CN104179663A - 一种低能耗压缩空气冷却方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低能耗压缩空气冷却方法及系统，包括多级压缩机组，所述每相邻两级压缩机之间设有由常温水冷却塔供给的级间冷却器，所述级后冷却器出气端连接有二级冷却装置，二级冷却装置出气端连接有除湿器，二级冷却装置由冷水机组或与冷水机组相串联的冷却设备构成，所述除湿器进气端与冷水机组出气端相连接，与传统的压缩空气冷却系统相比，本发明利用配套冷水机组的二级冷却装置，可将压缩空气达到12～30°左右的经济的除湿温度，同时温度降低后可大大减少压缩空气的湿度，以节约空气压缩工艺及后续除湿工艺的能耗。

Description

一种低能耗压缩空气冷却方法及其系统
技术领域
本发明涉及一种低能耗压缩空气冷却方法及其系统。
背景技术
在工业上广泛使用的带有级间冷却的压缩空气冷却系统，现有技术是单独采用冷却塔的常温冷却水冷却，或单独采用冷水机组产生的低温水冷却。其中，采用冷却塔产生的常温冷却水冷却后，压缩空气温度一般在40℃左右，虽然能够满压缩机级间吸入温度要求（50℃左右）但末级压缩机含湿量高，造成除湿能耗大；而级间冷却器和级后冷却器采用冷水机组产生的低温水冷却，压缩空气温度能满足除湿器设计允许值（25℃），也可有效降低压缩空气含水量，但是浪费的冷水机组能耗约为空气压缩机功率的20%，而造成能源浪费。
发明内容
本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的压缩空气冷却工艺耗能大。
本发明的第一具体实施方案是：一种低能耗压缩空气冷却方法，包括多级压缩机组及用于使压缩空气冷却的除湿器，其特征在于，所述每相邻两级压缩机之间设有由常温水冷却塔供给的级间冷却器，所述末级压缩机出气端连接有级后冷却器，所述级后冷却器与除湿器之间还设使压缩空气稳定降至12-30°的二级冷却装置。
进一步的，所述二级冷却装置包括一个或多个换热器串联构成，所述二级冷却装置为多个换热器时，所述换热器与常温水冷却塔、自来水管道或冷水机组相连组成冷却回路，所述多个换热器采用冷却水温度沿压缩气体输出方向逐渐降低。
进一步的，所述级间冷却器及二级冷却装置由常温水冷却塔提供冷却源的换热器与一冷却塔的循环水路相连接。
本发明的第二具体实施方案是：一种低能耗压缩空气冷却系统，包括多级压缩机组、设置于压缩机后用于使压缩空气干燥的除湿器，以及用于使压缩空气冷却的一级冷却器和二级冷却装置，所述一级冷却器包括由冷却塔提供冷却源的设置于每相邻两级压缩机之间的级间冷却器和末级压缩排气端连接的级后冷却器，所述级后冷却器连接有二级冷却装置，所述二级冷却装置由配套冷却设备提供冷却源，所述二级冷却装置出气端与除湿器相连接。
进一步的，所述二级冷却装置包括一个或多个换热器串联构成，所述配套冷却设备为冷却塔、自来水管道或冷水机组。
进一步的，所述二级冷却装置为一个换热器时，换热器与常温水冷却塔或冷水机组相连组成冷却回路。
进一步的，所述二级冷却装置为多个换热器时，所述换热器与常温水冷却塔、自来水管道或冷水机组相连组成冷却回路，所述多个换热器采用冷却水温度沿压缩气体输出方向逐渐降低。
进一步的，所述二级冷却装置包括沿压缩气体输出方向设置的第一换热器和第二换热器，所述第一换热器的冷却进水口与常温水冷却塔出水口相连通，所述第二换热器的冷却进水口与冷水机组的冷冻水出水口相连通，所述一级冷却器出气端与第一换热器的进气口相连通，所述第一换热器出气口与第二换热器进气口相连接，所述第二换热器出气口与除湿器进气口相连接。
进一步的，所述一冷却塔的循环出水管道经循环水泵与多个级间冷却器、级后冷却器及二级冷却装置第一换热器的进水端相连接，所述多个级间冷却器冷却水出水端、级后冷却器冷却水出水端及二级冷却装置第一换热器的出水端与冷却塔的循环回水管道相连接，以形成常温冷却水循环回路。
进一步的，所述二级冷却装置第二换热器进水端与冷水机组的冷冻水出水口相连通，通过自循环泵实现低温冷却水循环回路。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：利用上述工艺处理压缩空气，使前期级间冷却器的能够能够满足多级压缩机的需求，在末级冷却器后设置二级冷却装置，既节约了冷却能耗，又能降低除湿能耗，节约的能耗超过空气压缩机功率的10%，对于长期、持续、大功率运行的工业空气压缩系统而言，能产生显著的经济效益。
附图说明
图1为本发明一种低能耗压缩空气冷却连接结构示意图。
图2为本发明一种低能耗压缩空气冷却系统水循环系统连接结构示意图。
图中：1、空气压缩机一级压缩装置，2、一级排气级间冷却器，3、空气压缩机二级压缩装置，4、二级排气级间冷却器，5、空气压缩机三级压缩装置，6、三级排气级后冷却器，7、二级冷却装置，8、压缩空气除湿器，9、冷却塔，10、冷却塔循环水管道，11、冷却塔循环水泵，12、自循环水泵，13、冷水机组，14、冷水机组自循环管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1～2所示, 本发明一种低能耗压缩空气冷却工艺，空气依次从空气压缩机一级压缩装置1，进入一级排气级间冷却装置2冷却，再进入空气压缩机二级压缩装置3进行压缩，再进入二级排气级间冷却器4冷却，再进入空气压缩机三级压缩装置5，再进入三级排气级后冷却器6冷却，压缩空气在级间以及级后冷却（进入除湿器之前）采用传统的冷却塔常温冷却水冷却，其中，一级排气级间冷却器2、二级排气级间冷却器4、三级排气级后冷却器6，采用的冷却介质为冷却塔产生的冷却水一般与室外温度接近相同（平均温度约为25℃左右，夏季一般30℃以上）冷却，经过冷却塔常温冷却水冷却的压缩空气温度一般为40℃左右，夏季最终压缩空气温度会超过40℃，但仍能满足压缩机级间吸入温度50℃的要求。
由空气压缩机级后冷却器排出的压缩空气以空气压力0.7Mpa、温度40℃计算，每kg空气含水量达5.79g，如果直接进入除湿器则除湿器能耗约为空气压缩机功率的15%（以常用的变压吸附式除湿器为例），对动辄功率数千KW的工业压缩空气系统而言，耗能十分严重。
为此，实施例中在所述气级后冷却器出气端连接有二级冷却装置7进一步冷却，所述二级冷却装置7包括一个或多个换热器串联构成，为换热器提供冷却源的配套冷却设备为冷却塔、自来水管道或冷水机组。本实施例中二级冷却装置由两个换热器构成，沿压缩气体输出方向设置的第一换热器和第二换热器，所述第一换热器的冷却进水口与常温水冷却塔出水口相连通，所述第二换热器的冷却进水口与冷水机组的冷冻水出水口相连通，即采用冷却水温度沿压缩气体输出方向逐渐降低，所述一级冷却器出气端（即三级排气级后冷却器6出气端）与第一换热器的进气口相连通，所述第一换热器出气口与第二换热器进气口相连接，所述第二换热器出气口与除湿器进气口相连接。
冷水机组一般产生的水冷温度为7℃，经二级冷却装置7的第一换热器冷却后（采用常温水冷却塔冷却）的每kg压缩空气含水量由5.79g减少至4.66 g（空气压力0.7Mpa），再经过第二换热器（采用冷水机组产生的低温水）冷却，压缩空气温度最低可冷却至12℃，压缩空气含水量由4.66g减少至1.09 g。 通过二级冷却装置7的处理，可显著降低压缩空气除湿能耗，以采用冷却塔冷却的工况计算，节约的能耗超过空气压缩机功率的10%，以采用冷水机冷却的工况计算，则节约的能耗超过空气压缩机功率的20%。对于长期、持续、大功率运行的工业空气压缩系统而言，能产生显著的经济效益。
如图2所示，为上述本发明一种低能耗压缩空气冷却供水系统的示意图，由冷却塔9产生的冷却水，通过冷却塔循环水管道10和设置于冷却塔循环水管道10上的冷却塔循环水泵11的作用依次进入一级排气级间冷却器2、二级排气级间冷却器4、三级排气级后冷却器6、二级冷却装置的第一换热器部分（即冷却塔常温冷却水与压缩空气接触部分），回到冷却塔9，完成常温部分冷却水循环；由冷水机组13产生的低温冷却水，通过冷水机组自循环管道14及设置于冷水机组自循环管道14上的水机自循环水泵12的作用进入二级冷却装置的第二换热器（即冷水机组产生的低温冷却水与压缩空气接触部分），回到冷水机组13，完成低温冷却循环。采用上述的水循环方式，二级冷却装置中的常温部分与级间冷却器、级后冷却器水循环管路连通，并与冷水机组分离能够在保证多级压缩机的正常工作的同时实现水资源的循环利用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种低能耗压缩空气冷却方法，包括多级压缩机组及用于使压缩空气干燥的除湿器，其特征在于，所述每相邻两级压缩机之间设有由常温水冷却塔供给的级间冷却器，所述末级压缩机出气端连接有级后冷却器，所述级后冷却器与除湿器之间还设使压缩空气稳定降至12～30°的二级冷却装置。
2.根据权利要求1所述的一种低能耗压缩空气冷却方法，所述二级冷却装置包括一个或多个换热器串联构成，所述二级冷却装置为多个换热器时，所述换热器与常温水冷却塔、自来水管道或冷水机组相连组成冷却回路，所述多个换热器采用冷却水温度沿压缩气体输出方向逐渐降低。
3.根据权利要求2所述的一种低能耗压缩空气冷却方法，所述级间冷却器及二级冷却装置由常温水冷却塔提供冷却源的换热器与一冷却塔的循环水路相连接。
4.一种低能耗压缩空气冷却系统，其特征在于，包括多级压缩机组、设置于压缩机后用于使压缩空气干燥的除湿器，以及用于使压缩空气冷却的一级冷却器和二级冷却装置，所述一级冷却器包括由冷却塔提供冷却源的设置于每相邻两级压缩之间的级间冷却器和末级压缩排气端连接的级后冷却器，所述级后冷却器连接有二级冷却装置，所述二级冷却装置由配套冷却设备提供冷却源，所述二级冷却装置出气端与除湿器相连接。
5.根据权利要求4所述的一种低能耗压缩空气冷却系统，所述二级冷却装置包括一个或多个换热器串联构成，所述配套冷却设备为冷却塔、自来水管道或冷水机组。
6.根据权利要求5所述的一种低能耗压缩空气冷却系统，所述二级冷却装置为一个换热器时，换热器与常温水冷却塔或冷水机组相连组成冷却回路。
7.根据权利要求5所述的一种低能耗压缩空气冷却系统，所述二级冷却装置为多个换热器时，所述换热器与常温水冷却塔、自来水管道或冷水机组相连组成冷却回路，所述多个换热器采用冷却水温度沿压缩气体输出方向逐渐降低。
8.根据权利要求7所述的一种低能耗压缩空气冷却系统，所述二级冷却装置包括沿压缩气体输出方向设置的第一换热器和第二换热器，所述第一换热器的冷却进水口与常温水冷却塔出水口相连通，所述第二换热器的冷却进水口与冷水机组的冷冻水出水口相连通，所述一级冷却器出气端与第一换热器的进气口相连通，所述第一换热器出气口与第二换热器进气口相连接，所述第二换热器出气口与除湿器进气口相连接。
9.根据权利要求8所述的一种低能耗压缩空气冷却系统，所述一冷却塔的循环出水管道经循环水泵与多个级间冷却器、级后冷却器及二级冷却装置第一换热器的进水端相连接，所述多个级间冷却器冷却水出水端、级后冷却器冷却水出水端及二级冷却装置第一换热器的出水端与冷却塔的循环回水管道相连接，以形成常温冷却水循环回路。
10.根据权利要求9所述的一种低能耗压缩空气冷却系统，所述二级冷却装置第二换热器进水端与冷水机组的冷冻水出水口相连通，通过自循环泵实现低温冷却水循环回路。
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