本發(fā)明屬于能量回收領(lǐng)域，具體涉及一種能夠回收空分壓縮機(jī)級間余熱并用來發(fā)電處理裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國冶金、煤化工等行業(yè)的迅猛發(fā)展，對空分設(shè)備的需求量也迅速增加，空分裝置的規(guī)模也不斷擴(kuò)大，配套用的原料氣空壓機(jī)組和增壓機(jī)組的氣量需求不斷增加，壓縮機(jī)的功率從5000kw到70000kw不等，能耗非常高?？諌簷C(jī)通常是多級離心壓縮機(jī)，為了降低空壓機(jī)的能耗，往往采用級間冷卻，使用冷卻水將每級出口空氣的熱量帶走，使得進(jìn)入下一級的空氣溫度降低，實現(xiàn)等溫壓縮，以減小壓縮機(jī)壓縮功。但是級間冷卻的這部分熱量被直接廢棄，而且還消耗了大量的水資源，造成能源的浪費。以1.5萬空分為例，多軸式4級壓縮空氣壓縮機(jī)的功率為8500kw，每級出口均設(shè)置冷卻器，每級出口空氣溫度大約在100℃，冷卻至45℃后進(jìn)入下一級，冷卻后空氣焓值降低，這部分被冷卻水帶走的熱量高達(dá)6570kw，能量的浪費是非常巨大的，本發(fā)明目標(biāo)就是能夠回收利用這部分廢棄的能量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于利用有機(jī)朗肯循環(huán)回收熱量發(fā)電的原理解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種結(jié)合空分壓縮機(jī)和有機(jī)朗肯循環(huán)進(jìn)行發(fā)電裝置，該裝置使用有機(jī)工質(zhì)替代水的朗肯循環(huán)熱發(fā)電系統(tǒng)。具有效率相對高、系統(tǒng)簡單、運行維護(hù)成本低等特點。

空分原料氣空氣壓縮機(jī)通常采用多軸布置和單軸布置，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

壓縮機(jī)一級葉輪出口的高溫高壓氣體進(jìn)入有機(jī)朗肯循環(huán)的一級蒸發(fā)器，冷卻后的氣體進(jìn)入二級葉輪進(jìn)行壓縮；二級葉輪出口的高溫高壓氣體進(jìn)入有機(jī)朗肯循環(huán)的二級蒸發(fā)器，冷卻后的氣體進(jìn)入三級葉輪進(jìn)行壓縮，以此類推使得每一級葉輪進(jìn)口的氣體溫度相等。有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器的數(shù)目與壓縮機(jī)級數(shù)相等，其關(guān)系為并聯(lián)連接，通過不同的換熱面積設(shè)計使得各蒸發(fā)器出口工質(zhì)的溫度壓力相等。高溫高壓的有機(jī)工質(zhì)蒸汽進(jìn)入透平膨脹減壓，出口工質(zhì)進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷凝變?yōu)橐簯B(tài)，再通過有機(jī)工質(zhì)泵輸送至各蒸發(fā)器中，完成朗肯循環(huán)。

所述空分壓縮機(jī)為四級單軸或多軸壓縮機(jī)，一級葉輪的高溫高壓氣體出口與一級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器的高溫側(cè)入口相連通，蒸發(fā)器的高溫側(cè)出口與二級葉輪的入口相連通。二級葉輪的高溫高壓氣體出口與二級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器的高溫側(cè)入口相連通，蒸發(fā)器的高溫側(cè)出口與三級葉輪的入口相連通。三級葉輪的高溫高壓氣體出口與三級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器的高溫側(cè)入口相連通，蒸發(fā)器的高溫側(cè)出口與四級葉輪的入口相連通。四級葉輪的高溫高壓氣體出口與四級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器的高溫側(cè)入口相連通。其中多軸壓縮機(jī)軸間連接設(shè)置有齒輪。一級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器、二級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器、三級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器和四級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器的低溫側(cè)出口與透平的入口相連通，其中透平軸上設(shè)置有發(fā)電機(jī)。透平的出口與有機(jī)工質(zhì)冷凝器的入口相連通。冷凝器的出口與有機(jī)工質(zhì)泵的入口相連通。有機(jī)工質(zhì)泵的出口與一級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器、二級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器、三級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器和四級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器的低溫側(cè)入口相連通。

所述的冷凝器使用水作為冷凝工質(zhì)。

所述的透平與發(fā)電機(jī)連接作為發(fā)電機(jī)的能量輸入。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明在單軸布置和多軸布置的空分原料氣空氣壓縮機(jī)級間冷卻過程中，分別設(shè)計了熱回收系統(tǒng)，利用有機(jī)工質(zhì)實現(xiàn)有機(jī)朗肯循環(huán)，并組成發(fā)電系統(tǒng)。該方法不僅回收了冷卻廢棄的熱量，同時減少了冷卻水的消耗，實現(xiàn)了節(jié)能減排，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1和圖2為本發(fā)明多軸與單軸空分原料氣離心壓縮機(jī)與有機(jī)朗肯循環(huán)結(jié)合的過程及原理示意圖；

其中，1為一級葉輪；2為二級葉輪；3為三級葉輪；4為四級葉輪；5為一級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器；6為二級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器；7為三級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器；8為四級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器；9為透平；10為有機(jī)工質(zhì)冷卻器；11為有機(jī)工質(zhì)泵；12為發(fā)電機(jī)；13為齒輪。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明：

壓縮機(jī)一級葉輪出口的高溫高壓氣體進(jìn)入有機(jī)朗肯循環(huán)的一級蒸發(fā)器，冷卻后的氣體進(jìn)入二級葉輪進(jìn)行壓縮；二級葉輪出口的高溫高壓氣體進(jìn)入有機(jī)朗肯循環(huán)的二級蒸發(fā)器，冷卻后的氣體進(jìn)入三級葉輪進(jìn)行壓縮，以此類推使得每一級葉輪進(jìn)口的氣體溫度相等，有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器的數(shù)目與壓縮機(jī)級數(shù)相等，其關(guān)系為并聯(lián)連接，通過不同的換熱面積設(shè)計使得各蒸發(fā)器出口工質(zhì)的溫度壓力相等。高溫高壓的有機(jī)工質(zhì)蒸汽進(jìn)入透平膨脹減壓，出口工質(zhì)進(jìn)入冷凝器進(jìn)行冷凝變?yōu)橐簯B(tài)，再通過有機(jī)工質(zhì)泵輸送至各蒸發(fā)器中，完成朗肯循環(huán)。

參見圖1和圖2，本發(fā)明利用有機(jī)朗肯循環(huán)蒸發(fā)器回收四級空分壓縮機(jī)級間熱量。一級葉輪1的高溫高壓氣體出口與一級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器5的高溫側(cè)入口相連通，蒸發(fā)器5的高溫側(cè)出口與二級葉輪2的入口相連通。二級葉輪2的高溫高壓氣體出口與二級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器6的高溫側(cè)入口相連通，蒸發(fā)器6的高溫側(cè)出口與三級葉輪3的入口相連通。三級葉輪3的高溫高壓氣體出口與三級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器7的高溫側(cè)入口相連通，蒸發(fā)器7的高溫側(cè)出口與四級葉輪4的入口相連通。四級葉輪4的高溫高壓氣體出口與四級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器8的高溫側(cè)入口相連通。其中多軸壓縮機(jī)軸間連接設(shè)置有齒輪13。一級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器5、二級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器6、三級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器7和四級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器8的低溫側(cè)出口與透平9的入口相連通，其中透平軸上設(shè)置有發(fā)電機(jī)12。透平9的出口與有機(jī)工質(zhì)冷凝器10的入口相連通。冷凝器10的出口與有機(jī)工質(zhì)泵11的入口相連通。有機(jī)工質(zhì)泵11的出口與一級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器5、二級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器6、三級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器7和四級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器8的低溫側(cè)入口相連通，構(gòu)成有機(jī)朗肯循環(huán)。

本發(fā)明的原理：

空分壓縮機(jī)通常是多級離心壓縮機(jī)，為了降低空壓機(jī)的能耗，往往采用級間冷卻，使用冷卻水將每級出口空氣的熱量帶走，使得進(jìn)入下一級的空氣溫度降低，實現(xiàn)等溫壓縮，以減小壓縮機(jī)壓縮功。但是級間冷卻的這部分熱量被直接廢棄，而且還消耗了大量的水資源，造成能源的浪費。

本發(fā)明利用有機(jī)朗肯循環(huán)中有機(jī)工質(zhì)的蒸發(fā)過程吸收空壓機(jī)級間冷卻的熱量，并利用該熱量驅(qū)動有機(jī)朗肯循環(huán)進(jìn)行發(fā)電。該方法不僅回收了冷卻廢棄的熱量，同時減少了冷卻水的消耗，實現(xiàn)了節(jié)能減排，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明的工作過程：

參見圖1和圖2，中將壓縮機(jī)各級出口約100℃的高溫高壓蒸汽通入有機(jī)朗肯循環(huán)的各蒸發(fā)器中，將溫度冷卻至45℃左右進(jìn)入下一級，實現(xiàn)了等溫壓縮。有機(jī)工質(zhì)吸收了熱量產(chǎn)生相變且溫度壓力升高，高溫高壓的有機(jī)工質(zhì)蒸汽進(jìn)入透平中膨脹減壓，輸出的功轉(zhuǎn)化為機(jī)械能帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。低溫低壓制冷劑蒸汽進(jìn)入冷凝器中冷凝為液態(tài)，再通過有機(jī)工質(zhì)泵增壓輸送至各蒸發(fā)器中，完成能量回收的過程。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種能夠回收空分壓縮機(jī)級間余熱并用來發(fā)電處理裝置。各級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器的熱工質(zhì)入口與對應(yīng)各級的葉輪出口相連通；各級有機(jī)工質(zhì)蒸發(fā)器的熱工質(zhì)出口與對應(yīng)下一級的葉輪入口相連通，各級蒸發(fā)器出口并聯(lián)后與透平入口相連通，透平的出口與冷凝器入口相連通，冷凝器出口與有機(jī)工質(zhì)泵入口相連通，有機(jī)工質(zhì)泵出口與各蒸發(fā)器的入口相連通。本發(fā)明使用有機(jī)工質(zhì)替代水的朗肯循環(huán)熱發(fā)電系統(tǒng)，具有效率相對高、系統(tǒng)簡單、運行維護(hù)成本低等特點。有機(jī)朗肯循環(huán)中有機(jī)工質(zhì)的蒸發(fā)過程吸收空壓機(jī)級間冷卻的熱量，并利用該熱量驅(qū)動有機(jī)朗肯循環(huán)進(jìn)行發(fā)電，以達(dá)到能量回收利用的效果。

技術(shù)研發(fā)人員：秦國良;林靜祥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.03.02
技術(shù)公布日：2017.07.28