一种空分压缩提纯系统的制作方法

1.本实用新型属于空气分离技术领域，尤其涉及一种空分压缩提纯系统。


背景技术：

2.空分装置的能源消耗主要来自于电耗，而工业电价有峰谷电的特点，且价格差异在2倍左右，充分利用这种差异运行空分装置能显著降低企业成本。但是在常规的空分流程中，由于涉及的系统较多，调节上具有一定的滞后性，很难通过频繁的变工况操作来赢取这部分效益。另外，空分流程中的耗电设备主要是压缩机，在下游负荷降低需要减少氧气产品流量时，压缩机通常需要放空或是机组打回流来实现，这在能耗上也是不经济的。
3.为解决上述技术问题，本领域技术人员提出先进压缩空气储能系统，其是基于传统压缩空气储能系统进行改进的，摒弃传统压缩空气储能系统需要外部燃烧室补燃的环节，通过将空气压缩至高压状态并收集压缩热，用以加热需要升温的流体，进而提高整个系统的效率。但是目前对先进压缩空气储能系统的研究并不成熟，还处于起步阶段，且都属于小型系统，效率依然较低，换热工质的剩余热量没有得到充分利用，排出的空气仍然具备部分做功能力，种种问题都限制了先进压缩空气储能系统的进一步发展。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供一种空分压缩提纯系统，以解决现有空分压缩提纯系统中的压缩空气储能部分仍具有部分热量损失，进而导致效率低、能耗大的技术问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
5.本实用新型采用如下技术方案：
6.在一些可选的实施例中，提供一种空分压缩提纯系统，包括：剩余热量回收装置、储能释能装置、压缩机组以及膨胀机组；
7.所述储能释能装置包括：低温储热罐、高温储热罐、低压储气罐、高压储气罐、第一换热器组以及第二换热器组，且第一换热器组由若干压缩侧换热器组成，第二换热器组由若干膨胀侧换热器组成；
8.所述剩余热量回收装置的热媒出口与所述低温储热罐的入口端连接，所述低温储热罐的出口端与各个压缩侧换热器的冷媒进口连接，各个压缩侧换热器的冷媒出口与所述高温储热罐的入口端连接，所述高温储热罐的出口端与各个膨胀侧换热器的热媒进口连接，各个膨胀侧换热器的热媒出口与所述剩余热量回收装置的热媒进口连接；
9.所述剩余热量回收装置的冷媒出口与所述膨胀机组连接，所述剩余热量回收装置的冷媒进口与所述低压储气罐的出气口连接，所述低压储气罐的进气口与所述膨胀机组连接，所述膨胀机组与所述高压储气罐连接。
10.进一步的，所述的一种空分压缩提纯系统，还包括：电动机；所述压缩机组由若干
个压缩机组成；所述压缩机组在压缩空气时产生的热能在所述第一换热器组内与所述低温储热罐排出的工质进行换热，所述压缩机组压缩的空气输送至所述高压储气罐中。
11.进一步的，所述的一种空分压缩提纯系统，还包括：发电机；所述膨胀机组由若干个串联的透平膨胀机组成；所述高压储气罐与所述膨胀机组中的第一级透平膨胀机的进气口连接，所述高温储热罐排出的工质在所述第二换热器组内与所述膨胀机组中的各级透平膨胀机之间的空气进行换热，为压缩气体在所述膨胀机组内做工提供能量。
12.进一步的，所述高压储气罐的输出管路上设置第一控制阀；所述低压储气罐的输出管路上设置第二控制阀。
13.进一步的，所述的一种空分压缩提纯系统，还包括：温度检测装置以及分配管路；所述温度检测装置设置在所述剩余热量回收装置的冷媒出口上；所述分配管路由主管路及若干辅管路组成，各个辅管路与所述膨胀机组中的各级透平膨胀机的进气口连接。
14.进一步的，所述各个辅管路上均设置有分配控制阀。
15.进一步的，所述电动机与所述压缩机组之间通过第一转动轴连接；所述发电机与所述膨胀机组之间通过第二转动轴连接。
16.本实用新型所带来的有益效果：
17.1.本实用新型的结构设计可充分利用和保存电网中的剩余电能，实现在用电低谷时储存电能，在用电高峰时将电能释放，减少电能的损耗；
18.2.利用剩余热量回收装置进一步减少能量损失，并加以利用增加做功量，实现工质余热的回收和利用，提高效率，降低整体空分流程的生产成本和能耗；
19.3.本实用新型更加稳定、成熟，系统安全稳定运行的周期更长。
附图说明
20.图1是本实用新型一种空分压缩提纯系统的结构示意图。
具体实施方式
21.以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。
22.如图1所示，在一些说明性的实施例中，本实用新型提供一种空分压缩提纯系统，包括：剩余热量回收装置1、储能释能装置、电动机9、压缩机组、发电机11、膨胀机组。剩余热量回收装置1用于回收换热的剩余热量，以便进行二次做工。
23.其中，储能释能装置包括：低温储热罐2、高温储热罐3、低压储气罐4、高压储气罐5、第一换热器组以及第二换热器组。进一步的，第一换热器组由若干个压缩侧换热器6组成，第二换热器组由若干个膨胀侧换热器7组成。
24.剩余热量回收装置1的热媒出口与低温储热罐2的入口端连接，低温储热罐2的出口端与各个压缩侧换热器6的冷媒进口连接，各个压缩侧换热器6的冷媒出口与高温储热罐3的入口端连接。压缩机组由若干个压缩机8组成，各个压缩机8的进气口与前一个压缩侧换热器6的热媒出口连接，出气口与后一个压缩侧换热器6的热媒进口连接。第一换热器组内
的最后一个压缩机的出气口与高压储气罐5的进气口连接。
25.电动机9与压缩机组之间通过第一转动轴连接，从而使得电动机9可带动压缩机组进行运转。来自电网剩余的电能或者新能源电能通过电动机9带动压缩机组内各个压缩机8工作，压缩机组将常温空气压缩至高压状态后储存在高压储气罐5中，压缩机8在压缩空气时产生的热能在第一换热器组内与低温储热罐2排出的工质进行换热，被加热的工质进入高温储热罐3进行储能，至此完成储能过程。
26.高温储热罐3的出口端与各个膨胀侧换热器7的热媒进口连接，各个膨胀侧换热器7的热媒出口与剩余热量回收装置1的热媒进口连接。膨胀机组由若干个串联的透平膨胀机10组成。剩余热量回收装置1的冷媒出口与膨胀机组连接，剩余热量回收装置1的冷媒进口与低压储气罐4的出气口连接，低压储气罐4的进气口与膨胀机组中的末级透平膨胀机的出气口连接，膨胀机组中的第一级透平膨胀机的进气口与高压储气罐5连接。
27.发电机11与膨胀机组之间通过第二转动轴连接，使得膨胀机组做工时产生的电能可以存储在发电机11中。高温储热罐3排出的工质在膨胀侧换热器7内与膨胀机组中各级的透平膨胀机10之间的空气进行换热，为压缩气体在膨胀机组内做工提供能量。
28.高压储气罐5的输出管路上设置第一控制阀51；低压储气罐4的输出管路上设置第二控制阀41。
29.在释能时，压缩空气通过第一控制阀51释放后进入各级的透平膨胀机10，压缩空气先经过膨胀侧换热器7加热再进入第一级的透平膨胀机10膨胀做功，做功结束后的排气进入下一级的膨胀侧换热器7加热，然后进入下一级的透平膨胀机19做功，直至最后一级膨胀机做功结束。完成换热的工质在进入低温储热罐2之前，首先经过剩余热量回收装置1进行热量回收，在释能阶段将这部分热量用于加热透平膨胀机10排气，在膨胀做功过程结束时，排气经过剩余热量回收装置1后再次进入膨胀机组做功，至此完成释能过程，能够增加透平膨胀机做功量。
30.本实用新型利用剩余热量回收装置1在低温储热罐2之前接收来自第二换热器组的换热工质，利用相变材料吸收该部分热量，并用于加热膨胀机组排气，将其通入膨胀机组参与做功过程。储能过程开始时，将加热后的空气送至压缩机组进行压缩并储存在高压储气罐5中。释能时通过各级的透平膨胀机10膨胀做功带动发电机11完成发电过程。剩余热量回收装置1回收来自第二换热器组中工质的余热，并用于加热膨胀机组排气，提高膨胀机做功量，进而提高系统效率。
31.剩余热量回收装置1包括多个热量回收单元，该单元设有工质进出口和空气进出口，使用相变材料将换热工质和空气流道隔开，其中换热工质流经相变材料释放热量后从单元上方位置进入低温储热罐2，相变材料处于中间位置吸收和释放热量，空气从单元下方位置吸收热量进入膨胀机组做功。
32.本实用新型在储能时，剩余的电能带动电动机9工作，将空气送至压缩机组进行压缩并储存，释能时，空气通过透平膨胀机10带动发电机11完成发电过程，进入低温储热罐2的换热工质先进入剩余热量回收装置1，换热工质通过与相变材料换热，将换热工质的热量回收，在释能过程结束的同时将该部分热量传递给膨胀机组排气。透平膨胀机10采用多级串联，每一级透平膨胀机做功结束后的排气先进入对应的膨胀侧换热器7，被换热工质加热后进入下一级的透平膨胀机做功，直至最后一级的透平膨胀机做功结束，并将排气储存在
低压储气罐4中。
33.因此，本实用新型的结构设计可降低压缩机约5％的压缩功率，每年可节约电能6400kw/h
×
5％
×
340天
×
24h＝2611200kw，节约电费2611200
×
0.61≈160万。其本实用新型的压缩提纯系统除降低压缩机能耗外，同时提高膨胀机制冷效率，提高能量利用，可月增加液体产量80m3左右，每年增加效益约80万元。上述目标数按340天计算，年合计可创效160+80＝240万元，同时还可提高产品纯度。
34.本实用新型还包括：温度检测装置12以及分配管路。温度检测装置12可选为温度传感器，温度检测装置12设置在剩余热量回收装置1的冷媒出口上，实时检测剩余热量回收装置1排出的气体的温度。分配管路由主管路13及若干辅管路14组成，各个辅管路14与膨胀机组中各级的透平膨胀机10的进气口连接，且各个辅管路14上均设置有分配控制阀15。
35.温度检测装置12与plc的数据输入端连接，分配控制阀15与plc的控制输出端连接。根据检测到的剩余热量回收装置1排出的气体的温度，控制打开相应的辅管路14上的分配控制阀15。比如，当温度较高时，则打开各级透平膨胀机10中前几级所对应的辅管路14上的分配控制阀15，若是温度比较低，则打开末级透平膨胀机10所对应的辅管路14上的分配控制阀15。本实用新型根据温度调整再次做工时投入的膨胀机的数量，从而进一步实现充分利用剩余热量的目的。除此之外，不改变现有系统的结构布置，具有改造程度小，成本低的技术优势。
36.上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所做的改变，修饰，替代，组合，简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本实用新型的保护范围内。