CN107178934A - 一种空压机余热深度回收利用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空压机余热深度回收领域，提出了一种空压机余热深度回收利用系统，包括空压机及余热深度回收利用系统，空压机的余热热源装置与余热深度回收利用系统双向连接，余热深度回收利用系统包括余热取热装置、吸收式热泵及辅助换热器，余热热源装置经余热取热装置取出热量并转化为高温余热水，在制冷工况下，余热水接入吸收式热泵，用作吸收式热泵的驱动热源制取冷水，辅助换热器的低温侧输出生活热水；在供暖工况下，余热水接入吸收式热泵，用作吸收式热泵的驱动热源，经辅助换热器的高温侧进入吸收式热泵降温后回到余热取热装置，供暖水经辅助换热器换热及吸收式热泵升温后输出。本发明对空压机余热进行深度回收并实现了余热回收的有效利用。
Description
技术领域
本发明涉及空压机余热深度回收领域，具体涉及喷油螺杆空压机、无油螺杆空压机、离心空压机余热深度回收。
背景技术
空压机广泛应用于空分、化学合成、气体输送以及食品、药品等工业领域，空压机工作过程消耗大量的电能，一般工业企业中空压机消耗能源占比约为10%～35%；然而空压机工作过程消耗的电能只有小于15%的部分转化为空气势能，其余85%以上电能都转化为热能，最终通过水或空气散发到环境中。过去也有对空压机改造进行余热回收的，但只是部分余热回收，且回收余热的用途一般为制取热水作为卫生热水或供暖用,且受生活热水使用特性及供暖地区季节影响，实际回收余热量有限。
发明内容
本发明的目的在于解决以上问题，提供一种空压机余热深度回收利用系统，该系统可实现喷油螺杆空压机80%以上余热回收、无油螺杆及离心空压机85%以上余热回收，回收余热可夏季制冷、生活热水、冬季供暖，也可常年制冷或供暖。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：提出了一种空压机余热深度回收利用系统，包括空压机及余热深度回收利用系统，空压机的余热热源装置与余热深度回收利用系统双向连接，所述余热深度回收利用系统包括余热取热装置、吸收式热泵及辅助换热器，余热热源装置经余热取热装置取出热量并转化为高温余热水，在制冷工况下，余热水接入吸收式热泵，用作吸收式热泵循环的驱动热源制取冷水后，进入辅助换热器的高温侧，经辅助换热器高温侧出口回到余热取热装置，间接为空压机冷却，辅助换热器的低温侧输出生活热水；在供暖工况下，余热水接入吸收式热泵，用作吸收式热泵循环的驱动热源，然后进入辅助换热器的高温侧，经辅助换热器高温侧出口输出进入吸收式热泵作为其低温热源，经吸收式热泵输出后回到余热取热装置，间接为空压机冷却，供暖水一部分进入辅助换热器的低温侧进行换热，另一部分进入吸收式热泵用作冷却水，升温后的供暖水经辅助换热器的低温侧出口及吸收式热泵的冷却水出口输出。
所述吸收式热泵包括中温发生器、高温发生器、低温发生器、冷凝器、高压吸收器、低压吸收器及蒸发器，在制冷工况下，余热取热装置输出的高温余热水依次经中温发生器、高温发生器、低温发生器进入辅助换热器的高温侧，经辅助换热器高温侧出口回到余热取热装置，辅助换热器的低温侧输出生活热水，低压吸收器、高压吸收器及冷凝器中连接有冷却水循环管路；在供暖工况下，余热取热装置输出的高温余热水依次经中温发生器、高温发生器、低温发生器进入辅助换热器的高温侧，经辅助换热器的高温侧出口进入蒸发器中作为吸收式热泵的低温热源，经蒸发器输出后回到余热取热装置，供暖水一部分进入辅助换热器的低温侧进行换热，另一部分经吸收式热泵的冷却水入口依次进入低压吸收器、高压吸收器及冷凝器作为冷却水，升温后的供暖水经辅助换热器的低温侧出口及吸收式热泵的冷却水出口输出。
所述吸收式热泵包括发生器、冷凝器、吸收器及蒸发器，在制冷工况下，余热取热装置输出的高温余热水经发生器进入辅助换热器的高温侧，经辅助换热器高温侧出口回到余热取热装置，辅助换热器的低温侧输出生活热水，吸收器及冷凝器中连接有冷却水循环管路；在供暖工况下，余热取热装置输出的高温余热水经发生器进入辅助换热器的高温侧，经辅助换热器的高温侧出口进入蒸发器中作为吸收式热泵的低温热源，经蒸发器输出后回到余热取热装置，供暖水一部分进入辅助换热器的低温侧进行换热，另一部分经吸收式热泵的冷却水入口依次进入吸收器及冷凝器作为冷却水，升温后的供暖水经辅助换热器的低温侧出口及吸收式热泵的冷却水出口输出。
所述吸收式热泵为一体布置，余热取热装置与吸收式热泵一体布置或者与吸收式热泵分开布置。
所述空压机为喷油螺杆空压机、无油螺杆空压机或离心空压机。
所述空压机为喷油螺杆空压机时，余热热源装置为油气冷却器及后冷却器，或者仅为油气冷却器；当空压机为无油螺杆空压机或离心空压机时，余热热源装置为空压机的各级冷却器，或者仅为其后冷却器。
本发明提出的空压机余热深度回收利用系统有制冷工况、供暖工况可供选择，夏季制冷工况运行时，可制取7～20℃的冷水及45～60℃生活热水，冬季供暖工况运行时可制取45～60℃热水，即：不论夏季还是冬季均可实现余热侧大温差，即取出余热80～95℃经该系统回收利用后可降低至25～35℃，然后通过余热回收换热器间接为空压机冷却，实现空压机余热的深度回收利用。本发明可实现空压机余热侧大温差，在保证空压机的安全可靠运行的前提下，可对空压机余热进行深度回收，回收余热可用于制冷、制热、制取生活热水，实现了余热回收的有效利用。
附图说明
图1喷油螺杆空压机余热深度回收利用系统图；
图2无油螺杆机离心式空压机余热深度回收利用系统图；
图3空压机余热深度回收利用系统夏季制冷工况图一；
图4空压机余热深度回收利用系统冬季供热工况图一；
图5空压机余热深度回收利用系统夏季制冷工况图二；
图6空压机余热深度回收利用系统冬季供热工况图二；
图中：1-油冷却器，2-电动机，3-过滤器，4-压缩机，5-油气分离器，6-油气筒，7-后冷却器，8-空压机余热深度回收利用系统，9-控制阀门，10-冷却塔，11-一级热回收器，12-二级热回收器，13-三级热回收器，14-三级压缩，15-一二级压缩，16-一级压缩，8-1-余热取热装置，8-2-中温发生器，8-3-冷凝器，8-4-高温发生器，8-5-低温发生器，8-6-高压吸收器，8-7-低压吸收器，8-8-蒸发器，8-9-辅助换热器，8-10-发生器，8-11-吸收器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
实施例1：
本实施例为喷油螺杆空压机余热深度回收利用系统。如图1、图3、图4所示，该系统主要由以下部件构成：油冷却器1、电动机2、过滤器3、压缩机4、油气分离器5、油气筒6、后冷却器7、空压机余热深度回收利用系统8、控制阀门9。空压机余热深度回收利用系统主要由余热取热装置8-1、中温发生器8-2、冷凝器8-3、高温发生器8-4、低温发生器8-5、高压吸收器8-6、低压吸收器8-7、蒸发器8-8，辅助换热器8-9、控制系统、能量自消耗装置以及连接管路、阀门等构成。
喷油螺杆空压机的主要余热为油气冷却及后冷却的热量，喷油螺杆空压机余热深度回收利用系统的余热取热装置8-1为油与水换热器、空气与水换热器，该系统的主要控制点是油温度、排气温度、结合能量自消耗装置的制冷或制热控制。
本发明的空压机余热回收系统有制冷工况、供暖工况可供选择，夏季制冷工况运行时，余热经过中温发生器、高温发生器、低温发生器、辅助换热器四级热回收实现余热大温差利用，一方面制取7～20℃的冷水，一方面制取45～60℃生活热水；冬季供暖工况运行时，余热经过中温发生器、高温发生器、低温发生器、辅助换热器、蒸发器五级热回收实现余热大温差利用，可制取45～60℃热水；不论夏季还是冬季均可实现余热侧大温差，即取出余热80～95℃经该系统回收利用后可降低至25～35℃，然后通过余热回收换热器间接为空压机冷却，实现空压机余热的深度回收利用。
该系统的制冷工况具体实施过程为：空压机运行后，通过空压机余热取热装置将油气冷却器、后冷却器热量取出并转化为80～95℃热水，该热水依次进入中温发生器、高温发生器、低温发生器、辅助换热器，实现余热的梯级大温差利用，余热水温度降至25～35℃，再回到余热取热装置，间接为空压机冷却；中温发生器、高温发生器、低温发生器、冷凝器、高压吸收器、低压吸收器、蒸发器等主要部件为吸收式制冷循环，80～95℃热水进入中温发生器、高温发生器、低温发生器作为吸收式制冷循环的驱动热源，可从蒸发器制取7～20℃的冷水，高压吸收器、低压吸收器、冷凝器通过循环冷却水维持机组热平衡；80～95℃热水从低温发生器出来后进入辅助换热器，制取45～60℃生活热水。
该系统的供暖工况具体实施过程为：空压机运行后，通过空压机余热取热装置将油气冷却器、后冷却器热量取出并转化为80～95℃热水，该热水依次进入中温发生器、高温发生器、低温发生器、辅助换热器、蒸发器，实现余热的梯级大温差利用，余热水温度降至25～35℃，再回到余热取热装置，间接为空压机冷却；中温发生器、高温发生器、低温发生器、发生器、冷凝器、高压吸收器、低压吸收器、蒸发器等主要部件为吸收式热泵循环，80～95℃热水首先进入发生器作为吸收式热泵循环的驱动热源，然后进入辅助换热器，最后进入蒸发器作为热泵低温热源，这样通过五级热回收，实现余热梯级大温差利用；另一侧供暖回水一部分进入辅助换热器，一部分进入高压吸收器、低压吸收器、冷凝器，最终制取45～60℃热水。
该系统的主要控制实施过程为：通过使用侧需求、系统自带的能量自消耗装置、空压机原来的油冷却器、后冷却器相互调节，首先保证空压机的油温、排气温度，然后对回收的余热进行深度利用。
实施例2：
本实施例为无油螺杆空压机、离心式空压机余热深度回收利用系统，如图2、图3、图4所示。该系统主要由以下部件构成：空压机余热深度回收利用系统8、控制阀门9、冷却塔10、一级热回收器11、二级热回收器12、三级热回收器13、三级压缩14、二级压缩15、一级压缩16。空压机余热深度回收利用系统主要由余热取热装置8-1、中温发生器8-2、冷凝器8-3、高温发生器8-4、低温发生器8-5、高压吸收器8-6、低压吸收器8-7、蒸发器8-8，辅助换热器8-9、控制系统、能量自消耗装置以及连接管路、阀门等构成。
无油螺杆空压机及离心式空压机的主要余热为各级中间冷却器及后冷却器的热量，无油螺杆空压机及离心式空压机余热深度回收利用系统的余热取热装置8-1为空气与水换热器，该系统的主要控制点是每一级的进气温度、结合能量自消耗装置的制冷或制热控制。
本实施例中空压机余热回收系统运转工况及效果同实施例1。
该系统的制冷工况具体实施过程为：空压机运行后，通过空压机余热取热装置将各级压缩空气热量取出并转化为80～95℃热水，该热水依次进入中温发生器、高温发生器、低温发生器、辅助换热器，实现余热的梯级大温差利用，余热水温度降至25～35℃，再回到余热取热装置，间接为空压机冷却；中温发生器、高温发生器、低温发生器、冷凝器、高压吸收器、低压吸收器、蒸发器等主要部件为吸收式制冷循环，80～95℃热水进入发生器作为吸收式制冷循环的驱动热源，可从蒸发器制取7～20℃的冷水，高压吸收器、低压吸收器、冷凝器通过循环冷却水维持机组热平衡；80～95℃热水从低温发生器出来后进入辅助换热器，制取45～60℃生活热水。
该系统的供暖工况具体实施过程为：空压机运行后，通过空压机余热取热装置将各级压缩空气热量取出并转化为80～95℃热水，该热水依次进入中温发生器、高温发生器、低温发生器、辅助换热器、蒸发器，实现余热的梯级大温差利用，余热水温度降至25～35℃，再回到余热取热装置，间接为空压机冷却；中温发生器、高温发生器、低温发生器、冷凝器、高压吸收器、低压吸收器、蒸发器等主要部件为吸收式热泵循环，80～95℃热水首先进入发生器作为吸收式热泵循环的驱动热源，然后进入辅助换热器，最后进入蒸发器作为热泵低温热源，这样通过五级热回收，实现余热梯级大温差利用；另一侧供暖回水一部分进入辅助换热器，一部分进入高压吸收器、低压吸收器、冷凝器，最终制取45～60℃热水。
该系统的主要控制实施过程为：通过使用侧需求、系统自带的能量自消耗装置、空压机原来的冷却塔相互调节，首先保证空压机的各级进气温度，然后对回收的余热进行深度利用。
实施例3：
本实施例为喷油螺杆空压机余热深度回收利用系统。如图1、图5、图6所示，该系统主要由以下部件构成：油冷却器1、电动机2、过滤器器3、压缩机4、油气分离器5、油气筒6、后冷却器7、空压机余热深度回收利用系统8、控制阀门9。空压机余热深度回收利用系统主要由余热取热装置8-1、发生器8-10、冷凝器8-3、吸收器8-11、蒸发器8-8、辅助换热器8-9、控制系统、能量自消耗装置以及连接管路、阀门等构成。
喷油螺杆空压机的主要余热为油气冷却及后冷却的热量，喷油螺杆空压机余热深度回收利用系统的余热取热装置8-1为油与水换热器、空气与水换热器，该系统的主要控制点是油温度、排气温度、结合能量自消耗装置的制冷或制热控制。
本实施例中的空压机余热回收系统有制冷工况、供暖工况可供选择，夏季制冷工况运行时，余热经过发生器、辅助换热器两级热回收实现余热大温差利用，一方面制取7～20℃的冷水，一方面制取45～60℃生活热水；冬季供暖工况运行时，余热经过发生器、辅助换热器、蒸发器三级热回收实现余热大温差利用，可制取45～60℃热水；不论夏季还是冬季均可实现余热侧大温差，即取出余热80～95℃经该系统回收利用后可降低至25～35℃，然后通过余热回收换热器间接为空压机冷却，实现空压机余热的深度回收利用。
该系统的制冷工况具体实施过程为：空压机运行后，通过空压机余热取热装置将油气冷却器、后冷却器热量取出并转化为80～95℃热水，该热水依次进入发生器、辅助换热器，实现余热的梯级大温差利用，余热水温度降至25～35℃，再回到余热取热装置，间接为空压机冷却；发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器等主要部件为吸收式制冷循环，80～95℃热水进入发生器作为吸收式制冷循环的驱动热源，可从蒸发器制取7～20℃的冷水，吸收器、冷凝器通过循环冷却水维持机组热平衡；80～95℃热水从发生器出来后进入辅助换热器，制取45～60℃生活热水。
该系统的供暖工况具体实施过程为：空压机运行后，通过空压机余热取热装置将油气冷却器、后冷却器热量取出并转化为80～95℃热水，该热水依次进入发生器、辅助换热器、蒸发器，实现余热的梯级大温差利用，余热水温度降至25～35℃，再回到余热取热装置，间接为空压机冷却；发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器等主要部件为吸收式热泵循环，80～95℃热水首先进入发生器作为吸收式热泵循环的驱动热源，然后进入辅助换热器，最后进入蒸发器作为热泵低温热源，这样通过三级热回收，实现余热梯级大温差利用；另一侧供暖回水一部分进入辅助换热器，一部分进入吸收器、冷凝器，最终制取45～60℃热水。
该系统的主要控制实施过程为：通过使用侧需求、系统自带的能量自消耗装置、空压机原来的油冷却器、后冷却器相互调节，首先保证空压机的油温、排气温度，然后对回收的余热进行深度利用。
实施例4：
本实施例为无油螺杆空压机、离心式空压机余热深度回收利用系统，如图2、图5、图6所示，该系统主要由以下部件构成：空压机余热深度回收利用系统8、控制阀门9、冷却塔10、一级热回收器11、二级热回收器12、三级热回收器13、三级压缩14、二级压缩15、一级压缩16。空压机余热深度回收利用系统主要由余热取热装置8-1、发生器8-10、冷凝器8-3、吸收器8-11、蒸发器8-8、辅助换热器8-9、控制系统、能量自消耗装置以及连接管路、阀门等构成。
无油螺杆空压机及离心式空压机的主要余热为各级中间冷却器及后冷却器的热量，无油螺杆空压机及离心式空压机余热深度回收利用系统的余热取热装置8-1为空气与水换热器，该系统的主要控制点是每一级的进气温度、结合能量自消耗装置的制冷或制热控制。
本实施例中的空压机余热回收系统运转工况及效果同实施例3。
该系统的制冷工况具体实施过程为：空压机运行后，通过空压机余热取热装置将各级压缩空气热量取出并转化为80～95℃热水，该热水依次进入发生器、辅助换热器，实现余热的梯级大温差利用，余热水温度降至25～35℃，再回到余热取热装置，间接为空压机冷却；发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器等主要部件为吸收式制冷循环，80～95℃热水进入发生器作为吸收式制冷循环的驱动热源，可从蒸发器制取7～20℃的冷水，吸收器、冷凝器通过循环冷却水维持机组热平衡；80～95℃热水从发生器出来后进入辅助换热器，制取45～60℃生活热水。
该系统的供暖工况具体实施过程为：空压机运行后，通过空压机余热取热装置将各级压缩空气热量取出并转化为80～95℃热水，该热水依次进入发生器、辅助换热器、蒸发器，实现余热的梯级大温差利用，余热水温度降至25～35℃，再回到余热取热装置，间接为空压机冷却；发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器等主要部件为吸收式热泵循环，80～95℃热水首先进入发生器作为吸收式热泵循环的驱动热源，然后进入辅助换热器，最后进入蒸发器作为热泵低温热源，这样通过三级热回收，实现余热梯级大温差利用；另一侧供暖回水一部分进入辅助换热器，一部分进入吸收器、冷凝器，最终制取45～60℃热水。
该系统的主要控制实施过程为：通过使用侧需求、系统自带的能量自消耗装置、空压机原来的冷却塔相互调节，首先保证空压机的各级进气温度，然后对回收的余热进行深度利用。
Claims (6)
1.一种空压机余热深度回收利用系统，其特征在于：包括空压机及余热深度回收利用系统，空压机的余热热源装置与余热深度回收利用系统双向连接，所述余热深度回收利用系统包括余热取热装置、吸收式热泵及辅助换热器，余热热源装置经余热取热装置取出热量并转化为高温余热水，在制冷工况下，余热水接入吸收式热泵，用作吸收式热泵循环的驱动热源制取冷水后，进入辅助换热器的高温侧，经辅助换热器高温侧出口回到余热取热装置，间接为空压机冷却，辅助换热器的低温侧输出生活热水；在供暖工况下，余热水接入吸收式热泵，用作吸收式热泵循环的驱动热源，然后进入辅助换热器的高温侧，经辅助换热器高温侧出口输出进入吸收式热泵作为其低温热源，经吸收式热泵输出后回到余热取热装置，间接为空压机冷却，供暖水一部分进入辅助换热器的低温侧进行换热，另一部分进入吸收式热泵用作冷却水，升温后的供暖水经辅助换热器的低温侧出口及吸收式热泵的冷却水出口输出。
2.根据权利要求1所述的空压机余热深度回收利用系统，其特征在于：所述吸收式热泵包括中温发生器、高温发生器、低温发生器、冷凝器、高压吸收器、低压吸收器及蒸发器，在制冷工况下，余热取热装置输出的高温余热水依次经中温发生器、高温发生器、低温发生器进入辅助换热器的高温侧，经辅助换热器高温侧出口回到余热取热装置，辅助换热器的低温侧输出生活热水，低压吸收器、高压吸收器及冷凝器中连接有冷却水循环管路；在供暖工况下，余热取热装置输出的高温余热水依次经中温发生器、高温发生器、低温发生器进入辅助换热器的高温侧，经辅助换热器的高温侧出口进入蒸发器中作为吸收式热泵的低温热源，经蒸发器输出后回到余热取热装置，供暖水一部分进入辅助换热器的低温侧进行换热，另一部分经吸收式热泵的冷却水入口依次进入低压吸收器、高压吸收器及冷凝器作为冷却水，升温后的供暖水经辅助换热器的低温侧出口及吸收式热泵的冷却水出口输出。
3.根据权利要求1所述的一种空压机余热深度回收利用系统，其特征在于：所述吸收式热泵包括发生器、冷凝器、吸收器及蒸发器，在制冷工况下，余热取热装置输出的高温余热水经发生器进入辅助换热器的高温侧，经辅助换热器高温侧出口回到余热取热装置，辅助换热器的低温侧输出生活热水，吸收器及冷凝器中连接有冷却水循环管路；在供暖工况下，余热取热装置输出的高温余热水经发生器进入辅助换热器的高温侧，经辅助换热器的高温侧出口进入蒸发器中作为吸收式热泵的低温热源，经蒸发器输出后回到余热取热装置，供暖水一部分进入辅助换热器的低温侧进行换热，另一部分经吸收式热泵的冷却水入口依次进入吸收器及冷凝器作为冷却水，升温后的供暖水经辅助换热器的低温侧出口及吸收式热泵的冷却水出口输出。
4.根据权利要求1所述的空压机余热深度回收利用系统，其特征在于：所述吸收式热泵为一体布置，余热取热装置与吸收式热泵一体布置或者与吸收式热泵分开布置。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种空压机余热深度回收利用系统，其特征在于：所述空压机为喷油螺杆空压机、无油螺杆空压机或离心空压机。
6.根据权利要求5所述的一种空压机余热深度回收利用系统，其特征在于：所述空压机为喷油螺杆空压机时，余热热源装置为油气冷却器及后冷却器，或者仅为油气冷却器；当空压机为无油螺杆空压机或离心空压机时，余热热源装置为空压机的各级冷却器，或者仅为其后冷却器。
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