领域中应用十分广泛。空分系统运行时，通常将空气通过过滤器去除杂质、压缩机使得空气带压、预冷装置进行冷却(如氮水预冷器)、纯化装置再次除杂、增压机进行增压、膨胀机进行增压膨胀以及换热装置进行热交换后，输至精馏装置中精馏，得到所需的气体。在空分系统的产物气中，作为产品气输出的有：高纯氧气(≥99.6％)和高纯氮气(≥99.9％)等；作为副产气输出的有：污氮气(氮含量95％左右)。

2、当前绝大部分空分系统均采用基于变温吸附工艺的纯化器，其利用吸附床进行杂质吸附从而实现空气的纯化，当到达转效点或预定时间之后，对吸附床进行再生以便其重复使用。吸附床的再生先后经历加热脱附和冷却降温两个步骤。纯化器再生过程中的加热和冷却是通过间接法实现的，当纯化器需要加热时，将污氮气加热至高温(150-170℃左右)后通入吸附床中以对其进行加热，当纯化器需要冷却时，将常温污氮气通入吸附床中以对其进行冷却。再生中的污氮气加热阶段，一般是采用单一的电加热或蒸汽加热流程来实现再生，但电加热所需的电量大，使得再生能耗巨大(约占空分装置总能耗的5-7％)，而利用余热蒸汽加热又存在蒸汽温度不稳定导致的加热温度不稳定、加热后的污氮气温度无法满足再生温度要求的问题，同时用于加热后的低温余热蒸汽的温度通常在室温-100℃之间，若直接进入冷凝系统，则会造成热量被浪费的问题。

3、另外，空分系统的空分组件例如精馏塔，一般每三年需要对其加热，将残留在精馏塔中的水分、二氧化碳、氧化亚氮等杂质进行加温吹除。现有技术中，将空压机提供的压缩空气作为加热精馏塔的热源，在复热过程中，为了保证精馏塔加热过程温差不过大，加热气量不过大，导致空压机产生的高压空气只有约30％左右用于对精馏塔复热，大量加热升压后的空气通过放散阀排放，造成了能源浪费。因此，降低空分系统中如纯化器再生及精馏塔复热等操作的加热能耗具有重要节能意义。

技术实现思路

1、本实用新型提供一种空分系统用的蒸汽加热节能装置，用以解决现有纯化器再生存在的余热蒸汽加热效果不佳、余热蒸汽的热能利用率不够充分和精馏塔复热时加热升压后的空气被散放造成的能源浪费的问题。

2、本实用新型提供一种空分系统用的蒸汽加热节能装置，包括：精馏塔复热单元和纯化器再生单元；精馏塔复热单元包括依次连接的污氮管道、压缩机、精馏塔、蓄热器、膨胀机和预冷器，纯化器再生单元包括依次连接的污氮管道、蓄热器、蒸汽换热器和纯化器；蓄热器的冷端进口与污氮管道连接，蓄热器的冷端出口与蒸汽换热器的冷介质进口连接，蒸汽换热器的冷介质出口与纯化器连接；蓄热器的第一热端进口与精馏塔的复热气出口连接，第二热端进口与蒸汽换热器的蒸汽出口连接；蓄热器的第一热端出口与膨胀机的入口连接，第二热端出口与低温蒸汽管网连接；蒸汽换热器的蒸汽入口与余热蒸汽管网连接。

3、可选的，膨胀机的输出转轴与压缩机的电机转轴通过联轴器相连接。

4、可选的，蓄热器的第二热端进口和第二热端出口之间设置有并联的旁通管道，旁通管道与蒸汽换热器的蒸汽出口和低温蒸汽管网连接。

5、可选的，旁通管道上设置有单向阀。

6、可选的，蒸汽换热器为卧式换热器；蒸汽换热器包括筒体、第一封头和第二封头；筒体的两端对称设有管板，多个换热管并排间隔设置于筒体中，且贯穿管板与第一封头和第二封头连通；筒体上对称开设有冷介质进口和冷介质出口；第一封头为椭圆形封头，第一封头的上下两侧对称设有蒸汽进口；第二封头的底部设有凝结水排水口，第二封头的顶部设有蒸汽出口。

7、可选的，第二封头靠近筒体的一端为可与筒体连接的法兰结构，另一端为弧形端面结构，其弧长为所在圆的四分之一圆。

8、可选的，第二封头的底部为锥形漏斗结构，凝结水排水口设在锥形漏斗结构的底部位置。

9、可选的，冷介质进口开设在靠近第二封头的一侧；冷介质出口开设在靠近第一封头的一侧。

10、可选的，筒体内部沿轴向方向设有挡流板，挡流板上下交错平行设置。

11、本实用新型提供的空分系统用的蒸汽加热节能装置，具有以下有益效果：

12、1)本装置利用蓄热器将复热空气和低温余热蒸汽中余热进行回收利用，解决了单独给精馏塔提供复热导致加热升压空气利用率低的问题，降低了纯化器再生用高温余热蒸汽的能耗和加热负荷，提高了余热蒸汽的热能利用率。同时通过联轴器将膨胀机的机械能用于抵消压缩机的部分功耗，由此减少了压缩机的驱动电耗。该技术方案对纯化器再生和精馏塔复热的节能降耗效果显著。

13、2)本装置既能保证再生气加热温度的稳定性，又兼具节能的优点，先用蓄热器预热，再用蒸汽换热器加热，避免了因单独蒸汽加热导致加热效果不佳、再生气温度不达标的情况，同时也减少了纯化器再生单元的运行能耗，在冶金、能源和化工等行业的空气分离场合具有重要节能意义。

14、3)本装置中的蒸汽换热器利用对称的蒸汽进口进汽，既避免了蒸汽由第一封头顶部垂直喷入对换热管造成直接冲击，又可以使蒸汽均匀分布防止偏流，提升了换热效率，节省大量蒸汽；将用于蒸汽排出的第二封头的端面设置成弧形曲面，其底部还设为锥形漏斗结构，对低温余热蒸汽中夹带的凝结水进行聚集和定向导流，将凝结水和低温余热蒸汽进行分离，防止低温余热蒸汽中夹带凝结水造成水击、冲蚀的发生，使得整套装置运行更平稳安全。

技术特征：

1.一种空分系统用的蒸汽加热节能装置，其特征在于，包括：精馏塔复热单元和纯化器再生单元；所述精馏塔复热单元包括依次连接的污氮管道、压缩机、精馏塔、蓄热器、膨胀机和预冷器，纯化器再生单元包括依次连接的所述污氮管道、蓄热器、蒸汽换热器和纯化器；所述蓄热器的冷端进口与所述污氮管道连接，所述蓄热器的冷端出口与所述蒸汽换热器的冷介质进口连接，所述蒸汽换热器的冷介质出口与所述纯化器连接；所述蓄热器的第一热端进口与所述精馏塔的复热气出口连接，第二热端进口与所述蒸汽换热器的蒸汽出口连接；所述蓄热器的第一热端出口与所述膨胀机的入口连接，第二热端出口与低温蒸汽管网连接；所述蒸汽换热器的蒸汽入口与余热蒸汽管网连接。

2.根据权利要求1所述的空分系统用的蒸汽加热节能装置，其特征在于，所述膨胀机的输出转轴与所述压缩机的电机转轴通过联轴器相连接。

3.根据权利要求1所述的空分系统用的蒸汽加热节能装置，其特征在于，所述蓄热器的第二热端进口和第二热端出口之间设置有并联的旁通管道，所述旁通管道与所述蒸汽换热器的蒸汽出口和所述低温蒸汽管网连接。

4.根据权利要求3所述的空分系统用的蒸汽加热节能装置，其特征在于，所述旁通管道上设置有单向阀。

5.根据权利要求1-4任一项所述的空分系统用的蒸汽加热节能装置，其特征在于，所述蒸汽换热器为卧式换热器；所述蒸汽换热器包括筒体、第一封头和第二封头；所述筒体的两端对称设有管板，多个换热管并排间隔设置于筒体中，且贯穿所述管板与所述第一封头和所述第二封头连通；所述筒体上对称开设有冷介质进口和冷介质出口；所述第一封头为椭圆形封头，所述第一封头的上下两侧对称设有蒸汽进口；所述第二封头的底部设有凝结水排水口，所述第二封头的顶部设有蒸汽出口。

6.根据权利要求5所述的空分系统用的蒸汽加热节能装置，其特征在于，所述第二封头靠近所述筒体的一端为可与所述筒体连接的法兰结构，另一端为弧形端面结构，其弧长为所在圆的四分之一圆。

7.根据权利要求6所述的空分系统用的蒸汽加热节能装置，其特征在于，所述第二封头的底部为锥形漏斗结构，所述凝结水排水口设在锥形漏斗结构的底部位置。

8.根据权利要求5所述的空分系统用的蒸汽加热节能装置，其特征在于，所述冷介质进口开设在靠近所述第二封头的一侧；所述冷介质出口开设在靠近所述第一封头的一侧。

9.根据权利要求5所述的空分系统用的蒸汽加热节能装置，其特征在于，所述筒体内部沿轴向方向设有挡流板，所述挡流板上下交错平行设置。

技术总结本技术提供一种空分系统用的蒸汽加热节能装置，属于空分装置技术领域，包括精馏塔复热单元和纯化器再生单元；精馏塔复热单元包括污氮管道、压缩机、精馏塔、蓄热器、膨胀机和预冷器，纯化器再生单元包括污氮管道、蓄热器、蒸汽换热器和纯化器；蓄热器的冷端进口与污氮管道连接，冷端出口与蒸汽换热器冷介质进口连接；蓄热器的第一热端进口与精馏塔的复热气出口连接，第二热端进口与蒸汽换热器的蒸汽出口连接；蓄热器的第一热端出口与膨胀机的入口连接，第二热端出口与低温蒸汽管网连接；蒸汽换热器的蒸汽入口与余热蒸汽管网连接。本装置利用蓄热器将复热空气和低温余热蒸汽中余热进行回收利用，降低了纯化器再生的蒸汽量，节能降耗效果显著。技术研发人员：李云飞,燕志明,侯虎受保护的技术使用者：鄂尔多斯市西北能源化工有限责任公司技术研发日：20231019技术公布日：2024/5/27