CN105840247B - 一种回收余热驱动空压机的系统及该系统的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回收余热驱动空压机的系统及该系统的运行方法，能够有效使用空气压缩机产生的余热驱动空气压缩机运转，空气压缩机单元包括汽机驱动模块、电机驱动模块和电机传动部件；二类热泵单元包括凝水热交换器、发生器、蒸发器、吸收器和冷凝器；小型汽轮机单元包括汽机传动部件和小型汽轮机；空气压缩机单元回收机组内的余热，加热冷却循环水后送往二类热泵单元，在二类热泵单元内经过热交换器加热凝水，冷却水进入发生器和蒸发器提供热量，随后返回空气压缩机单元，加热后的凝水进入吸收器成为蒸汽，进入小型汽轮机单元做功，通过汽机传动部件将动能传输给空气压缩机单元内的汽机驱动模块，凝水返回二类热泵单元。

Description

一种回收余热驱动空压机的系统及该系统的运行方法

技术领域

本发明涉及一种回收余热驱动空压机的系统及该系统的运行方法。

背景技术

空气压缩机广泛应用于食品、制药、纺织、冶金、机械制造等行业，是一种将机械能转化成空气压力能的装置，通过外部输送的机械能将空气压缩至需求的参数，一般都是由电动机提供的机械能作为动力，如申请号为201210015455.1的中国专利。大型空气压缩机为了保证效率，提高机器安全性，常采用多级压缩的方式提高空气参数，在每一级都配备电动机进行驱动。由于空气压缩机在运行过程中会产生大量的废热，所以需要及时的对机器进行冷却，提高机组的出力，保证机器的安全。为了避免空气压缩机产生的余热直接排入大气，造成热量的浪费，人们现在普遍采用热交换器回收空气压缩机产生的余热，生产的热水供人们采暖、洗浴。这种利用方式简单可靠，可以部分利用空气压缩机的余热，但只是对余热进行低品质的使用，目前还缺乏一种将空气压缩机废热转化成高品质能源的手段。

第二类热泵又被称为升温型热泵，是一种能够使用中温余热和低温热源来生产高品质热量的吸收式热泵，能够提升余热的品质。机组通过吸收器中的吸收放热过程，加热中温热水，将其变成150℃以下的高温热水或蒸汽。

小汽轮机又称为低压汽轮机，是使用压力低于1.5MPa的蒸汽作为驱动能源驱动叶片旋转的机器。在燃煤电厂中就有使用小汽轮机驱动给水泵的应用，也有厂家专门给热网循环水泵提供驱动用的小汽轮机，最低进汽参数压力可低至0.3MPa。小型汽轮机结构简单、运行可靠，将低压蒸汽通过小汽轮机转化为机械能是一个很有益的运用。

现在还没有一种结构设计合理，使用方便，能够有效使用空气压缩机产生的余热驱动空气压缩机运转的回收余热的系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，使用方便，能够有效使用空气压缩机产生的余热驱动空气压缩机运转的回收余热驱动空压机的系统及该系统的运行方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种回收余热驱动空压机的系统，其特征在于：包括空气压缩机单元、二类热泵单元和小型汽轮机单元；空气压缩机单元包括汽机驱动模块、电机驱动模块和电机传动部件；二类热泵单元包括凝水热交换器、发生器、蒸发器、吸收器和冷凝器；小型汽轮机单元包括汽机传动部件和小型汽轮机；

电机驱动模块的冷却水出口与凝水热交换器的热水入口连接，凝水热交换器的热水出口分别与发生器的热源入口和蒸发器的热源入口连接，发生器的热源出口和蒸发器的热源出口均与汽机驱动模块的冷却水进口连接；

吸收器的输出蒸汽出口与小型汽轮机的蒸汽入口连接，小型汽轮机的凝水出口与凝水热交换器的凝水入口连接，凝水热交换器的凝水出口与吸收器的热水入口连接；

发生器的蒸汽出口与冷凝器的蒸汽入口连接，冷凝器的冷凝水出口与蒸发器的冷凝水入口连接，蒸发器的蒸汽出口与吸收器的蒸汽入口连接；

吸收器的稀溶液出口与发生器的稀溶液进口连接，发生器的浓溶液出口与吸收器的浓溶液进口连接；

小型汽轮机的驱动机构与汽机传动部件连接，汽机传动部件与汽机驱动模块的驱动机构连接；

汽机驱动模块的空气出口与电机驱动模块的空气进口连接，电机传动部件与电机驱动模块的驱动机构连接。

本发明所述的空气压缩机单元还包括升温后热水管道和降温后热水管道；电机驱动模块冷却水出口通过升温后热水管道与凝水热交换器热水入口连接；发生器热源出口和蒸发器热源出口均通过降温后热水管道与汽机驱动模块冷却水进口连接。

本发明所述的二类热泵单元还包括冷却水进水管道和冷却水出水管道，冷却水进水管道与冷凝器冷却水进口连接，冷凝器冷却水出口与冷却水出水管道连接。

本发明所述的二类热泵单元还包括一次温降后热水管道、加热后凝水管道、发生器蒸汽管道、冷凝器凝水管道、蒸发器蒸汽管道、稀溶液管道、浓溶液管道、冷却水进水管道和冷却水出水管道；凝水热交换器热水出口通过一次温降后热水管道分别与发生器热源入口和蒸发器热源入口连接；凝水热交换器凝水出口通过加热后凝水管道与吸收器热水入口连接；发生器蒸汽出口通过发生器蒸汽管道与冷凝器蒸汽入口连接；冷凝器冷凝水出口通过冷凝器凝水管道与蒸发器冷凝水入口连接；蒸发器蒸汽出口通过蒸发器蒸汽管道与吸收器蒸汽入口连接；吸收器稀溶液出口通过稀溶液管道与发生器稀溶液进口连接，发生器浓溶液出口通过浓溶液管道与吸收器浓溶液进口连接。

本发明所述的小型汽轮机单元还包括蒸汽管道和凝水管道；吸收器输出蒸汽出口通过蒸汽管道与小型汽轮机蒸汽入口连接，小型汽轮机凝水出口通过凝水管道与凝水热交换器凝水入口连接。

一种回收余热驱动空压机的系统的运行方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）开启空气压缩机，机组通电后由电机传动部件带动电机驱动模块工作，汽机驱动模块暂时不对气体进行加压；电机驱动模块产生余热水之后排出，以此排出热量，维持机组温度在正常范围之内；

（2）空气压缩机单元输出的余热水进入二类热泵单元进行工作，先进入凝水热交换器，随后进入发生器和蒸发器提供热量，驱动二类热泵工作，加热来自凝水热交换器提供的凝水，产生品质达标的小汽轮机驱动蒸汽，同时使用外部地表水冷却冷凝器；

（3）驱动蒸汽进入小型汽轮机做功，通过汽机传动部件将机械能传递给汽机驱动模块，凝水返回凝水热交换器升温，随后进入吸收器变成蒸汽再返回小汽轮机做功；

（4）汽机驱动模块由小汽轮机带动开始做功，气体先进入汽机驱动模块再进入电机驱动模块，至此整个系统开始正常工作。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构设计合理，能够有效回收低品质的余热，将其转化成相对品质较高的蒸汽，并通过蒸汽带动小汽轮机，输出机械能来驱动空气压缩机自身，明显区于传统的使用余热生产热水的方式，使用方便，能够充分使用空气压缩机自身的余热。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例空气压缩机单元的结构示意图。

图3为本发明实施例二类热泵单元的结构示意图。

图4为本发明实施例小型汽轮机单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

参见图1～图4，回收余热驱动空压机的系统包括空气压缩机单元1、二类热泵单元3和小型汽轮机单元6。空气压缩机单元1包括升温后热水管道2、降温后热水管道5、汽机驱动模块9、电机驱动模块10和电机传动部件11。二类热泵单元3包括凝水热交换器12、一次温降后热水管道13、发生器14、蒸发器15、加热后凝水管道16、发生器蒸汽管道17、冷凝器凝水管道18、蒸发器蒸汽管道19、稀溶液管道20、浓溶液管道21、冷却水进水管道22、冷却水出水管道23、吸收器24和冷凝器25。小型汽轮机单元6包括蒸汽管道4、凝水管道7、汽机传动部件8和小型汽轮机26。

电机驱动模块10冷却水出口通过升温后热水管道2与凝水热交换器12热水入口连接，凝水热交换器12热水出口通过一次温降后热水管道13分别与发生器14热源入口和蒸发器15热源入口连接，发生器14热源出口和蒸发器15热源出口均通过降温后热水管道5与汽机驱动模块9冷却水进口连接，这部分结构构成空压机冷却水循环通道；空压机冷却水从电机驱动模块10中排出，通过升温后热水管道2进入凝水热交换器12，随后分别进入发生器14和蒸发器15，再汇入降温后热水管道5，最后进入汽机驱动模块9。

吸收器24输出蒸汽出口通过蒸汽管道4与小型汽轮机26蒸汽入口连接，小型汽轮机26凝水出口通过凝水管道7与凝水热交换器12凝水入口连接，凝水热交换器12凝水出口通过加热后凝水管道16与吸收器24热水入口连接，这部分结构构成汽轮机蒸汽通道；蒸汽从吸收器24中排出，进入小型汽轮机26做功，随后进入凝水热交换器12，最后返回吸收器24。

发生器14蒸汽出口通过发生器蒸汽管道17与冷凝器25蒸汽入口连接，冷凝器25冷凝水出口通过冷凝器凝水管道18与蒸发器15冷凝水入口连接，蒸发器15蒸汽出口通过蒸发器蒸汽管道19与吸收器24蒸汽入口连接，这部分结构构成形成热泵吸收工质通道；发生器14中蒸汽进入冷凝器25，随后进入蒸发器15，最后返回吸收器24。

吸收器24稀溶液出口通过稀溶液管道20与发生器14稀溶液进口连接，发生器14浓溶液出口通过浓溶液管道21与吸收器24浓溶液进口连接，这部分结构构成形成热泵溶液循环通道；发生器14中溶液进入吸收器24，随后返回发生器14。

冷却水进水管道22与冷凝器25冷却水进口连接，冷凝器25冷却水出口与冷却水出水管道23连接，这部分结构构成热泵冷却水通道；热泵冷却水进入冷凝器25后排出。

小型汽轮机26驱动机构与汽机传动部件8连接，汽机传动部件8与汽机驱动模块9驱动机构连接，这部分结构构成机械能输送通道；小型汽轮机26通过汽机传动部件8将机械能传递给汽机驱动模块9。

汽机驱动模块9空气出口与电机驱动模块10空气进口连接，电机传动部件11与电机驱动模块10驱动机构连接。

电机驱动模块10由外部电力驱动。

小型汽轮机单元6能够使用低压的蒸汽进行工作，主蒸汽压力范围在0.5MPa以下。

一种回收余热驱动空压机的系统的运行方法，空气压缩机单元1回收机组内的余热，加热冷却循环水后送往二类热泵单元3；二类热泵单元3将空气压缩机单元1来的余热水（即空压机冷却水或称为冷却循环水）经过凝水热交换器12降温，提升凝水的温度至合理范围，降温后的冷却水进入发生器14和蒸发器15提供热量，驱动发生器14产生浓溶液，驱动蒸发器15产生蒸汽带动热泵工作，随后返回空气压缩机单元1；冷凝器25通过地表水带走热量；升温后的凝水经过吸收器24升温后成为蒸汽，输出到小型汽轮机单元6做功，通过汽机传动部件8将动能传输给空气压缩机单元1内的汽机驱动模块9，凝水返回二类热泵单元3。具体步骤如下：

（1）开启空气压缩机，机组通电后由电机传动部件11带动电机驱动模块10工作，汽机驱动模块9暂时不对气体进行加压；电机驱动模块10产生余热水（即空压机冷却水）之后排出，以此排出热量，维持机组温度在正常范围之内；

（2）空气压缩机单元1输出的余热水进入二类热泵单元3进行工作，先串联进入凝水热交换器12，随后并联进入发生器14和蒸发器15提供热量，驱动二类热泵工作，加热来自凝水热交换器12提供的凝水，产生品质达标的小汽轮机驱动蒸汽，同时使用外部地表水冷却冷凝器25；

（3）驱动蒸汽通过蒸汽管道4进入小型汽轮机26做功，通过汽机传动部件8将机械能传递给汽机驱动模块9，凝水返回凝水热交换器12升温，随后进入吸收器24变成蒸汽再返回小汽轮机做功；

（4）空气压缩机单元1中的汽机驱动模块9由小汽轮机带动开始做功，气体先进入汽机驱动模块9再进入电机驱动模块10，至此整个系统开始正常工作。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。

Claims (6)

1.一种回收余热驱动空压机的系统，其特征在于：包括空气压缩机单元、二类热泵单元和小型汽轮机单元；空气压缩机单元包括汽机驱动模块、电机驱动模块和电机传动部件；二类热泵单元包括凝水热交换器、发生器、蒸发器、吸收器和冷凝器；小型汽轮机单元包括汽机传动部件和小型汽轮机；

电机驱动模块的冷却水出口与凝水热交换器的热水入口连接，凝水热交换器的热水出口分别与发生器的热源入口和蒸发器的热源入口连接，发生器的热源出口和蒸发器的热源出口均与汽机驱动模块的冷却水进口连接；

吸收器的输出蒸汽出口与小型汽轮机的蒸汽入口连接，小型汽轮机的凝水出口与凝水热交换器的凝水入口连接，凝水热交换器的凝水出口与吸收器的热水入口连接；

发生器的蒸汽出口与冷凝器的蒸汽入口连接，冷凝器的冷凝水出口与蒸发器的冷凝水入口连接，蒸发器的蒸汽出口与吸收器的蒸汽入口连接；

吸收器的稀溶液出口与发生器的稀溶液进口连接，发生器的浓溶液出口与吸收器的浓溶液进口连接；

小型汽轮机的驱动机构与汽机传动部件连接，汽机传动部件与汽机驱动模块的驱动机构连接；

汽机驱动模块的空气出口与电机驱动模块的空气进口连接，电机传动部件与电机驱动模块的驱动机构连接。

2.根据权利要求1所述的回收余热驱动空压机的系统，其特征在于：所述的空气压缩机单元还包括升温后热水管道和降温后热水管道；电机驱动模块冷却水出口通过升温后热水管道与凝水热交换器热水入口连接；发生器热源出口和蒸发器热源出口均通过降温后热水管道与汽机驱动模块冷却水进口连接。

3.根据权利要求1所述的回收余热驱动空压机的系统，其特征在于：所述的二类热泵单元还包括冷却水进水管道和冷却水出水管道，冷却水进水管道与冷凝器冷却水进口连接，冷凝器冷却水出口与冷却水出水管道连接。

4.根据权利要求1所述的回收余热驱动空压机的系统，其特征在于：所述的二类热泵单元还包括一次温降后热水管道、加热后凝水管道、发生器蒸汽管道、冷凝器凝水管道、蒸发器蒸汽管道、稀溶液管道、浓溶液管道、冷却水进水管道和冷却水出水管道；凝水热交换器热水出口通过一次温降后热水管道分别与发生器热源入口和蒸发器热源入口连接；凝水热交换器凝水出口通过加热后凝水管道与吸收器热水入口连接；发生器蒸汽出口通过发生器蒸汽管道与冷凝器蒸汽入口连接；冷凝器冷凝水出口通过冷凝器凝水管道与蒸发器冷凝水入口连接；蒸发器蒸汽出口通过蒸发器蒸汽管道与吸收器蒸汽入口连接；吸收器稀溶液出口通过稀溶液管道与发生器稀溶液进口连接，发生器浓溶液出口通过浓溶液管道与吸收器浓溶液进口连接。

5.根据权利要求1所述的回收余热驱动空压机的系统，其特征在于：所述的小型汽轮机单元还包括蒸汽管道和凝水管道；吸收器输出蒸汽出口通过蒸汽管道与小型汽轮机蒸汽入口连接，小型汽轮机凝水出口通过凝水管道与凝水热交换器凝水入口连接。

6.一种权利要求1～5任一权利要求所述的回收余热驱动空压机的系统的运行方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）开启空气压缩机，机组通电后由电机传动部件带动电机驱动模块工作，汽机驱动模块暂时不对气体进行加压；电机驱动模块产生余热水之后排出，以此排出热量，维持机组温度在正常范围之内；

（2）空气压缩机单元输出的余热水进入二类热泵单元进行工作，先进入凝水热交换器，随后进入发生器和蒸发器提供热量，驱动二类热泵工作，加热来自凝水热交换器提供的凝水，产生品质达标的小汽轮机驱动蒸汽，同时使用外部地表水冷却冷凝器；

（3）驱动蒸汽进入小型汽轮机做功，通过汽机传动部件将机械能传递给汽机驱动模块，凝水返回凝水热交换器升温，随后进入吸收器变成蒸汽再返回小汽轮机做功；

（4）汽机驱动模块由小汽轮机带动开始做功，气体先进入汽机驱动模块再进入电机驱动模块，至此整个系统开始正常工作。