利用空分装置气体压缩余热发电的方法及装置与流程

本发明属于能源回收，涉及一种利用空分装置气体压缩余热发电的方法及装置。

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，提供了一种利用空分装置气体压缩余热发电的方法及装置，通过朗肯循环回收空分装置压缩余热，同时利用制冷循环确保等温压缩效率。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种利用空分装置气体压缩余热发电的装置包括气体压缩单元和工质循环单元；所述工质循环单元包括气体冷却器、增压泵、蒸发器、膨胀发电机、冷凝器、节流阀和工质压缩机；

4、所述气体压缩单元、蒸发器、气体冷却器依次串接，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、蒸发器、膨胀发电机、冷凝器依次串接形成朗肯循环回路，所述冷凝器的两端分别通过节流阀和工质压缩机连接所述气体冷却器，形成制冷循环回路；

5、工质在朗肯循环回路中通过蒸发器吸收空分气体中的热量，在制冷循环回路中通过气体冷却器再次吸收空分气体的热量，吸收热量后的工质通过膨胀发电机发电。回收余热的蒸发器与气体冷却器串联，并插入在前端，既能回收压缩余热，又能有效降低下级压缩进口温度，以维持等温压缩效率。

6、进一步，所述气体冷却器上设有两组出入口，分别为冷却器压缩气体进口、冷却器压缩气体出口，冷却器低温工质进口、冷却器工质出口；

7、所述蒸发器上设有两组出入口，分别为蒸发器液体工质进口、蒸发器气体工质出口，蒸发器压缩气体进口、蒸发器压缩气体出口；

8、所述冷凝器上设有两组出入口，分别为冷凝器气体工质进口、冷凝器液体工质出口，冷凝器冷却水进口、冷凝器冷却水出口；所述冷凝器冷却水进口与冷凝器冷却水出口用于接入外部冷却水；

9、所述气体压缩单元连接于所述蒸发器压缩空气进口上，所述蒸发器压缩空气出口与所述冷却器压缩空气进口连通；

10、所述膨胀发电机的进口与所述蒸发器气体工质出口连通，膨胀发电机的出口与所述冷凝器气体工质进口连通；所述增压泵一端与冷凝器气体工质出口连通，另一端与蒸发器液体工质进口连通；所述节流阀一端与所述冷凝器气体工质出口连通，另一端与冷却器冷却水进口连通，所述工质压缩机一端与所述冷凝器气体工质进口连通，另一端与所述冷却器冷却水出口连通。

11、进一步，所述气体压缩单元包括一个或多个单级压缩机；当单级压缩机有多个时，所述蒸发器与气体冷却器均有多个，且与单级压缩机一一对应；所有蒸发器、所有体冷却器均呈并联设置，共用一个朗肯循环回路。

12、进一步，当多个单级压缩机串接构成多级压缩时，上一级的冷却器压缩气体出口接入下一级的单级压缩机。

13、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。

14、进一步，所述工质循环单元中的循环工质为r407c、r717、r22或r134a。

15、进一步，所述增压泵为永磁泵，提高效率。

16、一种利用空分装置气体压缩余热发电的方法，采用上述的利用空分装置气体压缩余热发电的装置，空分装置的气体经单级压缩机压缩后，压力升高，温度上升至95℃～105℃，高温的压缩气体经蒸发器冷却至38℃～42℃后，再经气体冷却器冷却到23℃～27℃后引出，进入下一级压缩；

17、液体工质被增压泵增压后，在蒸发器内蒸发成气态并吸热，升温至85℃～95℃后，进入膨胀发电机膨胀降压降温后进入冷凝器，膨胀发电机向外输出电能；

18、低温低压的工质进入冷凝器冷却成液态后分为两路引出，一路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，另一路经节流阀减压，经气体冷却器吸热后，再经工质压缩机压缩后，返回冷凝器。

19、进一步，气体压缩单元接入的气体为空气、氧气或氮气。

20、进一步，通过对工质压缩机变频调速，实现对发电量和等温压缩效率的调节。

21、本发明的有益效果在于：

22、1、本发明利用朗肯循环回收压缩余热发电，降低了压缩能耗，实现了节能减排，同时利用制冷循环降低了气体温度，确保了等温压缩效率。

23、2、本发明是在单级压缩机和气体冷却器之间插入工质循环单元，形成两段冷却，既能回收压缩余热发电，又能有效降低下级进气温度，维持原有的等温压缩效率，且插入的工质循环相对独立，不影响压缩系统的稳定性，可靠性和可行性更高。

24、3、本发明可以通过对工质压缩机的变频调速，实现对发电量和等温压缩效率的调节。

25、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：

1.一种利用空分装置气体压缩余热发电的装置，其特征在于：包括气体压缩单元和工质循环单元；所述工质循环单元包括气体冷却器、增压泵、蒸发器、膨胀发电机、冷凝器、节流阀和工质压缩机；

2.根据权利要求1所述的利用空分装置气体压缩余热发电的装置，其特征在于：所述气体冷却器上设有两组出入口，分别为冷却器压缩气体进口、冷却器压缩气体出口，冷却器低温工质进口、冷却器工质出口；

3.根据权利要求2所述的利用空分装置气体压缩余热发电的装置，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；当单级压缩机有多个时，所述蒸发器与气体冷却器均有多个，且与单级压缩机一一对应；所有蒸发器、所有体冷却器均呈并联设置，共用一个朗肯循环回路。

4.根据权利要求3所述的利用空分装置气体压缩余热发电的装置，其特征在于：当多个单级压缩机串接构成多级压缩时，上一级的冷却器压缩气体出口接入下一级的单级压缩机。

5.根据权利要求1所述的利用空分装置气体压缩余热发电的装置，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。

6.根据权利要求1所述的利用空分装置气体压缩余热发电的装置，其特征在于：所述工质循环单元中的循环工质为r407c、r717、r22或r134a。

7.根据权利要求1所述的利用空分装置气体压缩余热发电的装置，其特征在于：所述增压泵为永磁泵。

8.一种利用空分装置气体压缩余热发电的方法，其特征在于：采用如权利要求1～7任一项所述的利用空分装置气体压缩余热发电的装置，空分装置的气体经单级压缩机压缩后，压力升高，温度上升至95℃～105℃，高温的压缩气体经蒸发器冷却至38℃～42℃后，再经气体冷却器冷却到23℃～27℃后引出，进入下一级压缩；

9.根据权利要求8所述的利用空分装置气体压缩余热发电的方法，其特征在于：气体压缩单元接入的气体为空气、氧气或氮气。

10.根据权利要求8所述的利用空分装置气体压缩余热发电的方法，其特征在于：通过对工质压缩机变频调速，实现对发电量和等温压缩效率的调节。

技术总结本发明涉及一种利用空分装置气体压缩余热发电的方法及装置，装置包括气体压缩单元和工质循环单元；工质循环单元包括气体冷却器、增压泵、蒸发器、膨胀发电机、冷凝器、节流阀和工质压缩机；气体压缩单元、蒸发器、气体冷却器依次串接，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、蒸发器、膨胀发电机、冷凝器依次串接形成朗肯循环回路，冷凝器的两端分别通过节流阀和工质压缩机连接所述气体冷却器，形成制冷循环回路；工质在朗肯循环回路中通过蒸发器吸收空分气体中的热量，在制冷循环回路中通过气体冷却器再次吸收空分气体的热量，吸收热量后的工质通过膨胀发电机发电。本发明能够有效利用空分装置的压缩余热，提高能源利用效率，降低压缩机的能耗，具有较高的经济性和推广价值。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：2024/6/18