提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的方法及装置与流程

本发明属于能源回收，涉及一种提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的方法及装置。

背景技术：

1、空分装置是将空气分离成氧气、氮气、氩气等气体的装置，广泛应用于冶金、化工、电子、医疗等行业。在空分装置的压缩过程中，会产生大量的余热，这些余热通常被直接排放到大气中，造成了能源浪费和环境污染。

2、空分装置的能源消耗占空分产品成本的70％-80％。空分的能耗问题从第一台制氧机问世以来，一直是空分技术发展的主要课题。在空分技术的发展过程中，节能降耗分别从装置设计制造和运行两方面入手，不断改进流程并提高配套单元设计的技术水平，以及运用现代化控制手段优化操作和管理，使空分技术逐渐向着节能、低碳的方向发展。

3、压缩机是空分装置能源消耗的主体，所以降低压缩机电耗是空分节能的关键。空分装置降低电耗的基本思路是提高压缩机的等温压缩效率和机械效率，从而达到较大的节能效果。提高等温压缩效率就需要冷却水来带走压缩气体的热量，而这部分压缩余热通过冷却水释放到了大气，不但增加了环境的负担，也使得该部分低品质热白白浪费掉。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的方法及装置。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的装置，包括气体压缩单元、余热发电单元和制冷单元；所述余热发电单元包括增压泵、高温冷却器、膨胀发电机和冷凝器；所述制冷单元包括冷冻机、低温冷却器；

4、所述气体压缩单元、高温冷却器、低温冷却器依次串接，形成压缩冷却系统，对空分装置产生的气体进行压缩冷却；所述增压泵、高温冷却器、膨胀发电机和冷凝器依次串接形成朗肯循环回路，工质在朗肯循环回路中循环，通过高温冷却器吸收热量，并供给膨胀发电机发电；所述冷冻机接入冷却水，并与低温冷却器连接，通过低温冷却器冷却压缩冷却系统中的气体。回收余热的高温冷却器与低温冷却器串联，既能回收压缩余热，又能有效降低下级压缩进口温度，以提高等温压缩效率。

5、进一步，所述高温冷却器上设有两组出入口，分别为高温冷却器气体进口、高温冷却器气体出口，高温冷却器工质进口、高温冷却器工质出口；所述低温冷却器设有两组出入口，分别为低温冷却器气体进口、低温冷却器气体出口，低温冷却器冷却水进口、低温冷却器冷却水出口；所述冷凝器上设有两组出入口，分别为冷凝器工质进口、冷凝器工质出口，冷凝器冷却水进口、冷凝器冷却水出口；

6、所述气体压缩单元与高温冷却器气体进口连通，高温冷却器气体出口与低温冷却器气体进口连通；所述高温冷却器工质出口通过膨胀发电机连接冷凝器工质进口，冷凝器工质出口通过增压泵连接高温冷却器工质进口；所述冷凝器冷却水进口与冷凝器冷却水出口接入外部冷却水系统；所述冷冻机出口与低温冷却器冷却水进口连通，所述冷冻机进口与低温冷却器冷却水出口接入外部冷却水系统。

7、进一步，所述气体压缩单元包括一个或多个单级压缩机。

8、进一步，当单级压缩机有多个时，所述高温冷却器有多个，且与单级压缩机一一对应；所有高温冷却器呈并联设置，共用一个朗肯循环回路。

9、进一步，当多个单级压缩机串接构成多级压缩时，上一级的低温冷却器气体出口接入下一级的单级压缩机。

10、进一步，所述膨胀发电机与冷冻机和空分装置连接，给冷冻机和空分装置供电，多余电能也可以用于低压电气设备。

11、进一步，所述膨胀发电机为气体轴承膨胀发电机或磁悬浮膨胀发电机，膨胀发电效率更高。

12、进一步，朗肯循环回路与制冷循环回路中的循环工质为r407c、r717、r22或r134a。

13、进一步，所述增压泵为永磁泵，提高效率。

14、一种提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的方法，采用上述的提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的装置，空分装置产生的气体经气体压缩单元压缩后，经高温冷却器初步冷却至38℃～45℃，再经低温冷却器冷却到16℃～20℃；经增压泵加压后的工质在高温冷却器内蒸发成气态并吸热升温至90℃度以上，进入膨胀发电机降压降温，同时对外做功输出电能，再经冷凝器冷却成液态，随后经增压泵加压进入蒸发器，完成一个增压-吸热-膨胀-冷凝循环；外部接入的冷却水经冷冻机降温至13℃～17℃，进入低温冷却器作为冷源。

15、本发明的有益效果在于：

16、1、本发明在单级压缩机和气体冷却器之间插入余热发电单元，形成两段冷却，既回收压缩余热发电，又有效降低下级进气温度，提升了等温压缩效率，降低了空分装置能耗。

17、2、本发明插入的余热发电和冷冻机相对独立，不影响原有压缩系统的稳定性，易于推广实施。

18、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的装置，其特征在于：包括气体压缩单元、余热发电单元和制冷单元；所述余热发电单元包括增压泵、高温冷却器、膨胀发电机和冷凝器；所述制冷单元包括冷冻机、低温冷却器；

2.根据权利要求1所述的提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的装置，其特征在于：所述高温冷却器上设有两组出入口，分别为高温冷却器气体进口、高温冷却器气体出口，高温冷却器工质进口、高温冷却器工质出口；所述低温冷却器设有两组出入口，分别为低温冷却器气体进口、低温冷却器气体出口，低温冷却器冷却水进口、低温冷却器冷却水出口；所述冷凝器上设有两组出入口，分别为冷凝器工质进口、冷凝器工质出口，冷凝器冷却水进口、冷凝器冷却水出口；

3.根据权利要求2所述的提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的装置，其特征在于：所述气体压缩单元包括一个或多个单级压缩机。

4.根据权利要求3所述的提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的装置，其特征在于：当单级压缩机有多个时，所述高温冷却器有多个，且与单级压缩机一一对应；所有高温冷却器呈并联设置，共用一个朗肯循环回路。

5.根据权利要求4所述的提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的装置，其特征在于：当多个单级压缩机串接构成多级压缩时，上一级的低温冷却器气体出口接入下一级的单级压缩机。

6.根据权利要求1所述的提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的装置，其特征在于：所述膨胀发电机与冷冻机和空分装置连接，给冷冻机和空分装置供电。

7.根据权利要求1所述的提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的装置，其特征在于：所述膨胀发电机为气体轴承膨胀发电机或磁悬浮膨胀发电机。

8.根据权利要求1所述的提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的装置，其特征在于：朗肯循环回路与制冷循环回路中的循环工质为r407c、r717、r22或r134a。

9.根据权利要求1所述的提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的装置，其特征在于：所述增压泵为永磁泵。

10.一种提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的方法，其特征在于：采用如权利要求1～9任一项所述的提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的装置，空分装置产生的气体经气体压缩单元压缩后，经高温冷却器初步冷却至38℃～45℃，再经低温冷却器冷却到16℃～20℃；经增压泵加压后的工质在高温冷却器内蒸发成气态并吸热升温至90℃度以上，进入膨胀发电机降压降温，同时对外做功输出电能，再经冷凝器冷却成液态，随后经增压泵加压进入蒸发器，完成一个增压-吸热-膨胀-冷凝循环；外部接入的冷却水经冷冻机降温至13℃～17℃，进入低温冷却器作为冷源。

技术总结本发明涉及一种提高空分装置气体压缩机等温压缩效率的方法及装置，装置包括气体压缩单元、余热发电单元和制冷单元；余热发电单元包括增压泵、高温冷却器、膨胀发电机和冷凝器；制冷单元包括冷冻机、低温冷却器；气体压缩单元、高温冷却器、低温冷却器依次串接，形成压缩冷却系统，对空分装置产生的气体进行压缩冷却；增压泵、高温冷却器、膨胀发电机和冷凝器依次串接形成朗肯循环回路，工质在朗肯循环回路中循环，通过高温冷却器吸收热量，并供给膨胀发电机发电；所述冷冻机接入冷却水，并与低温冷却器连接，通过低温冷却器冷却压缩冷却系统中的气体。本发明在单级压缩机和气体冷却器之间插入余热发电单元，形成两段冷却，既回收压缩余热发电，又有效降低下级进气温度，提升了等温压缩效率，降低了空分装置能耗。技术研发人员：幸钢受保护的技术使用者：重庆朝阳气体有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/20