一种压缩机高温余热系统及控制方法

1.本发明涉及压缩机高温余热处理技术领域，特别涉及一种压缩机高温余热系统及控制方法。


背景技术：

2.空气压缩机是为各种需要气力驱动的装置提供压缩空气的设备，在气动控制、气力传动与输送等方面具有广泛的应用。空气压缩机工作时，环境空气经过压缩后变为高压空气排出，这一过程在提高空气压力势能的同时，也产生了大量的压缩热。据分析，空压机在工作过程中消耗的能量只有15%真正用于增加空气势能，大约85%的电能都在运行过程中转化成了废热能。如能把这部分废热回收并加以有效利用，将为使用大容量空气压缩机的企业提供巨大的节能减排空间，带来可观的经济效益。
3.在压缩空气的生产流程中，需要除去压缩空气中的水分以避免用气装置的受潮与锈蚀，往往需要专门的装置对压缩后的空气进行干燥除湿处理。常见的干燥除湿方法有吸附干燥法、冷冻干燥法、复合干燥法(吸附干燥+冷冻干燥) 等，经冷冻干燥处理后的压缩空气压力露点可达2~10℃，不论采用哪种干燥方式，都需要消耗额外的电能。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种压缩机高温余热系统及控制方法，本压缩机高温余热系统及控制方法，设置有冷却器，将每一级空气在压缩过程中产生的废热能取出，在后续工艺中利用，板式换热器换热，为用户用水加热，再通过保护换热器换热，将循环水降至初始温度，循环使用，加药成套装置用于清除在不断循环过程中形成的水垢，防止堵塞管道或换热器，保证循环的正常进行，补水成套装置保障有充足的冷却水进行循环换热，从而保障热能的顺利交换；冷却器为间壁式换热器，翅片采用整体结构，能够加强传热，导水凹槽用于将空气在冷却器中凝结的冷凝水排出，强化传热的同时实现水-气分离，减小压缩后空气中的水汽含量；冷却器设置有多个，采用分布式设置，能够预热一种或多种介质，满足工业生产中的多种需求；控制单元采用嵌套控制算法，有效提高了调节阀的控制精度，缩短了相应时间，提高能量回收效率至97.5%以上，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 一种压缩机高温余热系统，包括热能回收模块、热能利用模块和温度控制模块，所述热能回收模块用于实现压缩空气的级间冷却，并将每一级空气在压缩过程中产生的废热能取出，在后续工艺中利用；所述热能回收模块包括冷却器、压缩机本体、第一冷却塔、循环水泵、补水成套装置、加药成套装置和循环管路，冷却器设置在压缩机本体的外部，且冷却器与各级压缩机本体的进气口、排气口通过管道连接，第一冷却塔与冷却器通过管道连接，冷却器的内部进出水口与的循环管路连接，循环管路上还连接循环水泵，且补水成套装置和加药成套装置的内部进出水口均与循环管路连接，循环管路上还设置有过滤器；所述热能利用模块用于将取出的空气压缩过程中产生的废热换热后，为用户提供
热水使用；所述热能利用模块包括板式换热器、保护换热器和第二冷却塔，板式换热器、保护换热器的内部进出水口与循环管路连接，板式换热器的外部进出水口连接有用户用水管，保护换热器的外部进水口通过管道与第二冷却塔连接；所述温度控制模块用于检测部件连接处相应数据，根据用户对用水温度的要求实现对电动阀门的开度控制来控制水的流量，进而实现对用户用水温度的控制；所述温度控制模块包括传感器组件、阀门组件和控制单元，传感器组件设置在热能回收模块和热能利用模块各部件连接的管道上，且各部件的连接处设置有相应的阀门组件，控制单元分别与传感器组件、阀门组件电性连接。
6.优选的，所述冷却器为间壁式换热器，冷却器采用去离子水作为冷却介质，冷却器的数量不少于两个，冷却器包括壳体、管束、管箱和水、气进出接口，管束设置在管箱内，管箱的外部设置有壳体，管束与水、气进出接口连接，水、气进出接口上设置有对应的排汽、排凝和排污阀门。
7.优选的，所述管束包括换热管和翅片，换热管贯穿翅片，翅片沿冷却器的空气进口方向排列设置，且翅片之间的间距设置为0.5mm，翅片的表面设置有导水凹槽，导水凹槽的数量为四条。
8.优选的，所述压缩机本体的数量比冷却器的数量多一个，压缩机本体的外壁上设置有冷却装置。
9.优选的，所述冷却装置包括驱动电机、传动轮、同步轮、散热杆件和同步带，驱动电机与压缩机本体的外壁连接，驱动电机的输出端与传动轮连接，传动轮通过同步带与同步轮连接，同步轮与散热杆件的一端固定连接。
10.优选的，所述散热杆件包括散热块、旋转杆、扇风板和储水盒和吸水棉线，散热块的一侧焊接在压缩机本体的外壁上，旋转杆贯穿散热块，散热块之间的旋转杆上固定连接有扇风板，旋转杆的一端固定连接有储水盒，吸水棉线的一端延伸至储水盒内，吸水棉线贯穿旋转杆，且吸水棉线的上设置有分支线，分支线延伸至扇风板内，且扇风板远离旋转杆的一端设置有擦拭棉，擦拭棉与分支线连接。
11.优选的，所述传感器组件包括温度传感器、压力传感器和流量传感器，温度传感器、压力传感器和流量传感器均与控制单元电性连接。
12.优选的，所述阀门组件包括球阀、闸阀、止回阀、调节阀和安全阀，球阀、闸阀、止回阀、调节阀和安全阀均与控制单元电性连接。
13.本发明要解决的另一技术问题是提供一种压缩机高温余热系统的控制方法，包括如下步骤：s1：对各个硬件的出入端温度参数以及阀门组件的阀开度参数进行设置；s2：在开启需要的阀门组件和加药成套装置后，开启循环水泵和补水成套装置，循环水在循环水泵的作用下在循环管路内工作；s3：传感器组件和阀门组件对经过的水流和气体的温度、压力或者流量进行监测，控制单元读取数据，并进行条件判断处理，输出信号至阀门组件，控制阀开度；s4：循环水水流量随阀开度变化，输出的压缩气体或者用户用水随旋转水的水流变化进行调整；
s5：加药成套装置用于清除循环水被加热循环过程中形成的水垢，防止水垢堵塞管道或换热器，补水成套装置保障有充足的冷却水进行循环换热，从而保障热能的顺利交换。
14.优选的，所述控制单元的工作流程包括温度控制增阀步骤s31和温度控制减阀步骤s32，其中，温度控制增阀步骤s31如下：s311：温度传感器采集冷却器出气温度及出水温度；s312：控制单元判断冷却器出气温度是否大于超温报警阀值，超出阀值，进入s313，未超出阀值，进入s314；s313：则控制单元控制阀开至100%，冷却水流速增加，出水温度降低，出气温度降低，返回至s312；s314：控制单元判断冷却器实际出气温度是否大于出气温度上限值，超出上限值，进入入s315，未超出上限值，进入s316；s315：进行增阀粗调，冷却水流速增加，出水温度降低，出气温度降低，返回至s312；s316：控制单元判断冷却实际出水温度是否大于出水温度上限值，超出上限值，进入s317，未超出上限值，进入s318；s317：进行增阀精调，冷却水流速增加，出水温度降低，出气温度降低，返回至s312；s318：控制单元判断冷却器实际出水温度是否大于出水温度设定值，超出设定值，判断结束，不做处理，未超出设定值，转至温度控制减阀步骤s312；温度控制减阀步骤s32如下：s321：温度传感器采集冷却器出气温度及出水温度；s322：控制单元判断冷却器实际出气温度是否小于出气温度下限值，小于下限值，进入s323，未小于下限值，进入s324；s323：则控制单元进行减阀粗调，冷却器调节阀关至下限值，冷却水流速降低，出水温度升高，出气温度升高，返回至s322；s324：控制单元判断冷却器实际出水温度是否小于出水温度设定值，小于设定值，进入入s325，未小于设定值，进入s326；s325：进行减阀精调，冷却水流速降低，出水温度升高，出气温度升高，返回至s322；s326：冷却器实际出水温度大于出水温度设定值，转至温度控制增阀步骤s321。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明提出的一种压缩机高温余热系统及控制方法，设置有冷却器，将每一级空气在压缩过程中产生的废热能取出，在后续工艺中利用，板式换热器换热，为用户用水加热，再通过保护换热器换热，将循环水降至初始温度，循环使用，加药成套装置用于清除在不断循环过程中形成的水垢，防止堵塞管道或换热器，保证循环的正常进行，补水成套装置保障有充足的冷却水进行循环换热，从而保障热能的顺利交换；2、本发明提出的一种压缩机高温余热系统及控制方法，冷却器为间壁式换热器，翅片采用整体结构，能够加强传热，导水凹槽用于将空气在冷却器中凝结的冷凝水排出，强
化传热的同时实现水-气分离，减小压缩后空气中的水汽含量；3、本发明提出的一种压缩机高温余热系统及控制方法，冷却器设置有多个，采用分布式设置，能够预热一种或多种介质，满足工业生产中的多种需求；4、本发明提出的一种压缩机高温余热系统及控制方法，控制单元采用嵌套控制算法，有效提高了调节阀的控制精度，缩短了相应时间，提高能量回收效率至97.5%以上。
附图说明
16.图1为本发明的整体结构图；图2为本发明的冷却器结构图；图3为本发明的管束结构图；图4为本发明的压缩机本体结构图；图5为本发明的冷却装置部分剖视图；图6为本发明的温度控制阀增流程图；图7为本发明的温度控制阀增流程图。
17.图中：11、冷却器；111、壳体；112、管束；1121、换热管；1122、翅片；113、管箱；12、压缩机本体；13、第一冷却塔；14、循环水泵；15、补水成套装置；16、加药成套装置；17、循环管路；171、过滤器；18、冷却装置；181、驱动电机；182、传动轮；183、同步轮；184、散热杆件；1841、散热块；1842、旋转杆；1843、扇风板；1844、储水盒；1845、吸水棉线；185、同步带；21、板式换热器；211、用户用水管；22、保护换热器；23、第二冷却塔；31、传感器组件；311、温度传感器；312、压力传感器；313、流量传感器；321、球阀；322、闸阀；323、止回阀；324、调节阀；325、安全阀。
具体实施方式
18.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。
19.为了解决现有技术中压缩机在压缩空气后排出高压空气，同时产生大量压缩热能，无法将废热回收并加以利用的问题，请参阅图1，本发明提出以下技术方案：一种压缩机高温余热系统，包括热能回收模块、热能利用模块和温度控制模块，热能回收模块包括冷却器11、压缩机本体12、第一冷却塔13、循环水泵14、补水成套装置15、加药成套装置16和循环管路17，冷却器11设置在压缩机本体12的外部，且冷却器11与各级压缩机本体12的进气口、排气口通过管道连接，第一冷却塔13与冷却器11通过管道连接，冷却器11的内部进出水口与的循环管路17连接，循环管路17上还连接循环水泵14，且补水成套装置15和加药成套装置16的内部进出水口均与循环管路17连接，循环管路17上还设置有过滤器171；热能利用模块包括板式换热器21、保护换热器22和第二冷却塔23，板式换热器21、保护换热器22的内部进出水口与循环管路17连接，板式换热器21的外部进出水口连接有用户用水管211，保护换热器22的外部进水口通过管道与第二冷却塔23连接；
温度控制模块包括传感器组件31、阀门组件和控制单元，传感器组件31设置在热能回收模块和热能利用模块各部件连接的管道上，且各部件的连接处设置有相应的阀门组件，控制单元分别与传感器组件31、阀门组件电性连接；传感器组件31包括温度传感器311、压力传感器312和流量传感器313，温度传感器311、压力传感器312和流量传感器313均与控制单元电性连接；阀门组件包括球阀321、闸阀322、止回阀323、调节阀324和安全阀325，球阀321、闸阀322、止回阀323、调节阀324和安全阀325均与控制单元电性连接；控制单元包括plc数据读取并判断小单元和plc输出信号单元，plc数据读取并判断小单元用于读取传感器组件31的监测数值，并对监测的数值进行判断处理，plc输出信号单元对判断结果传输给相应的阀组，调整阀开度。
20.具体的，热能回收模块用于实现压缩空气的级间冷却，并将每一级空气在压缩过程中产生的废热能取出，在后续工艺中利用，热能利用模块用于将取出的空气压缩过程中产生的废热换热后，为用户提供热水使用，温度控制模块用于检测部件连接处相应数据，根据用户对用水温度的要求实现对电动阀门的开度控制来控制水的流量，进而实现对用户用水温度的控制，系统分内外循环两部分：内循环部分由两个冷却器11、板式换热器21、保护换热器22、循环水泵14、加药成套装置16和补水成套装置15构成，形成冷却水内部循环，不与外界用户水路形成直接接触，方便对循环水路加药处理，防止水垢形成堵塞回路，外循环部分为板式换热器21和保护换热器22的外部出水，用户用水通过板式换热器21的外部进水口进入，由外部出水口流出，在板式换热器21中与内循环水路实现热交换；同理，保护换热器22外部进水口和外部出水口连接第二冷却塔23，实现对已经参与过热交换的循环水进行再次降温，满足循环水进行下一次循环冷却的条件。
21.为了解决现有技术中换热效果不佳，需要除去压缩空气中的水分以避免用气装置的受潮与锈蚀的技术问题，请参阅图1-图3，本发明提出以下技术方案：冷却器11为间壁式换热器，冷却器11采用去离子水作为冷却介质，冷却器11的数量不少于两个，冷却器11包括壳体111、管束112、管箱113和水、气进出接口，管束112设置在管箱113内，管箱113的外部设置有壳体111，管束112与水、气进出接口连接，水、气进出接口上设置有对应的排汽、排凝和排污阀门；管束112包括换热管1121和翅片1122，换热管1121贯穿翅片1122，翅片1122沿冷却器11的空气进口方向排列设置，且翅片1122之间的间距设置为0.5mm，翅片1122的表面设置有导水凹槽，导水凹槽的数量为四条；具体的，翅片1122为整体结构，能够加强传热，导水凹槽用于将空气在冷却器11中凝结的冷凝水排出，强化传热的同时实现水-气分离，减小压缩后空气中的水汽含量。
22.为了解决现有技术中压缩机本体12工作时，产生较多的热量的技术问题，请参阅图4-图5，本发明提出以下技术方案：压缩机本体12的数量比冷却器11的数量多一个，压缩机本体12的外壁上设置有冷却装置18，冷却装置18包括驱动电机181、传动轮182、同步轮183、散热杆件184和同步带185，驱动电机181与压缩机本体12的外壁连接，驱动电机181的输出端与传动轮182连接，传动轮182通过同步带185与同步轮183连接，同步轮183与散热杆件184的一端固定连接；具体的，散热杆件184的数量和位置设置，根据压缩机本体12的形状做适应性调整，驱动电机181工作，带动传动轮182旋转，同步带185带动同步轮183旋转，实现散热杆件
184转动，散热杆件184对压缩机本体12表面实现散热；散热杆件184包括散热块1841、旋转杆1842、扇风板1843和储水盒1844和吸水棉线1845，散热块1841的一侧焊接在压缩机本体12的外壁上，旋转杆1842贯穿散热块1841，散热块1841之间的旋转杆1842上固定连接有扇风板1843，旋转杆1842的一端固定连接有储水盒1844，吸水棉线1845的一端延伸至储水盒1844内，吸水棉线1845贯穿旋转杆1842，且吸水棉线1845的上设置有分支线，分支线延伸至扇风板1843内，且扇风板1843远离旋转杆1842的一端设置有擦拭棉，擦拭棉与分支线连接；具体的，散热块1841吸收压缩机本体12表面的热量，加快压缩机本体12散热，同时旋转杆1842旋转，带动扇风板1843转动，扇风板1843带动空气流动，加快散热块1841降温，且扇风板1843转动时，带动擦拭棉擦拭压缩机本体12表面，擦拭棉通过分支线吸收储水盒1844内水分，保持表面湿润，水分蒸发过程中吸热，再次提高压缩机本体12降温；请参阅图6-图7，为了更好的展现压缩机高温余热系统的控制流程，本实施例现提出一种压缩机高温余热系统的控制方法，包括以下步骤：s1：对各个硬件的出入端温度参数以及阀门组件的阀开度参数进行设置，具体的，冷却器11水侧出口温度应控制在85℃，空气出口温度应控制在42℃，阀门组件正常开度为75%左右，以空气出口温度为主调节信号，水侧出口温度为辅助调节信号控制水侧入口管道的对应的阀门；s2：在开启需要的阀门组件和加药成套装置16后，开启循环水泵14和补水成套装置15，循环水在循环水泵14的作用下在循环管路17内工作，压缩机本体12工作产生的气体经过冷却器11冷却换热后排出，经过冷却器11的循环水吸收气体热量后，再由板式换热器21换热，为用户用水加热，再通过保护换热器22换热，将循环水降至初始温度，循环使用；s3：传感器组件31和阀门组件对经过的水流和气体的温度、压力或者流量进行监测，控制单元读取数据，并进行条件判断处理，输出信号至阀门组件，控制阀开度，以空气出口温度作为主要控制值，设定
±
2℃为调节范围，当空气出口温度高于44℃时，调节阀324增大开度，将空气温度降低；当空气温度低于44℃且高于40℃时，执行嵌套控制程序，判断辅调节参数水侧出口温度，辅调节参数同样设定
±
2℃为调节范围，当水侧温度高于87℃时，增大调节阀324开度，提高水侧流量，使水侧温度降低，当水侧温度低于83℃时，减小调节阀324开度，降低水侧流量，使水侧温度降低；当空气温度低于40℃时，减小调节阀324开度；s4：循环水水流量随阀开度变化，输出的压缩气体或者用户用水随旋转水的水流变化进行调整；s5：加药成套装置16用于清除循环水被加热循环过程中形成的水垢，防止水垢堵塞管道或换热器，补水成套装置15保障有充足的冷却水进行循环换热，从而保障热能的顺利交换。
23.控制单元的工作流程包括温度控制增阀步骤s31和温度控制减阀步骤s32，其中，温度控制增阀步骤s31如下：s311：温度传感器311采集冷却器11出气温度及出水温度；s312：控制单元判断冷却器11出气温度是否大于超温报警阀值，超出阀值，进入s313，未超出阀值，进入s314；s313：则控制单元控制阀开至100%，冷却水流速增加，出水温度降低，出气温度降
低，返回至s312；s314：控制单元判断冷却器11实际出气温度是否大于出气温度上限值，超出上限值，进入入s315，未超出上限值，进入s316；s315：进行增阀粗调，冷却水流速增加，出水温度降低，出气温度降低，返回至s312；s316：控制单元判断冷却器11实际出水温度是否大于出水温度上限值，超出上限值，进入入s317，未超出上限值，进入s318；s317：进行增阀精调，冷却水流速增加，出水温度降低，出气温度降低，返回至s312；s318：控制单元判断冷却器11实际出水温度是否大于出水温度设定值，超出设定值，判断结束，不做处理，未超出设定值，转至温度控制减阀步骤s312；温度控制减阀步骤s32如下：s321：温度传感器311采集冷却器11出气温度及出水温度；s322：控制单元判断冷却器11实际出气温度是否小于出气温度下限值，小于下限值，进入s323，未小于下限值，进入s324；s323：则控制单元进行减阀粗调，冷却器11调节阀324关至下限值，冷却水流速降低，出水温度升高，出气温度升高，返回至s322；s324：控制单元判断冷却器11实际出水温度是否小于出水温度设定值，小于设定值，进入入s325，未小于设定值，进入s326；s325：进行减阀精调，冷却水流速降低，出水温度升高，出气温度升高，返回至s322；s326：冷却器11实际出水温度大于出水温度设定值，转至温度控制增阀步骤s321。
24.综上所述：本压缩机高温余热系统及控制方法，设置有冷却器11，将每一级空气在压缩过程中产生的废热能取出，在后续工艺中利用，板式换热器21换热，为用户用水加热，再通过保护换热器22换热，将循环水降至初始温度，循环使用，加药成套装置16用于清除在不断循环过程中形成的水垢，防止堵塞管道或换热器，保证循环的正常进行，补水成套装置15保障有充足的冷却水进行循环换热，从而保障热能的顺利交换；冷却器11为间壁式换热器，翅片1122采用整体结构，能够加强传热，导水凹槽用于将空气在冷却器11中凝结的冷凝水排出，强化传热的同时实现水-气分离，减小压缩后空气中的水汽含量；冷却器11设置有多个，采用分布式设置，能够预热一种或多种介质，满足工业生产中的多种需求；控制单元采用嵌套控制算法，有效提高了调节阀的控制精度，缩短了相应时间，提高能量回收效率至97.5%以上。
25.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。