CN104061680A - 一种空压机余热回收利用装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空压机余热回收利用装置及其控制方法，装置包括，并联在油路电动阀的两端的换热模块以及并联在所述气路电动阀的两端的强化换热模块，通过换热模块和强化换热模块分别回收储存空气压缩机运行时散失浪费的循环油中的热能和压缩空气中的热能，在不影响空气压缩机工作的前提下，最高效率的回收压缩空气的热能。本发明一种空压机余热回收利用装置及其控制方法，通过对采集到的数据进行分析运算，能够实现高效的智能化控制，不仅提高了空气压缩机运行的效率，而且减少热能利用模块的能量输入，减少其加热的能耗或燃料使用，提升了能源综合利用程度，具有节能效果好、智能程度高、稳定性强等特点。

Description

一种空压机余热回收利用装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及余热回收综合利用技术领域，具体涉及一种空压机余热回收利用装置及其控制方法。

背景技术

空压机是大多数生产企业的主要动力设备，都有着较大的能耗。空压机的压缩机由电动机驱动高速旋转，大量的空气被压缩进空压机中，空气得到强烈的高压压缩，部分机械能转换为空气分子势能，使之温度骤升；压缩机的高速旋转摩擦发热，使空压机润滑油温度升高。这些高压高温油气混合气体，经过油气分离后，具有的热量都通过空压机的冷却器散失到空气中，造成了大量热能的浪费。同时，压缩空气和循环油，要通过风冷或水冷的方式来冷却降温，开启冷却风机或是水冷却系统的水泵、冷却塔风机等设备，又增加了空压机系统运行中的能耗。配备空压机的大多生产企业，在生产或是员工生活中，总有很多用热的地方，比如锅炉系统软水/除氧水的预热、电镀工业热水清洗、电子行业加热软水清洗元件、金属涂装热水皂化处理、空调系统供暖、烘干热风、多台空压机联控为热泵提供恒温热源、生活洗浴用热水等等。

目前在电子、化工、医药、食品、化纤、纺织、印染、机械加工、烟草等生产加工制造行业都普遍存在着一方面浪费空压机余热，一方面却用电、天然气、煤、柴油等燃料作为加热的方式提供生产或生活中所需的热量，能源综合利用程度低，配置不协调现象较大。

如授权公告号为CN201569163U的专利文献公开了一种空压机余热回收利用热水机组，包括热水机组机箱、以及设置在机箱外的空压机、油气分离器和水箱；机箱内设有控制系统、油气温度传感器、以及通过水管顺序连接的水泵、热交换器、辅助加热器、温度传感器,水泵的进水口通过水管与水箱的温水出水口连接,温度传感器的出水口与水箱温水进水口连接；空压机、油气温度传感器、热交换器、油气分离器通过油气输送管道顺序连接，该专利文献利用了压缩机的高温油气和压缩空气的热能。但是该专利文献是先利用高温的油气混合物进行换热，然后再进行油气分离，但是油气混合物中，油和气的性能有较大差别，没有先分离而直接利用油气混合物进行热交换，余热利用率较低。

如申请公布号为CN102777357A的专利文献公开了一种空压机余热回收利用装置，它涉及空压机领域。它包含空压机主体、进气口、油管、气管、热能转换器、循环水箱和热能利用装置，空压机主体一端设置有进气口，另一端设置有油管和气管，油管和气管均与热能转换器相连，热能转换器与循环水箱相连，热能利用装置分别与热能转换器和循环水箱相连。它能将空压机产生的余热加以利用，提高空压机的产气效率，改善了空压机运行的工况，提高了空压机的使用寿命和产能。但是该专利文献，油管和气管均与热能转换器相连，装置没有根据油管和气管内不同的介质设计相应适合热气和热油的热交换装置，热气和热油的综合利用率较低；该专利文献没有设置相应的装置来监控利用装置是否漏油等，且热油温度较低时会乳化，如果没有相应的装置来监控等甚至会影响空压机主体的工作。

现有的空压机余热回收利用装置大多智能化水平低，且余热利用率低，怎样在保证空压机正常运行状态下，最大效率的利用热空气和热油的余热是现在研究的方向。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种空压机余热回收利用装置及其控制方法。

一种空压机余热回收利用装置，包括：

空气压缩机；

油气分离器，入口与空气压缩机的出气口相连；

旁通阀，入口与油气分离器的出油口相连；

油冷却器，并联在旁通阀的两端；

空冷器，入口与油气分离器的出气口相连；

油过滤器，连接在旁通阀的出口和空气压缩机的回油口之间；

还包括：

油路电动阀，设置在油气分离器的出油口与旁通阀的入口之间；

换热模块，并联在油路电动阀的两端；

气路电动阀，设置在油气分离器的出气口与空冷器的入口之间；

强化换热模块，并联在所述气路电动阀的两端；

储能模块，分别与换热模块和强化换热模块换热连接；

热能利用模块，与储能模块连通以接纳储能模块中的换热介质。

使用时油气分离器将热油和热空气分离出来，通过出油口和出气口分别排出，利用换热模块与热油进行热交换，利用强化换热模块与热空气进行热交换，交换的热量加热储能模块的换热介质，最后将加热的换热介质供给热能利用模块。

作为优选，所述换热模块为热能转换器，热能转换器内部具有相互隔离的第一换热通道和第二换热通道，其中第一换热通道与油路电动阀并联，第二换热通道与储能模块换热连接。

对于热油，通过热能转换器就能实现高效率的换热。

第一换热通道的两端与油路电动阀的对应端分别通过第一支路和第二支路连通，其中与油路电动阀的入口连通的为第一支路，与油路电动阀的出口连通的为第二支路，所述第一支路设有第一电动阀、第一温度传感器以及第一流量传感器，所述第二支路设有第二电动阀、第二流量传感器以及第一压力传感器。

当油路电动阀关闭，第一电动阀和第二电动阀打开时，换热模块开启，进行工作，热油通过第一换热管道将热量传递给第二换热管道内的换热介质；当油路电动阀打开，第一电动阀和第二电动阀关闭时，换热模块不工作。换热模块工作时，通过第一温度传感器能够测得油温，当油温较低时，为了防止油乳化控制第一电动阀和第二电动阀关闭，不进行热交换；通过第一流量传感器、第二流量传感器分别测量第一支路和第二支路的油量，第一压力传感器能够判定换热模块是否漏油。

作为优选，所述强化换热模为热泵，该热泵包括依次连接的第一换热器、膨胀阀、第二换热器、压缩机，压缩机的两端还并联有制冷剂旁通阀，所述第一换热器为蒸发器，蒸发器内设有第三换热通道，该第三换热通道与气路电动阀并联，所述第二换热器为冷凝器，冷凝器内设有第四换热通道，该第四换热通道与储能模块相连。

通过热泵系统能够高效率的利用热空气。

第三换热通道的两端与气路电动阀的对应端分别通过第三支路和第四支路连通，其中与气路电动阀的入口连通的为第三支路，与气路电动阀的出口连通的为第四支路，所述第三支路设有第三电动阀、第二温度传感器以及第二压力传感器，所述第四支路设有第四电动阀、第三温度传感器以及第三压力传感器。

当气路电动阀关闭，第三电动阀和第四电动阀打开时，强化换热模开启，进行工作，热空气进入第三换热通道，被热泵系统中的制冷剂吸收热量，同时，制冷剂在冷凝器内冷凝放热，加热第四换热通道内的换热介质；当油路电动阀打开，第三电动阀和第四电动阀关闭时，强化换热模不工作。换热模块工作时，通过第二温度传感器、第三温度传感器能够测得气温的变化，当气温较低时，关闭强化换热模。

作为优选，所述储能模块包括换热介质存储设备以及设置在换热介质存储设备上的换热介质补充管路，所述换热介质补充管路设有第五电动阀，所述换热介质存储设备分别与换热模块和强化换热模块换热连接，换热介质存储设备内设有第四温度传感器以及液位控制器。

液位控制器控制第五电动阀的打开和关闭，以此补充换热介质并控制换热介质存储设备内的换热介质的量；通过第四温度传感器可以监控换热介质的温度，当温度过高时，关闭强化换热模块和/换热模块，开启空冷机对热空气进行冷却。

作为优选，所述热利用模块通过管路与换热介质存储设备连接，该管路上设有第六电动阀和输出泵。

基于上述的空压机余热回收利用装置，本发明还提供了一种基于空压机余热回收利用装置的运行控制方法，本方法中，所述热能利用模块为锅炉，装置分时段进行数据采集，相邻两个时段的间隔时间为数据采集周期Δt，运行控制方法包括以下步骤：

1)第1时段，预估强化换热模块的预估换热量得到强化换热模块的真实换热量和换热量修正基数第1时段，预估换热量真实换热量赋初值为0，换热量修正基数

2)第2时段，预估强化换热模块的预估换热量测量强化换热模块的真实换热量由于该时段换热处于起始阶段，过程不稳定，第2时段的换热量修正基数为

3)第3时段，预估强化换热模块的预估换热量测量强化换热模块的真实换热量换热过程处于上下波动和调整阶段，第3时段的换热量修正基数为 ${\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_3},{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_3}=Q_{{\mathrm{ct}1}_2}-Q_{{\mathrm{ct}0}_2};$

4)自第4时段起，在之后的每一时段进行如下操作：

4-1)测量强化换热模块的真实换热量得到该时段的换热量修正基数所有换热量修正基数的修正量均值根据修正系数ε_i，预估强化换热模块的预估换热量

当|ε_i|≤2时， $Q_{{\mathrm{ct}0}_i}=Q_{{\mathrm{ct}0}_{(i-1)}}+{\mathrm{\ϵ}}_i\·\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}{Q}_{{\mathrm{ct}}_{(i-1)}}};$

当|ε_i|＞2时， $Q_{{\mathrm{ct}0}_i}=Q_{{\mathrm{ct}0}_{(i-1)}}+\mathrm{\Δ}{Q}_{{\mathrm{ct}}_{(i-1)}};$

其中， ${\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_i}=Q_{{\mathrm{ct}1}_i}-Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-1)}},$ ${\mathrm{\ϵ}}_i=\frac{Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-1)}}-Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-2)}}}{Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-2)}}-Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-3)}}}=\frac{{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_{(i-1)}}}{{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_{(i-2)}}},$ $\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_{(i-1)}}}=\frac{\underset{k=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}(Q_{{\mathrm{ct}1}_{(k-1)}}-Q_{{\mathrm{ct}0}_{(k-1)}})}{i-1}=\frac{\underset{k=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_{(k-1)}}}{i-1},$ i取大于等于4的自然数，k为大于等于1的自然数，该系数体现了换热过程曲线斜率的变化，第4时段以后，换热过程趋于稳定；

4-2)根据预估换热量来控制下一时段空冷器的开启和闭合：

当时，开启空冷器，并按照(Q_1tmax-Q_bet)来控制空冷器的散热量；

当时，关闭空冷器；

其中，Q_bet是锅炉系统的经济补偿热量，为最大补热量Q_betmax和最小补热量Q_betmin的平均值，即Q_bet＝(Q_betmax+Q_betmin)/2；

Q_1tmax为最大换热量，是换热模块、强化传热模块的共同工作时能达到的最大换热量之和；

4-3)得到当前时段空压机系统计算效率η_cti、空压机系统监测效率η_ct0、锅炉系统效率η_bt0以及锅炉系统计算效率η_bt，

其中η_cti＝W_y:W_t，W_t为输入功率，即电机的功率，W_y为有用功率，W_y＝10³·Q·P₀·lnε_b，Q为空压机出气的流量，P₀为空气的初始压力，ε_b为压比，ε_b＝p_c1:p_c0，p_c1为空气压缩机出口的空气压力，p_c0为空气压缩机入口的空气压力；

η_ct0＝W_y:W_iu，W_iu为三相电流的监测功率，即实际的耗电功率；

η_bt0为锅炉系统的标称值；

η_bt＝Q₁:Q_r，Q₁为锅炉有效用热量，Q_r为1kg燃料带入锅炉的热量；

4-4)利用步骤4-3)得到的数据对下一时段的修正系数ε_i+1进行有条件的修正：

①当η_bt0·(1-5％)＜η_bti＜η_bt0·(1+5％)且η_ct0·(1-5％)＜η_cti＜η_ct0·(1±5％)时，

对下一时段的修正系数ε_i+1进行修正，进入下一时段；

②其他，

不进行修正，直接进入下一时段。

因为换热模块是油水换热，一般的换热器就可以完成，换热模块工作时会快速趋于稳定，所用不需要进行优化；

本方法中，空压机余热回收利用装置刚开始工作时，从第1时段的热量直线上升，到换热过程的波动调整，通过修正系数ε_i进行修正，直到换热过程稳定；通过用热设备，即锅炉的用热需求来调整空压机余热回收利用装置中空冷器的开启和闭合，实现自动化，且保证最大程度的利用空压机余热回收利用装置；通过四个效率的计算，对修正系数进行有条件的判定，以此保证整个方法的有效性和可靠性。

作为优选，数据采集周期Δt的范围为：1～180秒。

如果数据采集周期时间太短，则装置基本没变化，传感器也探测不到数据的变化；如果时间太长，换热的波动幅度就会拉大，起不到最佳优化的作用。

作为优选，强化换热模块的真实换热量通过热量表测得。

所述步骤4-3)中，Q₁＝Q_r-Q₂-Q₃-Q₄-Q₅-Q₆，其中，Q₂为排出烟气所带走的热量，Q₃为化学不完全燃烧热损失，Q₄为机械不完全燃烧热损失，Q₅锅炉的散热损失，Q₆为灰渣带走的物理热量。

本发明的有益效果是：本发明的空压机余热回收利用装置通过换热模块和强化换热模块分别回收储存空气压缩机运行时散失浪费的循环油中的热能和压缩空气中的热能；通过油路电动阀、第一电动阀以及第二电动阀，实现换热模块的开启和关闭；通过气路电动阀、第三电动阀以及电死电动阀，实现强化换热模块的开启和关闭，这样设置操作方便，能够根据空气压缩机的实际情况控制换热形式；通过第一支路、第二支路、第三支路以及第四支路上设置的传感器，能够实现根据空气压缩机产气情况、控制换热模块和强化换热模块的开启和关闭，在不影响空气压缩机工作的前提下，最高效率的回收压缩空气的热能，使得空压机的运行温度降低，且还可以减少空冷器的负荷，降低运行能耗；换热介质通过换热模块和强化传热模块进行循环加热后由储能模块实现热能的存储，并按照热能利用需求向用热设备补充加热后的换热介质。据能量守恒原理，在工业生产和生活中，减少了以电、天然气、煤、柴油等燃料作为加热的方式提供热量的能耗输入，从而减少燃料使用，提高了能源综合利用程度、减少污染、环保节能、效益明显。本发明的基于空压机余热回收利用装置的运行控制方法，采用梯度算法进行两次循环修正，通过取值条件和判定条件，实现高效的智能化控制，这不仅提高了空气压缩机运行的效率，而且减少锅炉的能量输入，减少锅炉加热的能耗或燃料使用，提升了能源综合利用程度，具有节能效果好、智能程度高、稳定性强等特点。

附图说明

图1是本发明空压机余热回收利用装置的结构示意图。

1.空气压缩机，2.油气分离器，3.旁通阀，4.油冷却器，5.油过滤器，6.空冷器，7.换热模块，8.强化换热模块，9.蒸发器，10.膨胀阀，11.冷凝器，12.压缩机，13.储能模块，14.热能利用模块，15.换热介质存储设备，P1.第二电动阀，P2.第一电动阀，P3油路电动阀，P4第三电动阀，P5第四电动阀，P6.气路电动阀，P7.第六电动阀，P8.第七电动阀，P9.第五电动阀，P10.第六电动阀，P11.制冷剂旁通阀，K1.第一压力传感器，K1’.第二流量传感器，K2.第一温度传感器，K2’.第一流量传感器，K3.第二温度传感器，K3’.第三温度传感器，K4.第二压力传感器，K4’.第三压力传感器，K5.第四温度传感器，K6.液位控制器，G1.循环泵，G2输出泵，L1.第一支路，L2.第二支路，L3.第三支路，L4.第四支路，L5.供液管路，L6.第一供液支路，L7.第二供液支路，L8.第一回液支路，L9.第二回液支路，L10.换热介质补充管路。

具体实施方式

如图1所示，一种空压机余热回收利用装置，包括：

空气压缩机1；

油气分离器2，入口与空气压缩机的出气口相连；

旁通阀3，入口与油气分离器2的出油口相连；

油冷却器4，并联在旁通阀的两端；

空冷器6，入口与油气分离器的出气口相连；

油过滤器5，连接在旁通阀3的出口和空气压缩机1的回油口之间；

还包括：设置在油气分离器2的出油口与旁通阀3的入口之间的油路电动阀P3；并联在油路电动阀P3的两端的换热模块7；设置在油气分离器2的出气口与空冷器6的入口之间的气路电动阀P6；并联在气路电动阀P6的两端的强化换热模块8；分别与换热模块7和强化换热模块8换热连接的储能模块13；与储能模块13连通以接纳储能模块中的换热介质的热能利用模块14。

换热模块7为热能转换器，热能转换器内部具有相互隔离的第一换热通道和第二换热通道，其中，第一换热通道的一端通过第一支路L1与油路电动阀P3的入口连通，另一端通过第二支路L2与油路电动阀P3的出口连通，第一支路设有第一电动阀P2、第一温度传感器K2以及第一流量传感器K2＇，第二支路设有第二电动阀P1、第二流量传感器K1＇以及第一压力传感器K1。

强化换热模8为热泵，该热泵包括依次连接的蒸发器9、膨胀阀10、冷凝器11、压缩机12，压缩机12的两端还并联有制冷剂旁通阀P11，蒸发器内9设有第三换热通道，冷凝器内设有第四换热通道，其中，第三换热通道的一端通过第三支路L3与气路电动阀P6的入口连通，另一端通过第四支路L4与气路电动阀P6的出口连通，第三支路设有第三电动阀P4、第二温度传感器K3以及第二压力传感器K4，第四支路设有第四电动阀P5、第三温度传感器K3’以及第三压力传感器K4’。

储能模块13包括换热介质存储设备15以及设置在换热介质存储设备上的换热介质补充管路L10，换热介质补充管路设有第五电动阀P9，换热介质存储设备内设有第四温度传感器K5以及液位控制器K6。换热介质存储设备15具有出液口，出液口上接有供液管路L5，供液管路分流成第一供液支路L6和第二供液支路L7，供液管路L5通过第一供液支路L6与第二换热通道的一端连通，第二换热通道的另一端通过第一回液支路L8与换热介质存储设备15的第一回液口连通，供液管路L5通过第二供液支路L7与第四换热通道的一端连通，第四换热通道的另一端通过第二回液支路L9与换热介质存储设备15的第二回液口连通。其中，供液管路L5上设有质循环泵G1，第一供液支路L6设有第六电动阀P7，第二供液支路L7设有第七电动阀P8。其中，第一回液口和第二回液口还可以为同一个回液口。

当第六电动阀P7和第七电动阀P8都打开时，储能模块13同时与换热模块7和强化换热模块8进行换热连接；当第六电动阀P7打开，第七电动阀P8关闭时，储能模块13只与换热模块进行换热连接；当第六电动阀P7关闭，第七电动阀P8打开时，储能模块13只与强化换热模块进行换热连接；当第六电动阀P7和第七电动阀P8都关闭时，储能模块不工作，即换热模块和强化换热模块也都不工作。

本实施例热能利用模块14为锅炉，锅炉通过管路与换热介质存储设备15连接，该管路上设有第六电动阀P10和输出泵G2。

本发明通过换热模块和强化换热模块分别回收储存空气压缩机运行时散失浪费的循环油中的热能和压缩空气中的热能，能够根据空气压缩机的实际情况控制换热形式，在保证空压机系统正常工作的前提下，最大程度的提高余热利用效率。

一种基于空压机余热回收利用装置的运行控制方法，本方法中，热能利用模块为锅炉，装置分时段进行数据采集，相邻两个时段的间隔时间为数据采集周期Δt，数据采集周期Δt为180秒，运行控制方法包括以下步骤：

1)第1时段，预估强化换热模块的预估换热量得到强化换热模块的真实换热量和换热量修正基数第1时段，预估换热量真实换热量赋初值为0，换热量修正基数

2)第2时段，预估强化换热模块的预估换热量测量强化换热模块的真实换热量，由于该时段换热处于起始阶段，过程不稳定，第2时段的换热量修正基数为

强化换热模块的真实换热量通过热量表测得；

3)第3时段，预估强化换热模块的预估换热量测量强化换热模块的真实换热量，换热过程处于上下波动和调整阶段，第3时段的换热量修正基数为 ${\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_3},{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_3}=Q_{{\mathrm{ct}1}_2}-Q_{{\mathrm{ct}0}_2};$

4)自第4时段起，在之后的每一时段进行如下操作：

4-1)测量强化换热模块的真实换热量得到该时段的换热量修正基数所有换热量修正基数的修正量均值根据修正系数ε_i，预估强化换热模块的预估换热量

当|ε_i|≤2时， $Q_{{\mathrm{ct}0}_i}=Q_{{\mathrm{ct}0}_{(i-1)}}+{\mathrm{\ϵ}}_i\·\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}{Q}_{{\mathrm{ct}}_{(i-1)}}};$

当|ε_i|＞2时， $Q_{{\mathrm{ct}0}_i}=Q_{{\mathrm{ct}0}_{(i-1)}}+\mathrm{\Δ}{Q}_{{\mathrm{ct}}_{(i-1)}};$

其中， ${\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_i}=Q_{{\mathrm{ct}1}_i}-Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-1)}},$ ${\mathrm{\ϵ}}_i=\frac{Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-1)}}-Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-2)}}}{Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-2)}}-Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-3)}}}=\frac{{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_{(i-1)}}}{{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_{(i-2)}}},$ $\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_{(i-1)}}}=\frac{\underset{k=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}(Q_{{\mathrm{ct}1}_{(k-1)}}-Q_{{\mathrm{ct}0}_{(k-1)}})}{i-1}=\frac{\underset{k=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_{(k-1)}}}{i-1},$ i取大于等于4的自然数，k为大于等于1的自然数，修正系数ε_i体现了换热过程曲线斜率的变化，第4时段以后，换热过程趋于稳定；

4-2)根据预估换热量来控制下一时段空冷器的开启和闭合：

当时，开启空冷器，并按照(Q_1tmax-Q_bet)来控制空冷器的散热量；

当时，关闭空冷器；

其中，Q_bet是锅炉系统的经济补偿热量，为最大补热量Q_betmax和最小补热量Q_betmin的平均值，即Q_bet＝(Q_betmax+Q_betmin)/2；

Q_1tmax为最大换热量，是换热模块、强化传热模块的共同工作时能达到的最大换热量之和；

4-3)得到当前时段空压机系统计算效率η_cti、空压机系统监测效率η_ct0、锅炉系统效率η_bt0以及锅炉系统计算效率η_bt，

其中η_cti＝W_y:W_t，W_t为输入功率，即电机的功率，W_y为有用功率，W_y＝10³·Q·P₀·lnε_b，Q为空压机出气的流量，P₀为空气的初始压力，ε_b为压比，ε_b＝p_c1:p_c0，p_c1为空气压缩机出口的空气压力，p_c0为空气压缩机入口的空气压力；

η_ct0＝W_y:W_iu，W_iu为三相电流的监测功率，即实际的耗电功率；

η_bt0为锅炉系统的标称值；

η_bt＝Q₁:Q_r，Q₁为锅炉有效用热量，Q_r为1kg燃料带入锅炉的热量,Q₁＝Q_r-Q₂-Q₃-Q₄-Q₅-Q₆，其中，Q₂为排出烟气所带走的热量，Q₃为化学不完全燃烧热损失，Q₄为机械不完全燃烧热损失，Q₅锅炉的散热损失，Q₆为灰渣带走的物理热量；

4-4)利用步骤4-3)得到的数据对下一时段的修正系数ε_i+1进行有条件的修正：

①当η_bt0·(1-5％)＜η_bti＜η_bt0·(1+5％)且η_ct0·(1-5％)＜η_cti＜η_ct0·(1±5％)时，

对下一时段的修正系数ε_i+1进行修正，进入下一时段；

②其他，

不进行修正，直接进入下一时段。

Claims (10)

1.一种空压机余热回收利用装置，包括：

空气压缩机；

油气分离器，入口与空气压缩机的出气口相连；

旁通阀，入口与油气分离器的出油口相连；

油冷却器，并联在旁通阀的两端；

空冷器，入口与油气分离器的出气口相连；

油过滤器，连接在旁通阀的出口和空气压缩机的回油口之间；

其特征在于，还包括：

油路电动阀，设置在油气分离器的出油口与旁通阀的入口之间；

换热模块，并联在油路电动阀的两端；

气路电动阀，设置在油气分离器的出气口与空冷器的入口之间；

强化换热模块，并联在所述气路电动阀的两端；

储能模块，分别与换热模块和强化换热模块换热连接；

热能利用模块，与储能模块连通以接纳储能模块中的换热介质。

2.根据权利要求1所述的空压机余热回收利用装置，其特征在于，所述换热模块为热能转换器，热能转换器内部具有相互隔离的第一换热通道和第二换热通道，其中第一换热通道与油路电动阀并联，第二换热通道与储能模块换热连接。

3.根据权利要求2所述的空压机余热回收利用装置，其特征在于，第一换热通道的两端与油路电动阀的对应端分别通过第一支路和第二支路连通，其中与油路电动阀的入口连通的为第一支路，与油路电动阀的出口连通的为第二支路，所述第一支路设有第一电动阀、第一温度传感器以及第一流量传感器，所述第二支路设有第二电动阀、第二流量传感器以及第一压力传感器。

4.根据权利要求1所述的空压机余热回收利用装置，其特征在于，所述强化换热模为热泵，该热泵包括依次连接的第一换热器、膨胀阀、第二换热器、压缩机，压缩机的两端还并联有制冷剂旁通阀，所述第一换热器为蒸发器，蒸发器内设有第三换热通道，该第三换热通道与气路电动阀并联，所述第二换热器为冷凝器，冷凝器内设有第四换热通道，该第四换热通道与储能模块换热连接。

5.根据权利要求4所述的空压机余热回收利用装置，其特征在于，第三换热通道的两端与气路电动阀的对应端分别通过第三支路和第四支路连通，其中与气路电动阀的入口连通的为第三支路，与气路电动阀的出口连通的为第四支路，所述第三支路设有第三电动阀、第二温度传感器以及第二压力传感器，所述第四支路设有第四电动阀、第三温度传感器以及第三压力传感器。

6.根据权利要求1所述的空压机余热回收利用装置，其特征在于，所述储能模块包括换热介质存储设备以及设置在换热介质存储设备上的换热介质补充管路，所述换热介质补充管路设有第五电动阀，所述换热介质存储设备分别与换热模块和强化换热模块换热连接，换热介质存储设备内设有第四温度传感器以及液位控制器。

7.根据权利要求6所述的空压机余热回收利用装置，其特征在于，所述热利用模块通过管路与换热介质存储设备连接，该管路上设有第六电动阀和输出泵。

8.一种基于空压机余热回收利用装置的运行控制方法，其特征在于，所述热能利用模块为锅炉，装置分时段进行数据采集，相邻两个时段的间隔时间为数据采集周期Δt，运行控制方法包括以下步骤：

1)第1时段，预估强化换热模块的预估换热量得到强化换热模块的真实换热量和换热量修正基数，第1时段，预估换热量真实换热量赋初值为0，换热量修正基数

2)第2时段，预估强化换热模块的预估换热量测量强化换热模块的真实换热量，第2时段的换热量修正基数为 $\mathrm{\Δ}{Q}_{{\mathrm{ct}}_2}=Q_{{\mathrm{ct}1}_1};$

3)第3时段，预估强化换热模块的预估换热量测量强化换热模块的真实换热量第3时段的换热量修正基数为 ${\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_3}=Q_{{\mathrm{ct}1}_2}-Q_{{\mathrm{ct}0}_2};$

4)自第4时段起，在之后的每一时段进行如下操作：

4-1)测量强化换热模块的真实换热量得到该时段的换热量修正基数、所有换热量修正基数的修正量均值，根据修正系数ε_i，预估强化换热模块的预估换热量

当|ε_i|≤2时， $Q_{{\mathrm{ct}0}_i}=Q_{{\mathrm{ct}0}_{(i-1)}}+{\mathrm{\ϵ}}_i\·\stackrel{\‾}{\mathrm{\Δ}{Q}_{{\mathrm{ct}}_{(i-1)}}};$

当|ε_i|＞2时， $Q_{{\mathrm{ct}0}_i}=Q_{{\mathrm{ct}0}_{(i-1)}}+\mathrm{\Δ}{Q}_{{\mathrm{ct}}_{(i-1)}};$

其中， ${\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_i}=Q_{{\mathrm{ct}1}_i}-Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-1)}},$ ${\mathrm{\ϵ}}_i=\frac{Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-1)}}-Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-2)}}}{Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-2)}}-Q_{{\mathrm{ct}1}_{(i-3)}}}=\frac{{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_{(i-1)}}}{{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_{(i-2)}}},$ $\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_{(i-1)}}}=\frac{\underset{k=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}(Q_{{\mathrm{ct}1}_{(k-1)}}-Q_{{\mathrm{ct}0}_{(k-1)}})}{i-1}=\frac{\underset{k=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔQ}}_{{\mathrm{ct}}_{(k-1)}}}{i-1},$ i取大于等于4的自然数，k为大于等于1的自然数；

4-2)根据预估换热量来控制下一时段空冷器的开启和闭合：

当时，开启空冷器，并按照(Q_1tmax-Q_bet)来控制空冷器的散热量；

当时，关闭空冷器；

其中，Q_bet是锅炉系统的经济补偿热量，为最大补热量Q_betmax和最小补热量Q_betmin的平均值，即Q_bet＝(Q_betmax+Q_betmin)/2；

Q_1tmax为最大换热量，是换热模块、强化传热模块的共同工作时能达到的最大换热量之和；

4-3)得到当前时段空压机系统计算效率η_cti、空压机系统监测效率η_ct0、锅炉系统效率η_bt0以及锅炉系统计算效率η_bt，

其中η_cti＝W_y:W_t，W_t为输入功率，即电机的功率，W_y为有用功率，W_y＝10³·Q·P₀·lnε_b，Q为空压机出气的流量，P₀为空气的初始压力，ε_b为压比，ε_b＝p_c1:p_c0，p_c1为空气压缩机出口的空气压力，p_c0为空气压缩机入口的空气压力；

η_ct0＝W_y:W_iu，W_iu为三相电流的监测功率，即实际的耗电功率；

η_bt0为锅炉系统的标称值；

η_bt＝Q₁:Q_r，Q₁为锅炉有效用热量，Q_r为1kg燃料带入锅炉的热量；

4-4)利用步骤4-3)得到的数据对下一时段的修正系数ε_i+1进行有条件的修正：

①当η_bt0·(1-5％)＜η_bti＜η_bt0·(1+5％)且η_ct0·(1-5％)＜η_cti＜η_ct0·(1±5％)时，

对下一时段的修正系数ε_i+1进行修正，进入下一时段；

②其他，

不进行修正，直接进入下一时段。

9.根据权利要求8所述的基于空压机余热回收利用装置的运行控制方法，其特征在于，数据采集周期Δt的范围为：1～180秒。

10.根据权利要求8所述的基于空压机余热回收利用装置的运行控制方法，其特征在于，所述步骤4-3)中，Q₁＝Q_r-Q₂-Q₃-Q₄-Q₅-Q₆，其中，Q₂为排出烟气所带走的热量，Q₃为化学不完全燃烧热损失，Q₄为机械不完全燃烧热损失，Q₅锅炉的散热损失，Q₆为灰渣带走的物理热量。