CN104005959A - 无油螺杆空压机复合式热回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无油螺杆空压机复合式热回收系统，包括无油螺杆空压机和PLC控制器，无油螺杆空压机分别与第一空气换热器、第二空气换热器和吸附式空气干燥机连接，第一空气换热器和第二空气换热器均与循环水箱连接，无油螺杆空压机还连接有冷却塔。本发明无油螺杆空压机复合式热回收系统，在无油螺杆空压机外设置第一空气换能器和第二空气换能器，通过PLC控制器控制冷却水热回收系统的循环运行和冷却塔系统的切换，解决了现有无油螺杆空压机工作过程中产生的热量不能回收利用的问题，既能提高空压机的产气效率，延长设备寿命，又减少了为获得热水所需的一次能源的消耗，具有高效、节能、环保的优点，对于可持续发展具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于空气压缩机热回收技术领域，具体涉及一种无油螺杆空压机复合式热回收系统。
背景技术
压缩空气，作为一种重要的动力源，具有便于存储输送、无公害及以取之不尽的自由空气为原料的优点，被广泛应用于各种需要压缩空气生产工艺的环节和场所。在空压机生产压缩空气的过程中，会产生大量的热量(约相当于输入电能的85％)，而目前，这些热量一般通过风冷或者水冷的方式将空压机的热量排放到环境中，造成了能源的极大浪费和环境热污染。
在大多数生产型企业中，空压机的能源消耗约占全部能源消耗的10％～35％，因此空压机的余热回收也逐渐被重视，但大多是针对喷油型螺杆式空压机的，对于无油螺杆式空压机热回收系统的研究较少。而无油螺杆式空压机，由于没有油的冷却作用，使得压缩过程更接近于绝热压缩，偏离等温压缩，导致大部分的功率转化成压缩空气的压缩热，这也正是无油螺杆空压机排气温度过高的原因。因此，这部分的热量具有很大回收潜力。
发明内容
本发明的目的是提供一种无油螺杆空压机复合式热回收系统，解决了现有无油螺杆空压机工作过程中产生的热量不能回收利用的问题。
本发明所采用的技术方案是：无油螺杆空压机复合式热回收系统，包括无油螺杆空压机和PLC控制器，无油螺杆空压机分别与第一空气换热器、第二空气换热器和吸附式空气干燥机连接，第一空气换热器和第二空气换热器均与循环水箱连接，无油螺杆空压机还连接有冷却塔。
本发明的特点还在于，
无油螺杆空压机包括低压压缩机，低压压缩机的出气口通过送气管分别与中间冷却器和第一空气换热器的进气口连接，中间冷却器和第一空气换热器的出气口分别通过送气管与高压压缩机的进气口连接，高压压缩机的出气口分别通过送气管与后冷却器和第二空气换热器的进气口连接，后冷却器和第二空气换热器的出气口分别通过送气管与吸附式空气干燥机连接。
低压压缩机与中间冷却器之间的送气管上设置有第三电磁阀，低压压缩机与第一空气换热器之间的送气管上设置有第一电磁阀，第一空气换热器的出气口与高压压缩机进气口之间的送气管上设置有第一温度传感器和第一压力传感器，中间冷却器的出气口与高压压缩机进气口之间的送气管上设置有第四电磁阀，高压压缩机的出气口与第二空气换热器进气口之间的送气管上设置有四通阀，四通阀与第二空气换热器进气口之间的送气管上设置有第二电磁阀，四通阀与后冷却器进气口之间的送气管上设置有第五电磁阀，第二空气换热器的出气口与吸附式空气干燥机之间的送气管上依次设置有第二温度传感器、第二压力传感器和气动蝶阀，气动蝶阀与后冷却器出气口之间且靠近后冷却器出气口处设置有第六电磁阀。
吸附式空气干燥机中设置有吸附剂和再生冷却器，再生冷却器的一端连接第二进水管，另一端连接第二出水管，第二进水管上设置有第三闸阀，第二出水管上设置有第四闸阀。
冷却塔的出水口通过供水管分为两路，分别与中间冷却器和后冷却器的进水口连接，供水管上依次设置有第一闸阀和第一温度表，供水管上靠近中间冷却器的进水口处设置有第七电磁阀、靠近后冷却器的进水口处设置有第八电磁阀，中间冷却器和后冷却器的出水口分别通过回水管与冷却塔的进水口连接，回水管上依次设置有水泵B和第二闸阀。
循环水箱顶部的进水口与第一进水管连接，第一进水管上从下往上依次设置有电动比例调节阀、三通阀和第九电磁阀，第一进水管从三通阀处又分为两路，分别连接第一空气换热器与第二空气换热器的进水口，第一空气换热器与第二空气换热器的出水口分别通过送水管与循环水箱的进水口连接，送水管上设置有第二温度表；循环水箱底部的出水口连接有第一出水管，第一出水管上依次设置有第三温度传感器、第五闸阀、水泵A和压力表。
循环水箱的进水口处设置有水位传感器，循环水箱的底部还设置有排污口。
第三温度传感器、水位传感器、第九电磁阀、电动比例调节阀、第二温度传感器、第二压力传感器、第一温度传感器、第一压力传感器、第二电磁阀、第一电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀、第四电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、水泵B和第八电磁阀均通过导线与PLC控制器连接。
第一空气换热器与第二空气换热器采用铜管铝翅片式换热器。
本发明的有益效果是：本发明无油螺杆空压机复合式热回收系统，在无油螺杆空压机外设置第一空气换能器和第二空气换能器，通过PLC控制器控制冷却水热回收系统的循环运行和冷却塔系统的切换，解决了现有无油螺杆空压机工作过程中产生的热量不能回收利用的问题，既能提高空压机的产气效率，延长设备寿命，又减少了为获得热水所需的一次能源的消耗，具有高效、节能、环保的优点，对于可持续发展具有重要意义。
附图说明
图1是本发明无油螺杆空压机复合式热回收系统的结构示意图。
图中，1.无油螺杆空压机，2.低压压缩机，3.高压压缩机，4.第一空气换热器，5.第二空气换热器，6.循环水箱，7.吸附式空气干燥机，8.中间冷却器，9.后冷却器，10.冷却塔，11.第一电磁阀，12.第一温度传感器，13.第一压力传感器，14.四通阀，15.第二电磁阀，16.第二温度传感器，17.第二压力传感器，18.气动蝶阀，19.第三电磁阀，20.第四电磁阀，21.第五电磁阀，22.第六电磁阀，23.第一闸阀，24.第一温度表，25.第七电磁阀，26.第八电磁阀，27.第二闸阀，28.第三闸阀，29.第四闸阀，30.电动比例调节阀，31.三通阀，32.第二温度表，33.第九电磁阀，34.水位传感器，35.排污口，36.第三温度传感器，37.第五闸阀，38.压力表，39.PLC控制器，40.第一进水管，41.供水管，42.回水管，43.水泵A，44.水泵B，45.再生冷却器，46.送水管，47.送气管，48.第二进水管，49.第二出水管，50.第一出水管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明无油螺杆空压机复合式热回收系统，如图1所示，包括无油螺杆空压机1和PLC控制器39，无油螺杆空压机1分别与第一空气换热器4、第二空气换热器5和吸附式空气干燥机7连接，第一空气换热器4与第二空气换热器5采用铜管铝翅片式换热器，第一空气换热器4和第二空气换热器5均与循环水箱6连接，无油螺杆空压机1还连接有冷却塔10；
无油螺杆空压机1包括低压压缩机2，低压压缩机2的出气口通过送气管47分别与中间冷却器8和第一空气换热器4的进气口连接，中间冷却器8和第一空气换热器4的出气口分别通过送气管47与高压压缩机3的进气口连接，高压压缩机3的出气口分别通过送气管47与后冷却器9和第二空气换热器5的进气口连接，后冷却器9和第二空气换热器5的出气口分别通过送气管47与吸附式空气干燥机7连接；
低压压缩机2与中间冷却器8之间的送气管47上设置有第三电磁阀19，低压压缩机2与第一空气换热器4之间的送气管47上设置有第一电磁阀11，第一空气换热器4的出气口与高压压缩机3进气口之间的送气管47上设置有第一温度传感器12和第一压力传感器13，中间冷却器8的出气口与高压压缩机3进气口之间的送气管47上设置有第四电磁阀20，高压压缩机3的出气口与第二空气换热器5进气口之间的送气管47上设置有四通阀14，四通阀14与第二空气换热器5进气口之间的送气管47上设置有第二电磁阀15，四通阀14与后冷却器9进气口之间的送气管47上设置有第五电磁阀21，第二空气换热器5的出气口与吸附式空气干燥机7之间的送气管47上依次设置有第二温度传感器16、第二压力传感器17和气动蝶阀18，气动蝶阀18与后冷却器9出气口之间且靠近后冷却器9出气口处设置有第六电磁阀22；
吸附式空气干燥机7中设置有吸附剂和再生冷却器45，再生冷却器45的一端连接第二进水管48，另一端连接第二出水管49，第二进水管48上设置有第三闸阀28，第二出水管49上设置有第四闸阀29；
冷却塔10的出水口通过供水管41分为两路，分别与中间冷却器8和后冷却器9的进水口连接，供水管41上依次设置有第一闸阀23和第一温度表24，供水管41上靠近中间冷却器8的进水口处设置有第七电磁阀25、靠近后冷却器9的进水口处设置有第八电磁阀26，中间冷却器8和后冷却器9的出水口分别通过回水管42与冷却塔10的进水口连接，回水管42上依次设置有水泵B44和第二闸阀27；
循环水箱6顶部的进水口与第一进水管40连接，第一进水管40上从下往上依次设置有电动比例调节阀30、三通阀31和第九电磁阀33，第一进水管40从三通阀31处又分为两路，分别连接第一空气换热器4与第二空气换热器5的进水口，第一空气换热器4与第二空气换热器5的出水口分别通过送水管46与循环水箱6的进水口连接，送水管46上设置有第二温度表32；循环水箱6底部的出水口连接有第一出水管50，第一出水管50上依次设置有第三温度传感器36、第五闸阀37、水泵A43和压力表38；循环水箱6的进水口处设置有水位传感器34，循环水箱6的底部还设置有排污口35；
第三温度传感器36、水位传感器34、第九电磁阀33、电动比例调节阀30、第二温度传感器16、第二压力传感器17、第一温度传感器12、第一压力传感器13、第二电磁阀15、第一电磁阀11、第三电磁阀19、第五电磁阀21、第四电磁阀20、第六电磁阀22、第七电磁阀25、水泵B44和第八电磁阀26均通过导线与PLC控制器39连接；其中，第一温度传感器12、第一压力传感器13和第一电磁阀11、第三电磁阀19、第四电磁阀20、第七电磁阀25、水泵B44联动；第二温度传感器16、第二压力传感器17和第二电磁阀15、第五电磁阀21、第六电磁阀22、第八电磁阀26、水泵Ｂ44联动；第三温度传感器36和电动比例调节阀30联动；水位传感器34和第九电磁阀33联动。
本发明无油螺杆空压机复合式热回收系统的原理为：其包括冷却水热回收系统和压缩空气热回收系统，其中压缩空气热回收系统主要是通过从高压压缩机3分离出来的一小部分高温压缩空气进入吸附式空气干燥机7，用于吸附剂的再生，再生后含有水分的高温气体经再生冷却器45冷却干燥后与被干燥的大部分气体混合，再输送至用气点；冷却水热回收系统是通过在无油螺杆空压机1外设置第一空气换热器4和第二空气换热器5，使其分别替代机内原有的中间冷却器8和后冷却器9，第一空气换热器4用于提取从低压压缩机2出来的压缩空气中的热量，第二空气换热器5用于提取从高压压缩机3出来的压缩空气的热量，利用深井水或者自来水与高温压缩空气进行热交换，将所得到的热水输送至用水点，而原有的冷却塔系统作为备用系统。
本发明无油螺杆空压机复合式热回收系统的工作过程如下：
1、压缩空气热回收系统：
外界的自由空气经送气管47被送入无油螺杆空压机1，经低压压缩机2压缩后，温度急剧上升达到190℃左右，经第一电磁阀11(常开)进入第一空气换热器4，与通入第一空气换热器4中的冷却水(深井水或自来水)进行热交换，从而使得压缩空气温度降低达到高压压缩机3进气口的温度要求；之后经高压压缩机3压缩后，经四通阀14和第二电磁阀15(常开)进入第二空气换热器5，与第二空气换热器5中的冷却水进行热交换，使得压缩空气温度降低达到吸附式空气干燥机7进口的温度要求；
另外，从高压压缩机3出气口分离出来的一小部分高温压缩空气经气动蝶阀18进入吸附式空气干燥机7中用于吸附剂的再生，再生后含有水分的高温气体经再生冷却器45冷却干燥后与被干燥的大部分气体混合，再输送至用气点，因此该再生过程没有压缩空气的消耗。
2、冷却水热回收系统：
来自外网的冷却水经过滤后经电动比例调节阀30和三通阀31后进入第一空气换热器4和第二空气换热器5，与另一侧从低压压缩机2出气口进入第一空气换热器4中的高温压缩空气及从高压压缩机3出气口进入第二空气换热器5中的高温压缩空气进行换热，使水温升高达到所要求的温度后经送水管46进入循环水箱6中储存，再经第一出水管50输送至用水点；
当第一空气换热器4出现故障或者需要清洗检修时，第一温度传感器12(设定温度为t≤55℃)检测到的温度大于所设定的温度或当第一压力传感器13(设定压强为P≤0.27MPa)检测到的压强超过所设定的值时，信号指示PLC控制器39控制第一电磁阀11断开，第三电磁阀19、第四电磁阀20和第七电磁阀25打开，水泵B44启动，冷却塔系统开启，则来自低压压缩机2的压缩空气与来自冷却塔10的冷却水在中间冷却器8中进行换热，使得压缩空气的温度得到降低；当第二空气换热器5出现故障或者需要清洗检修时，第二温度传感器16(设定温度t≤38℃)检测到的温度大于所设定的温度时或当第二压力传感器17(设定压强为0.6MPa)检测到的压强小于所设定的值时，信号指示PLC控制器39控制第二电磁阀15断开，第五电磁阀21、第六电磁阀22、第八电磁阀26打开，水泵B44启动，冷却塔系统开启，则来自高压压缩机3的压缩空气与来自冷却塔10的冷却水在后冷却器9中进行换热，以使压缩空气温度降低，达到吸附式空气干燥机7的进口温度要求；
当用户用热负荷较小时，如炎热的夏季，这时第四电磁阀20、第五电磁阀21、第六电磁阀22、第八电磁阀26均打开及水泵B44开启，冷却塔系统与换热器系统同时运行，以保证无油螺杆空压机1的正常工作及冷却水的温度控制在某一波动范围内(45～55℃)。
当循环水箱6中的水温过高时(设定值为55℃)，第三温度传感器36信号指示PLC控制器39控制电动比例调节阀30增大开度，增大进入第一空气换热器4和第二空气换热器5中的冷却水量；当循环水箱6中的水温过低时(设定值为45℃)，电动比例调节阀30减小开度，减少进入第一空气换热器4和第二空气换热器5中的冷却水量。当循环水箱6中的水位较低时，水位传感器34信号指示PLC控制器39控制第九电磁阀33打开，通入冷却水以保证水量要求，压力表38用来检测供水压力。
本发明还具有以下优点：
1)PLC控制器39通过控制相应的温度传感器、压力传感器及水位传感器来保证用水温度的要求和压缩空气的安全使用，以达到充分利用余热的目的及保证系统可靠地运行；
2)循环水箱6中的第三温度传感器36和电动比例调节阀30联动，以满足不同季节或者不同用途的水温要求，如生活热水、空调新风预热、工艺用水加热、喷水室喷淋等；
3)进入吸附式空气干燥机7的少量高温压缩空气用于吸附剂再生后，与被干燥的大部分压缩空气一起被输送至用气点，无压缩空气的消耗；
4)冷却水热回收系统所用冷却水来自自来水管网，无需在入口设置水泵，减少了设备的投资；
5)换热器使用铜管铝翅片式空气换热器，耐温耐压，不易泄露，流动阻力较低，具有较高的换热效率，结构紧凑，清洗和维修方便，降低了运行维护费用。
Claims (9)
1.无油螺杆空压机复合式热回收系统，其特征在于，包括无油螺杆空压机(1)和PLC控制器(39)，所述无油螺杆空压机(1)分别与第一空气换热器(4)、第二空气换热器(5)和吸附式空气干燥机(7)连接，所述第一空气换热器(4)和第二空气换热器(5)均与循环水箱(6)连接，所述无油螺杆空压机(1)还连接有冷却塔(10)。
2.如权利要求1所述的无油螺杆空压机复合式热回收系统，其特征在于，所述无油螺杆空压机(1)包括低压压缩机(2)，所述低压压缩机(2)的出气口通过送气管(47)分别与中间冷却器(8)和第一空气换热器(4)的进气口连接，所述中间冷却器(8)和第一空气换热器(4)的出气口分别通过送气管(47)与高压压缩机(3)的进气口连接，所述高压压缩机(3)的出气口分别通过送气管(47)与后冷却器(9)和第二空气换热器(5)的进气口连接，所述后冷却器(9)和第二空气换热器(5)的出气口分别通过送气管(47)与吸附式空气干燥机(7)连接。
3.如权利要求2所述的无油螺杆空压机复合式热回收系统，其特征在于，所述低压压缩机(2)与所述中间冷却器(8)之间的送气管(47)上设置有第三电磁阀(19)，所述低压压缩机(2)与所述第一空气换热器(4)之间的送气管(47)上设置有第一电磁阀(11)，所述第一空气换热器(4)的出气口与所述高压压缩机(3)进气口之间的送气管(47)上设置有第一温度传感器(12)和第一压力传感器(13)，所述中间冷却器(8)的出气口与所述高压压缩机(3)进气口之间的送气管(47)上设置有第四电磁阀(20)，所述高压压缩机(3)的出气口与所述第二空气换热器(5)进气口之间的送气管(47)上设置有四通阀(14)，所述四通阀(14)与所述第二空气换热器(5)进气口之间的送气管(47)上设置有第二电磁阀(15)，所述四通阀(14)与所述后冷却器(9)进气口之间的送气管(47)上设置有第五电磁阀(21)，所述第二空气换热器(5)的出气口与所述吸附式空气干燥机(7)之间的送气管(47)上依次设置有第二温度传感器(16)、第二压力传感器(17)和气动蝶阀(18)，所述气动蝶阀(18)与所述后冷却器(9)出气口之间且靠近所述后冷却器(9)出气口处设置有第六电磁阀(22)。
4.如权利要求1所述的无油螺杆空压机复合式热回收系统，其特征在于，所述吸附式空气干燥机(7)中设置有吸附剂和再生冷却器(45)，所述再生冷却器(45)的一端连接第二进水管(48)，另一端连接第二出水管(49)，所述第二进水管(48)上设置有第三闸阀(28)，所述第二出水管(49)上设置有第四闸阀(29)。
5.如权利要求1所述的无油螺杆空压机复合式热回收系统，其特征在于，所述冷却塔(10)的出水口通过供水管(41)分为两路，分别与中间冷却器(8)和后冷却器(9)的进水口连接，所述供水管(41)上依次设置有第一闸阀(23)和第一温度表(24)，所述供水管(41)上靠近所述中间冷却器(8)的进水口处设置有第七电磁阀(25)、靠近所述后冷却器(9)的进水口处设置有第八电磁阀(26)，所述中间冷却器(8)和后冷却器(9)的出水口分别通过回水管(42)与所述冷却塔(10)的进水口连接，所述回水管(42)上依次设置有水泵B(44)和第二闸阀(27)。
6.如权利要求1所述的无油螺杆空压机复合式热回收系统，其特征在于，所述循环水箱(6)顶部的进水口与第一进水管(40)连接，所述第一进水管(40)上从下往上依次设置有电动比例调节阀(30)、三通阀(31)和第九电磁阀(33)，所述第一进水管(40)从所述三通阀(31)处又分为两路，分别连接第一空气换热器(4)与第二空气换热器(5)的进水口，所述第一空气换热器(4)与第二空气换热器(5)的出水口分别通过送水管(46)与循环水箱(6)的进水口连接，所述送水管(46)上设置有第二温度表(32)；所述循环水箱(6)底部的出水口连接有第一出水管(50)，所述第一出水管(50)上依次设置有第三温度传感器(36)、第五闸阀(37)、水泵A(43)和压力表(38)。
7.如权利要求6所述的无油螺杆空压机复合式热回收系统，其特征在于，所述循环水箱(6)的进水口处设置有水位传感器(34)，循环水箱(6)的底部还设置有排污口(35)。
8.如权利要求1-7任一权利要求所述的无油螺杆空压机复合式热回收系统，其特征在于，所述第三温度传感器(36)、水位传感器(34)、第九电磁阀(33)、电动比例调节阀(30)、第二温度传感器(16)、第二压力传感器(17)、第一温度传感器(12)、第一压力传感器(13)、第二电磁阀(15)、第一电磁阀(11)、第三电磁阀(19)、第五电磁阀(21)、第四电磁阀(20)、第六电磁阀(22)、第七电磁阀(25)、水泵B(44)和第八电磁阀(26)均通过导线与所述PLC控制器(39)连接。
9.如权利要求1所述的无油螺杆空压机复合式热回收系统，其特征在于，所述第一空气换热器(4)与所述第二空气换热器(5)采用铜管铝翅片式换热器。
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