CN117090783A - 一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统及其回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空分装置技术领域，且公开了一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统及其回收方法，它主要包括空气压缩系统、放空管线系统、空压机多余放空气膨胀系统以及与膨胀系统相连的发电系统；一级空气压缩机和二级空气压缩机之间的管路上安装有一级级间冷却器，二级空气压缩机和三级空气压缩机之间的管路上安装有二级级间冷却器；放空管线系统主要由流路一、流路二和流路三共三条流路管线组成三条流路管线均与三级空气压缩机相互连通。该充分利用空压机多余放空能量的回收系统及其回收方法，能够高效便捷的回收空压机多余的放空能量，产生的电能可以与工厂用电并网，节约整个工厂的能耗和碳排放指标。
Description
技术领域
本发明涉及空分装置技术领域，具体为一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统及其回收方法。
背景技术
工业气体作为现代工业重要的基础原料，应用范围十分广泛，在冶金、钢铁、石油、化工、机械、电子、玻璃、陶瓷、建材、建筑、食品加工、医药医疗等部门，均使用大量的氧气、氮气、氩气。因为气体产品的应用覆盖面大，气体的生产和供应作为工业投资环境的基础设施，被视为国民经济“命脉”而列为公用事业行业。
空气压缩环节能耗在整个工业气体行业中占主导地位，高达90％以上。因此一旦下游装置所需氧气减少，空气分离装置需要进行低负荷运行时，由压缩机特性决定势必需要将多余的空气进行排放以满足空分装置低负荷运行的要求。这些排放空气的压力一般在4.6～4.8barG，温度在100～108℃左右，含有大量的静压能和热能。
目前国内、国际上所有的空分装置普遍采用低负荷运行时空压机直接放空的方法，未配备低负荷运行时回收多余气量能量的装置。低于75％-80％负荷运行时，压缩机需要放空以维持运行。如某工厂实际运行负荷为55％，为了维持空压机的正常运行，约20％的压缩空气直接通过防空阀排放到大气中消耗大量的电能。在这种情况下，空分装置主要生产成本就是电能或者高压蒸汽的消耗，为了降低生产成本，充分降低装置的运营成本，因此，提出一种充分利用空压机多余放空的能量回收系统，在于配备一种投资低的装置以回收低负荷运行时排放空气的能量，但又不干扰主装置的正常运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统及其回收方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统，它主要包括空气压缩系统、放空管线系统、空压机多余放空气膨胀系统以及与膨胀系统相连的发电系统；
所述空气压缩系统包括一级空气压缩机、二级空气压缩机和三级空气压缩机，一级空气压缩机、二级空气压缩机和三级空气压缩机通过管路依次连接，所述一级空气压缩机和二级空气压缩机之间的管路上安装有一级级间冷却器，所述二级空气压缩机和三级空气压缩机之间的管路上安装有二级级间冷却器；
所述放空管线系统主要由流路一、流路二和流路三共三条流路管线组成三条所述流路管线均与三级空气压缩机相互连通；
所述空压机多余放空气膨胀系统主要由空气膨胀机构成。
优选的，所述流路一上连通设置有空分装置预冷系统，所述流路二上连通设置有空压机放空阀和放空消音器一，所述流路三上连通设置有膨胀机入口阀以及空气膨胀机，所述空气膨胀机上连通有放空消音器二，所述发电系统中包含的发电机与空气膨胀机通电连接。
一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统的回收方法，其特征在于：主要包括如下具体步骤：
S1、原空分装置生产用的原料空气经空气过滤器除去机械杂质后进入一级空压机进行压缩，压缩后的气体进入一级级间冷却器进行冷却；
S2、经过一级级间冷却器冷却后的气体进入二级空压机进行压缩，压缩后的气体进入二级级间冷却器进行冷却；
S3、经过二级级间冷却器冷却后的气体再进入三级空压机进行压缩后等待分配处理。
优选的，经过三级空压机压缩后的气体温度约100～108℃，压力约4.6～4.8barG。
优选的，经过步骤三处理后的气体在空分装置负荷>80％时，三级空压机出口的所有气体都会通过流路一进入空分装置后续的空分装置预冷系统进行冷却。
优选的，由于空气膨胀机的设计有最低负荷的要求，在空气膨胀机入口的气量低于空气膨胀机的最低负荷时，压缩空气会通过流路二通过空压机放空阀进行放空，随后通过放空消音器一进行消音排放。
优选的，经过步骤三处理后的气体，当整个空分装置负荷<75％时，小于75％负荷部分的三级空压机的排气就会经过流路三通过膨胀机入口阀进入空气膨胀机进行膨胀到某一温度再排入大气，随后经过放空消音器二进行消音排放。
优选的，一旦放空的气量高于膨胀机最低负荷运行所需气量后，空压机的放空阀门会慢慢关闭，而后所有的气量就会通过流路三进入空气膨胀机中膨胀，同时自身压力降低后排入大气中。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
第一、本发明能够高效便捷的回收空压机多余的放空能量，产生的电能可以与工厂用电并网，节约整个工厂的能耗和碳排放指标。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供以下技术方案：
实施例一
请参阅图1，一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统及其回收方法，它主要包括空气压缩系统、放空管线系统、空压机多余放空气膨胀系统以及与膨胀系统相连的发电系统，空气压缩系统包括一级空气压缩机、二级空气压缩机和三级空气压缩机，一级空气压缩机、二级空气压缩机和三级空气压缩机通过管路依次连接，一级空气压缩机和二级空气压缩机之间的管路上安装有一级级间冷却器，二级空气压缩机和三级空气压缩机之间的管路上安装有二级级间冷却器，放空管线系统主要由流路一、流路二和流路三共三条流路管线组成三条流路管线均与三级空气压缩机相互连通，空压机多余放空气膨胀系统主要由空气膨胀机构成，流路一上连通设置有空分装置预冷系统，流路二上连通设置有空压机放空阀和放空消音器一，流路三上连通设置有膨胀机入口阀以及空气膨胀机，空气膨胀机上连通有放空消音器二，发电系统中包含的发电机与空气膨胀机通电连接。
通过上述技术方案，本方案在于将空压机多余的气量回收利用而不是直接通过放空阀耗散到大气中，充分利用了空压机多余放空气量的动能和热能，并将这些能量转换为电能，回收能量节能减排，空气分离工厂低负荷运行时能够充分利用空气压缩系统多余的气量进行能量回收，将耗散的无用空气的动能和热能转换为电能，一般空气分离工厂，空气压缩机的负荷运行在75％-80％时可以做到零放空运行，但只要负荷低于75％-80％后，空气压缩机的运行点就会靠近喘振线，放空阀门便会打开，这样空气压缩机的多余气量就会通过放空阀门系统放散到消音器最终耗散在大气中，而本方案将空气压缩机放散的空气中的动能和热能通过膨胀机和发电系统进行发电，充分将能量进行回收利用。
实施例二
请参阅图1，并在实施例一的基础上，进一步得到：一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统的回收方法，其特征在于：主要包括如下具体步骤：
S1、原空分装置生产用的原料空气经空气过滤器除去机械杂质后进入一级空压机进行压缩，压缩后的气体进入一级级间冷却器进行冷却；
S2、经过一级级间冷却器冷却后的气体进入二级空压机进行压缩，压缩后的气体进入二级级间冷却器进行冷却；
S3、经过二级级间冷却器冷却后的气体再进入三级空压机进行压缩后等待分配处理。
经过三级空压机压缩后的气体温度约100～108℃，压力约4.6～4.8barG，经过步骤三处理后的气体在空分装置负荷>80％时，三级空压机出口的所有气体都会通过流路一进入空分装置后续的空分装置预冷系统进行冷却，由于空气膨胀机的设计有最低负荷的要求，在空气膨胀机入口的气量低于空气膨胀机的最低负荷时，压缩空气会通过流路二通过空压机放空阀进行放空，随后通过放空消音器一进行消音排放，经过步骤三处理后的气体，当整个空分装置负荷<75％时，小于75％负荷部分的三级空压机的排气就会经过流路三通过膨胀机入口阀进入空气膨胀机进行膨胀到某一温度再排入大气，随后经过放空消音器二进行消音排放，一旦放空的气量高于膨胀机最低负荷运行所需气量后，空压机的放空阀门会慢慢关闭，而后所有的气量就会通过流路三进入空气膨胀机中膨胀，同时自身压力降低后排入大气中。
通过上述技术方案，离心压缩机的特性决定机器设计有最小负荷，当进气量减少并达到压缩机允许的最小值，离心压缩机就会发生喘振，喘振现象对压缩机十分有害，因此当离心压缩机的负荷小于设计的最低负荷时，会通过将一部分气量进行放空的方法维持机器的正常运转，三级空压机的排气在经过空气膨胀机的喷嘴后转变为高速流体驱动膨胀机的叶轮进行高速旋转做功，这部分机械功驱动与膨胀机同轴的发电机进行转动，并输出感应电动势，即将三级空压机排气的能量转换为电能，对于大型工业气体装置如6万空分、8万空分和10万规模的空分装置，在空分装置55％负荷运行时，可以将原料空压机55％～75^％这部分放空气量进行膨胀后放空。采用此流程能够高效便捷的回收空压机多余的放空能量，产生的电能可以与工厂用电并网，节约整个工厂的能耗和碳排放指标。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统，其特征在于：它主要包括空气压缩系统、放空管线系统、空压机多余放空气膨胀系统以及与膨胀系统相连的发电系统；
所述空气压缩系统包括一级空气压缩机、二级空气压缩机和三级空气压缩机，一级空气压缩机、二级空气压缩机和三级空气压缩机通过管路依次连接，所述一级空气压缩机和二级空气压缩机之间的管路上安装有一级级间冷却器，所述二级空气压缩机和三级空气压缩机之间的管路上安装有二级级间冷却器；
所述放空管线系统主要由流路一、流路二和流路三共三条流路管线组成三条所述流路管线均与三级空气压缩机相互连通；
所述空压机多余放空气膨胀系统主要由空气膨胀机构成。
2.根据权利要求1所述的一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统，其特征在于：所述流路一上连通设置有空分装置预冷系统，所述流路二上连通设置有空压机放空阀和放空消音器一，所述流路三上连通设置有膨胀机入口阀以及空气膨胀机，所述空气膨胀机上连通有放空消音器二，所述发电系统中包含的发电机与空气膨胀机通电连接。
3.一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统的回收方法，其特征在于：主要包括如下具体步骤：
S1、原空分装置生产用的原料空气经空气过滤器除去机械杂质后进入一级空压机进行压缩，压缩后的气体进入一级级间冷却器进行冷却；
S2、经过一级级间冷却器冷却后的气体进入二级空压机进行压缩，压缩后的气体进入二级级间冷却器进行冷却；
S3、经过二级级间冷却器冷却后的气体再进入三级空压机进行压缩后等待分配处理。
4.根据权利要求3所述的一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统的回收方法，其特征在于：经过三级空压机压缩后的气体温度约100～108℃，压力约4.6～4.8barG。
5.根据权利要求3所述的一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统的回收方法，其特征在于：经过步骤三处理后的气体在空分装置负荷>80％时，三级空压机出口的所有气体都会通过流路一进入空分装置后续的空分装置预冷系统进行冷却。
6.根据权利要求3所述的一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统的回收方法，其特征在于：由于空气膨胀机的设计有最低负荷的要求，在空气膨胀机入口的气量低于空气膨胀机的最低负荷时，压缩空气会通过流路二通过空压机放空阀进行放空，随后通过放空消音器一进行消音排放。
7.根据权利要求3所述的一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统的回收方法，其特征在于：经过步骤三处理后的气体，当整个空分装置负荷<75％时，小于75％负荷部分的三级空压机的排气就会经过流路三通过膨胀机入口阀进入空气膨胀机进行膨胀到某一温度再排入大气，随后经过放空消音器二进行消音排放。
8.根据权利要求6所述的一种充分利用空压机多余放空能量的回收系统的回收方法，其特征在于：一旦放空的气量高于膨胀机最低负荷运行所需气量后，空压机的放空阀门会慢慢关闭，而后所有的气量就会通过流路三进入空气膨胀机中膨胀，同时自身压力降低后排入大气中。
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