CN105464931B - 一种节能节电气体压缩系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能节电气体压缩系统，包括换热器、汽轮机、风机，汽轮机的动力输出端直接驱动风机或者传动连接发电机并由发电机向风机提供电力运行；气体压缩机的输出口除了主旁路外还引出有第一旁路，其与换热器的气体输入口连接而向换热器提供热源，所述换热器还与汽轮机通过输送换热剂的换热管路相连而向汽轮机提供动力源，风机的输出口与气体混合器的输入口相接。本发明的节能节电气体压缩系统，利用换热器、汽轮机设备对气体压缩机的热能进行了回收利用，提高了气体混合器的输入口气体的动力和进气量，增大了空气压缩机的排气量，实现节能节电且节能节电效果显著有效。

Description

一种节能节电气体压缩系统

技术领域

本发明涉及一种节能节电气体压缩系统。

背景技术

气体压缩机是压缩气体制成高压气体，以提供气体压力能的机械，是气源装置的主体。按工作原理区分，气体压缩机有容积式、速度式，前者通过压缩气体体积增加分子密度来提高气体压力，后者通过提高气体分子速度增加分子动能来提高气体压力。目前常用的气体压缩机有螺杆式、活塞式、离心式、滑片式、涡旋式气体压缩机等等。据权威机构检测，气体压缩机所消耗的电能仅有10％转化成压缩气体，剩下的90％转化为热能，这90％的热能通过压缩机内的级间和末端冷却器排入冷却水循环系统中通过凉水塔释放到大气环境中。由此可见，对于气体压缩机配套的电动机而言，其做功消耗的电能大，不但增加了使用者额外的经济投入，而且对能源也造成了严重的浪费。

气体压缩机运行耗能的问题：

1.卸载运行状态下耗能严重：我国气体压缩机的负荷率在66％左右，其余时间都是处于卸载运行状态。对于螺杆气体压缩机等使用传统调节方式的气体压缩机而言，卸载运行状态下的能耗是满载运行状态下的20％以上，有的气体压缩机甚至达到40％左右，能耗占总能耗的9％—18％，浪费程度十分的严重。

2.起动电流过大：气体压缩机起动电流能够达到额定电流的5倍到7倍，冲击电网容易导致电网不稳，甚至威胁到用电设备的稳定运行，减短气体压缩机的寿命。

3.自动化程度低：传统气体压缩机的调节是依靠控制调节阀和加/卸载阀实现的，存在速度慢、压力不稳、精度低等缺点。

4.维护量大：由于气体压缩机起动时对设备的冲击电流很大，使电动机受到了比较大的磨损，而且加/卸载的运行方式使部件不断进行反复动作，导致部件老化速度加快，设备维护的工作量很大。

5.噪音大：持续高速、超负荷、加/卸载等导致气体压缩机运行耗钱产生的噪音很大。

气体压缩机的节能方法：

1.提高传动效率：选择高质量、精度的带轮、胶带、端面齿等，负载不均匀时一次性更换全部胶带，安装时认真调整中心距，保证所有胶带受到相同的张紧力，可以有效的提高其传动效率。

2.降低摩擦功耗：活塞、缸套间的间隙大小和润滑情况影响着气体压缩机效率。只有合适的间隙下才能保持有效的润滑。精密控制间隙，及时更换已有磨损的活塞环，保证油液黏度合适、循环迅速，定期进行维护保养。

3.减少压力损失：气路系统包括滤风器、吸排气阀、冷却器等能够将压缩气体运输到使用设备。如果出现吸排气阀失修或修理不当等问题，会形成漏气，减少排气量，从而降低气体压缩机运行效率。

4.提高交换热性能：气体压缩机压缩气体有等温、绝热、多变压缩三种，理论上等温压缩能耗最小，但实际运行过程中都是多变压缩。

5.无功补偿节能：气体压缩机通常使用异步电动机，而异步电动机的功率因数比较低，多在0.2—0.85之间，随负载的变化而大幅度变化，能量损耗大。

6.变频调速节能；变频调速节能通过在电网与电动机间安设变频器改变电压和电动机频率，来实现电动机调速。通过变频器控制空压机转速，来调节能量，满足轻载的运行需要，让排气量与用气量相匹配。通过实践证明，使用变频调速方法能够提高空压机轻载运行状态下的工作效率，减少空压机的能量消耗，为企业创造更好的经济效益。该系统控制输出压力，将反馈信号接到变频器上，再与给定信号做比较，由PID调节后将综合信号发送到输入给定端，按压力变动量调整电动机的转速和功率。

7.多机组群控节能：在用气量很大并且用气负荷波动较大的场合，使用单台大容量气体压缩机难以满足气量调节的需要，而常使用多台气体压缩机。多机组群控技术是在多台气体压缩机运行条件下实现节能的有效方法之一，它根据实际用气量选定需要的机器和台数，消除了不必要的浪费情况，具有显著的节能效果。

从传统气体压缩机节能节电的方法可以看出，均是从机械或电器变频方面改善气体压缩机结构及电机转速、减少电耗，从而达到节能节电的目的，但其节能节电效果不是十分显著。

另外，还有应用其它一些技术手段实现气体压缩机节能节电，例如公布日为2010.06.09、公布号为CN 101716138A的中国发明专利申请公开了一种增压空气源热泵热水器，其包含有气体压缩机，该压缩机的出口经带有流量调节阀的旁路与一个气体混合器的气体进口连接，该气体混合器具体为喷射器，上述旁路与喷射器的工作流体进口连接，另外喷射器的喉部与蒸发器的出口相连，喷射器的出口与压缩机进口连接，从压缩机所连的旁路管引出的高温高压冷凝气作为工作流体，引射从蒸发器进入喷射器的低压冷凝剂，然后一起进入喷射器的扩压段而提高压缩机的吸入压力，实现能效比的增大，进而节能节电。但是，该气体压缩机的工作介质是冷凝剂，由于喷射器引射动力有限，其并不能适用于以空气作为工作介质的气体压缩机，难以起到增压的效果。此外，上述气体混合器常用的气体放大器或喷射器，由于其单独闭路使用时，存在波动大、排气量小、压力不足以及无法引入外界补充气体以增加气量的问题，致使其适用范围受到了很大的限制。

气体空气压缩机的自然进气量为空气压缩机的设计吸气量。由于大气的密度与海拔高度有关。同一台气体压缩机在不同地区由于海拔高度不同，在消耗同样功率的情况下，排气产量是不一样的，这是因为，进气重量流量决定着气体压缩机的产排气量。下面是海拔高度对空气压缩机排气量的影响：根据公式Q(进气重量流量)＝γ(进气空气密度)×V(进气空气体积)，所以，空气压缩机在某个海拔高度下的实际排气量与当地空气的密度成正比。不同海拔高度，其大气重量流量不同，因此排气量也不同。根据大气的重量流量不同，计算的结果列表如下：

海拔高度	相对排气因子	海拔高度	相对排气因子
				500	0.94	2100	0.76
1000	0.89	2400	0.73
				1200	0.86	2700	0.70
1500	0.82	3000	0.68
				1800	0.79	3400	0.65

由上述分析可知：空气压缩机实际排气量＝设计额定排气量×相对排气因子。由此可以看出地区差别对气体压缩机效率的影响是非常大的，因此提高气体压缩机进口气体重量流量，对降低气体压缩机的能耗和提高排气量是非常有效的。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种节能节电气体压缩系统，该系统节能节电效果好且适用范围广。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种节能节电气体压缩系统，包括气体压缩机及连接在气体压缩机输入口的气体混合器，气体压缩机的输出口通过主旁路与气体混合器的工作流体入口连接，所述气体混合器的输出口与气体压缩机的输入口连接，该系统还包括换热器、汽轮机、风机，所述汽轮机的动力输出端直接驱动风机或者传动连接发电机并由发电机向风机提供电力运行；所述气体压缩机的输出口除了主旁路外还引出有第一旁路，其与换热器的气体输入口连接而向换热器提供热源，所述换热器还与汽轮机通过输送换热剂的换热管路相连而向汽轮机提供动力源，所述风机的输出口与气体混合器的输入口相接。

所述换热器的用于输出换热后的低温气体的气体输出口连接到气体压缩机的输入口。

所述气体混合调节器的输出口与气体压缩机的输入口之间设有第二引射器，所述换热器的用于输出换热后的低温气体的气体输出口与第二引射器的工作流体进口连接，气体混合调节器的输出口与第二引射器的引射气体进口连接。

所述第一旁路上串接有用于将第一旁路输出的高压气体转化为高温气体和低温气体的涡流冷热分离管，涡流冷热分离管具有三个端口，分别为：与气体压缩机出口连接的压缩气体输入口、用于排出冷气流的排冷口、排出热气流的排热口，排热口与换热器的气体输入口连接。

所述排冷口与主旁路的入口连接或者与压缩机的主输出口连接。

所述风机的进口端连接有气体过滤器。

所述主旁路被分成第二、三旁路两条支路并通过智能控制器进行流量控制；所述气体混合器是由气体放大器和第一气体引射器组合而成，气体放大器的常压气体输入口与风机的输出口连接，气体放大器的高压气体输入口为气体混合器的第一高压气体输入口，气体放大器的气体输出口与第一气体引射器的引射流体输入口连接，第一气体引射器的工作流体输入口为气体混合器的第二高压气体输入口；所述第一气体引射器的输出口是与空气压缩机的输入口连接的气体混合器的输出口；所述第二、三旁路分别与第一、二高压气体输入口连接。

所述主旁路被分成第二、三旁路两条支路并通过智能控制器进行流量控制；所述气体混合器是由气体放大器和第一气体引射器组合而成，气体放大器的常压气体输入口与风机的输出口连接，气体放大器的高压气体输入口为气体混合器的第一高压气体输入口，气体放大器的气体输出口与第一气体引射器的引射流体输入口连接，第一气体引射器的工作流体输入口为气体混合器的第二高压气体输入口；所述第一气体引射器的输出口是与空气压缩机的输入口连接的气体混合器的输出口，其与第二引射器的引射气体进口连接，第二引射器的输出口与空气压缩机的输入口连接；所述第二、三旁路分别与第一、二高压气体输入口连接。

本发明提供的一种节能节电气体压缩系统中，除了通过主旁路引出部分高压气体输入到混合调节器的工作流体输入到增大气体压缩机的入口进气量之外，气体压缩机还通过第一旁路输出另外一部分高温高压气体，并将其输入到换热器中，通过换热器中的换热剂吸热汽化对汽轮机做功带动风机工作，风机提高了气体混合器的输入口气体的动力和进气量，从而进一步增大气体混合器的吸入量，进而增大气体压缩机的排气量，实现节能节电且节能节电效果显著有效；同时该系统中的利用换热器、汽轮机设备对气体压缩机的热能进行了回收利用，不但避免了能源的浪费，而且减少了使用者的经济投入。

附图说明

图1是本发明一种节能节电气体压缩系统实施例的原理图；

图2是引射器和气体放大器组合使用的结构图；

图3是涡流管装置的结构图。

具体实施方式

本发明一种节能节电气体压缩系统的实施例，如图1所示，包括通过管道沿空气流向先后连接的气体过滤器、风机、气体混合器、空气压缩机。

气体过滤器的输出口与风机的输入口连接，风机的输出口与气体混合器的输入口连接。

如图2所示，本实施例中气体混合器是由气体放大器4和第一气体引射器5组合而成，气体放大器4与第一气体引射器5的结构属于现有技术而不再赘述，气体放大器4的常压气体输入口6与风机的输出口连接，气体放大器4的高压气体输入口为气体混合器的第一高压气体输入口7，气体放大器4的气体输出口与第一气体引射器5的引射流体输入口连接，第一气体引射器5的工作流体输入口为气体混合器的第二高压气体输入口8。第一气体引射器5的输出口也即气体混合器的输出口9，与空气压缩机的输入口连接。

空气压缩机的输出口设有一条用于输出压缩空气的主输出口，该主输出口可以与下一级气体压缩机相连而实现多级压缩，空气压缩机的输出口还与涡流冷热分离管连接，如图3所示，涡流冷热分离管的结构属于现有技术而不在此赘述，其具有三个端口，分别为：与气体压缩机出口连接的压缩气体输入口10、用于排出冷气流的排冷口12、排出热气流的排热口11，排热口11与换热器气体输入口通过第一旁路1连接，排冷口12排出低温气体并与主旁路连接，该主旁路又分为第二旁路2、第三旁路3。从而，本实施例中的空气压缩机的输出口除了连有主输出口之外，还连接有第一旁路1、第二旁路2、第三旁路3共三条旁路，第二旁路2、第三旁路3为主旁路的两条分支，第二旁路2、第三旁路3与用于控制气体流量的智能控制器相连，并与气体混合器的第一、第二高压气体输入口7、8分别连接。第一旁路1与换热器的气体输入口连接。当然，在本发明的其他实施例中，如果不设置涡流冷热分离管，则可以直接从压缩机的输出口引出第一旁路1和主旁路，但是这样会使主旁路中的高压气体的温度较高，而影响气体混合器的性能和寿命，而达不到上述实施例中将低温高压气体导入旁路的效果。

另外，气体混合器的输出口9与空气压缩机的进口之间还串设有第二引射器，换热器的气体输出口与第二引射器的工作流体进口连接，气体混合器的输出口9与第二引射器的引射气体进口连接。换热器还与汽轮机通过换热管路相连。

上述实施例在使用时，常压空气输入到气体过滤器的输入口，经过气体过滤器处理后的清洁空气输入到风机的输入口，在风机的作用下，吹入气体混合器的常压空气输入口。从空气压缩机输出的高温高压气体除了通过主输出口输出外，其中一部分高压气体输入第一旁路串接的涡流冷热分离管的输入口10，涡流冷热分离管的排热口11排出的高温气体输入到换热器中，涡流冷热分离管的排冷口12排出低温高压气体，排出的低温高压气体作为工作流体通过主旁路输入到气体混合器的第一、二高压气体输入口7、8。而且通过智能控制器控制第二旁路2的低温高压气体的流量，控制空气放大器4的放大气量、以空气放大器4输出气量作为第一气体引射器5引射气体的气源，再通过智能控制器控制第三旁路3低温高压气体的流量，控制第一气体引射器5引射空气放大器输出口处的气量，从而控制气体混合器的吸气量。当然，在本发明的其它实施方式中，涡流冷热分离管的排冷口12可直接与压缩机的主输出口连接将低温高压气体送入到下一级压缩系统进行多级压缩，则主旁路从压缩机的输出口引出路，主旁路分为第二旁路2、第三旁路3为两条分支分别以气体混合器的第一、二高压气体输入口7、8连接。

上述的气体混合器由气体放大器和引射器组合而成，有效解决了单个引射器或气体放大器在单独闭路使用时波动大、排气量小、压力不足以及无法引入外界补充气体以增加气量的问题；同时利用两个智能控制同时气体放大器4的放大气量及第一气体引射器5的吸气量，可使气体混合器的吸气量达到最佳效果的要求，实现节能节电的目的。当然，在其它实施方式中气体混合器也可以采用常规单个引射器或空气放大器的形式，但是这样气体混合器的吸气量难以达到最佳效果的要求。

上述的经第一旁路1输送到换热器中的空气压缩机所输出部分高温高压气体，其热量被换热器中的换热剂换热汽化吸收而变成低温气体，这部分低温气体再作为工作流体输入到第二引射器的工作流体进口。换热器中换热剂汽化并通过换热管路与汽轮机相连而向汽轮机提供动力源，汽轮机的动力输出端直接驱动风机或者传动连接发电机并由发电机向风机提供电力运行，做功后的低温的液态换热剂又输回到换热器中，从而完成一个循环。风机提高了气体混合器常压输入口的空气动力和进气量，进而增大了气体混合器的吸气量。

上述的换热器输出口输出的低温气体作为输入到第二引射器的工作流体进口，作为工作流体引射气体混合器的输向空气压缩机中的空气，从而进一步提高进入气体混合器输入到空气压缩机中的气体的动力和吸气量。

上述的实施例中，气体混合器的输出口9与空气压缩的输入口之间串设第二引射器，其作用是进一步提高空气压缩机的吸气量，这只是一种优化的实施方式，在其他实施方式中，气体混合器的输出口与空气压缩的输入口之间还可不设置引射器，气体混合器的输出口直接与空气压缩机的输入口连接，同时换热器输出口也直接与空气压缩机的输入口连接。

上述实施例中，第一旁路1串接涡流冷热分离管，其作用是进一步提高第一旁路1高温气体的温度，更有利于换热器中的换热剂汽化，满足汽轮机所需的气压的要求。在其他实施例中，如果第一旁路1的高温气体的热量足以使换热器中的换热剂汽化并满足汽轮机所需气压的要求，则第一旁路1上可以不串接涡流冷热分离管，第一旁路1直接与换热器的输入口连接；当然也可以在第一旁路1中串接其它形式的冷热分离设备。

本发明的上述实施例中的空气压缩系统也可用于工作介质为其它气体的压缩系统。

Claims (6)

1.一种节能节电气体压缩系统，包括气体压缩机及连接在气体压缩机输入口的气体混合器，气体压缩机的输出口通过主旁路与气体混合器的工作流体入口连接，所述气体混合器的输出口与气体压缩机的输入口连接，其特征在于：还包括换热器、汽轮机、风机，所述汽轮机的动力输出端直接驱动风机或者传动连接发电机并由发电机向风机提供电力运行；所述气体压缩机的输出口除了主旁路外还引出有第一旁路，其与换热器的气体输入口连接而向换热器提供热源，所述换热器还与汽轮机通过输送换热剂的换热管路相连而向汽轮机提供动力源，所述风机的输出口与气体混合器的输入口相接，所述主旁路被分成第二、三旁路两条支路并通过智能控制器进行流量控制；所述气体混合器是由气体放大器和第一气体引射器组合而成，气体放大器的常压气体输入口与风机的输出口连接，气体放大器的高压气体输入口为气体混合器的第一高压气体输入口，气体放大器的气体输出口与第一气体引射器的引射流体输入口连接，第一气体引射器的工作流体输入口为气体混合器的第二高压气体输入口；所述第一气体引射器的输出口是与气体压缩机的输入口连接的气体混合器的输出口；所述第二、三旁路分别与第一、二高压气体输入口连接。

2.根据权利要求1所述的节能节电气体压缩系统，其特征在于：所述换热器的用于输出换热后的低温气体的气体输出口连接到气体压缩机的输入口。

3.根据权利要求2所述的节能节电气体压缩系统，其特征在于：所述气体混合器的输出口与气体压缩机的输入口之间设有第二引射器，所述换热器的用于输出换热后的低温气体的气体输出口与第二引射器的工作流体进口连接，气体混合器的输出口与第二引射器的引射气体进口连接。

4.根据权利要求1所述的节能节电气体压缩系统，其特征在于：所述第一旁路上串接有用于将第一旁路输出的高压气体转化为高温气体和低温气体的涡流冷热分离管，涡流冷热分离管具有三个端口，分别为：与气体压缩机出口连接的压缩气体输入口、用于排出冷气流的排冷口、排出热气流的排热口，排热口与换热器的气体输入口连接。

5.根据权利要求4所述的节能节电气体压缩系统，其特征在于：所述排冷口与主旁路的入口连接或者与气体压缩机的主输出口连接。

6.根据权利要求1所述的节能节电气体压缩系统，其特征在于：所述风机的进口端连接有气体过滤器。