CN106761958B - 透平膨胀机组密封气回收系统 - Google Patents

Abstract

一种透平膨胀机组密封气回收系统，包括基座、一级、二级预冷器、控制柜、低温制冷机组、压缩机、气体储罐、气液分离罐以及干燥过滤装置，一级预冷器与压缩机连通，将混合气体引入压缩机，压缩机、干燥过滤装置、气体储罐、二级预冷器、低温制冷机组以及气液分离罐依次以串联方式连通，气液分离罐通过管路与ORC系统连通，将收集到的液态工质进行回收再利用，气液分离罐又依次与二级预冷器及一级预冷器连通，将收集到的低温氮气排气引入二级预冷器及一级预冷器中对混合气体进行预冷。优点：工质气循环使用，不会泄露至大气，降低运行成本，清洁环境，充分利用流程中产生的低温氮气对混合气进行预冷，降低能耗。

Description

透平膨胀机组密封气回收系统

技术领域

本发明属于透平膨胀机密封气回收技术领域，具体涉及一种透平膨胀机组密封气回收系统。

背景技术

透平膨胀发电机组是废热废汽等能量回收、压差型能量回收再利用、天然气液化气化能量利用以及燃气联供余热综合利用发电时的重要设备。随着世界各国对能源充分利用的愈发重视，业内对能量回收发电设备的高效化、合理化及紧凑化等的要求也越来越高。透平膨胀发电机组利用工质流动时速度的变化来进行能量转化。工质在透平膨胀机的流通部分中膨胀以获得动能，由工作轮轴输出外功，降低出口工质的内能和温度。在现代工业中，透平膨胀发电机组主要用于制冷和能量回收。目前透平膨胀发电机组驱动循环系统较多地采用了ORC有机朗肯循环的方式,根据冷热源参数的不同，有的使用R245fa作为循环工质，有的则使用其它工质，如丙烷、异丁烷、R134a等。由于有机工质价格昂贵，且对环境有所影响或者属于有毒有害物质，因此所有的应用均需考虑保持系统的气密性，降低运行成本，同时对密封气的回收也提出了更高的要求，但是目前，此类装置尚无系统性成熟的解决方案。

鉴于上述已有技术，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种回收效率高、能耗低的透平膨胀机组密封气回收系统。

本发明的目的是这样来达到的，一种透平膨胀机组密封气回收系统，其特征在于：包括基座、一级预冷器、二级预冷器、控制柜、低温制冷机组、压缩机、气体储罐、气液分离罐以及干燥过滤装置，所述的基座在长度方向的一端设有支架，所述的二级预冷器、一级预冷器以及控制柜自下而上依次固定设置在所述的支架上，所述的低温制冷机组设置在支架的一侧，所述的压缩机固定在基座的长度方向的另一端，低温制冷机组和压缩机均与控制柜电连接，所述的气体储罐和气液分离罐固定在基座的长度方向的中间，所述的一级预冷器通过管路与压缩机连通，将混合气体引入压缩机，压缩机、干燥过滤装置、气体储罐、二级预冷器、低温制冷机组以及气液分离罐依次通过管路以串联方式连通，气液分离罐通过管路与ORC系统连通，将收集到的液态工质进行回收再利用，气液分离罐又通过管路依次与二级预冷器及一级预冷器连通，将收集到的低温氮气排气引入二级预冷器及一级预冷器中对混合气体进行预冷。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的气液分离罐在与二级预冷器之间的管路上设有压力表。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的气液分离罐在与ORC系统之间的管路上设有温度计。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的气液分离罐上设置有磁翻板液位计，所述的磁翻板液位计的一端与气液分离罐连通、另一端与设置在气液分离罐和二级预冷器之间的管路连通。

在本发明的再一个具体的实施例中，还包括第一球阀、第二球阀、第三球阀、第四球阀、第五球阀以及第六球阀，所述的第一球阀设置在压缩机和干燥过滤装置之间的管路上，所述的第二球阀设置在气体储罐的底部，所述的第三球阀设置在气体储罐与二级预冷器之间的管路上，所述的第四球阀设置在气液分离罐的顶部且串联在气液分离罐和二级预冷器之间的管路上，所述的第五球阀设置在气液分离罐的底部且串联在气液分离罐和ORC系统之间的管路上，所述的第六球阀串联在第五球阀与ORC系统之间的管路上。

本发明由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是：利用有机工质的物理特性，将压缩与冷凝萃取技术组合使用，并采用不同气体不同的液化温度来分离工质气和密封氮气，保证了工质气的循环使用，大大降低了工质气泄漏，降低了运行成本，清洁环境，充分利用系统流程中产生的低温氮气对混合气进行预冷，降低能耗；整体结构简单合理，体积较小，可单独控制或联机操作，运行效率高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的另一视角示意图。

图3为本发明的工作流程示意图。

图中：1.基座；2.二级预冷器；3.一级预冷器；4.控制柜；5.低温制冷机组；6.压缩机；7.气体储罐；8.气液分离罐；9.干燥过滤装置；10.支架；11.压力表；12.温度计；13.磁翻板液位计；14.第一球阀；15.第二球阀；16.第三球阀；17.第四球阀；18.第五球阀；19.第六球阀。

具体实施方式

为了使公众能充分了解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本发明的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本发明构思作形式而非实质的变化都应当视为本发明的保护范围。

请参阅图1和图2，本发明涉及一种透平膨胀机组密封气回收系统，包括基座1、一级预冷器3、二级预冷器2、控制柜4、低温制冷机组5、压缩机6、气体储罐7、气液分离罐8以及干燥过滤装置9。所述的基座1在长度方向的一端设有支架10，所述的二级预冷器2、一级预冷器3以及控制柜4自下而上依次固定设置在所述的支架10上。所述的低温制冷机组5设置在支架10的一侧，所述的压缩机6固定在基座1的长度方向的另一端，低温制冷机组5和压缩机6均与控制柜4电连接。所述的气体储罐7和气液分离罐8固定在基座1的长度方向的中间。所述的一级预冷器3通过管路与压缩机6连通，将混合气体引入压缩机6，压缩机6、干燥过滤装置9、气体储罐7、二级预冷器2、低温制冷机组5以及气液分离罐8依次通过管路以串联方式连通，气液分离罐8通过管路与ORC系统连通，将收集到的液态工质进行回收再利用，气液分离罐8又通过管路依次与二级预冷器2及一级预冷器3连通，将收集到的低温氮气排气引入二级预冷器2及一级预冷器3中对混合气体进行预冷。气液分离罐8在与二级预冷器2之间的管路上设有压力表11，在与ORC系统之间的管路上设有温度计12。气液分离罐8上还设置有磁翻板液位计13，所述的磁翻板液位计13的一端与气液分离罐8连通，另一端与设置在气液分离罐8和二级预冷器2之间的管路连通。所述的透平膨胀机组密封气回收系统还包括第一球阀14、第二球阀15、第三球阀16、第四球阀17、第五球阀18以及第六球阀19，所述的第一球阀14设置在压缩机6和干燥过滤装置9之间的管路上，所述的第二球阀15设置在气体储罐7的底部，所述的第三球阀16设置在气体储罐7与二级预冷器2之间的管路上，所述的第四球阀17设置在气液分离罐8的顶部且串联在气液分离罐8和二级预冷器2之间的管路上，第四球阀17为氮气排气球阀，所述的第五球阀18设置在气液分离罐8的底部且串联在气液分离罐8和ORC系统之间的管路上，所述的第六球阀19串联在第五球阀18与ORC系统之间的管路上，作为出口排液阀。

请参阅图3并结合图1和图2，对本发明的工作流程进行说明。透平膨胀机密封气排气是包含有机工质气和隔离氮气的混合气体，现有技术是将混合气体直接排空或点火炬，这样会造成原料气体的浪费及环境污染，而本发明涉及的方案是将混合气体引至回收系统进行再利用，具体流程如下：

S1）确认系统各球阀的开闭状态，使气体储罐7底部的第二球阀15及第六球阀19为关闭状态，第五球阀18打开约一半开度，而第一球阀14、第三球阀16及第四球阀17为开启状态；

S2）确认总电源已连接，该系统使用的是三相 380V交流电压；

S3）打开控制柜4的总电源，待电源指示灯点亮后接通控制柜4上的压缩机电源和低温制冷机组电源；

S4）通入密封氮气，启动压缩机6，调节气液分离罐8顶部的氮气排气球阀，即第四球阀17的开度，确保气液分离罐8稳压在0.3Mpa～0.35MPa（G），此时ORC系统发电机组未开始热循环，系统内仅有密封氮气，该状态保持30分钟以上；

S5）在热循环之前，即通入工质气之前，启动低温制冷机组5,并将温度稳定到-50℃～-70℃之间，此时ORC系统可以进行热循环，循环内有工质气和密封氮气的混合气体；

S6)将混合气体引至压缩机6，使混合气体压力提高至4Kgf（G）左右，同时由压缩机6自带的冷却器进行冷却；

S7)由于混合气体可能含有水分及杂质，因此需要先通过干燥过滤装置9进行过滤干燥，之后进入气体储罐7，此时混合气体恢复常温；

S8)混合气体进入二级预冷器2进行预冷，此时温度降低至-14℃左右；

S9)混合气体进入低温制冷机组5，温度降至-70℃，此时，有机工质冷凝液化，而氮气仍为气态；

S10)液态工质及低温氮气进入气液分离罐8，气液分离罐8的压力为3.54Kgf（G），温度为-70℃，并保温保压，然后-70℃的低温氮气依次进入二级预冷器2和一级预冷器3，对混合气进行预冷，有效利用冷能；

S11）当液态工质上升到磁翻板液位计13的上液位标示时，打开第六球阀19，此时由于气液分离罐8的压力大于ORC系统中储液罐的压力，液态工质排至储液罐中进行回收再利用，当液位下降并到达磁翻板液位计13的下液位标示时，关闭第六球阀19，液位再次上升后重复这一步骤。

本发明的有机工质回收量为5.715kg/h，理论回收率高达98.5%，有效保证了工质气的循环使用，大大降低了工质气的泄漏，降低了运行成本，清洁环境。

Claims (3)

1.一种透平膨胀机组密封气回收系统，其特征在于：包括基座(1)、一级预冷器(3)、二级预冷器(2)、控制柜(4)、低温制冷机组(5)、压缩机(6)、气体储罐(7)、气液分离罐(8)以及干燥过滤装置(9)，所述的基座(1)在长度方向的一端设有支架(10)，所述的二级预冷器(2)、一级预冷器(3)以及控制柜(4)自下而上依次固定设置在所述的支架(10)上，所述的低温制冷机组(5)设置在支架(10)的一侧，所述的压缩机(6)固定在基座(1)的长度方向的另一端，低温制冷机组(5)和压缩机(6)均与控制柜(4)电连接，所述的气体储罐(7)和气液分离罐(8)固定在基座(1)的长度方向的中间，所述的一级预冷器(3)通过管路与压缩机(6)连通，将混合气体引入压缩机(6)，压缩机(6)、干燥过滤装置(9)、气体储罐(7)、二级预冷器(2)、低温制冷机组(5)以及气液分离罐(8)依次通过管路以串联方式连通，气液分离罐(8)通过管路与ORC系统连通，将收集到的液态工质进行回收再利用，气液分离罐(8)又通过管路依次与二级预冷器(2)及一级预冷器(3)连通，将收集到的低温氮气排气引入二级预冷器(2)及一级预冷器(3)中对混合气体进行预冷；所述的气液分离罐(8)在与二级预冷器(2)之间的管路上设有压力表(11)；所述的气液分离罐(8)在与ORC系统之间的管路上设有温度计(12)。

2.根据权利要求1所述的透平膨胀机组密封气回收系统，其特征在于所述的气液分离罐(8)上设置有磁翻板液位计(13)，所述的磁翻板液位计(13)的一端与气液分离罐(8)连通、另一端与设置在气液分离罐(8)和二级预冷器(2)之间的管路连通。

3.根据权利要求1所述的透平膨胀机组密封气回收系统，其特征在于还包括第一球阀(14)、第二球阀(15)、第三球阀(16)、第四球阀(17)、第五球阀(18)以及第六球阀(19)，所述的第一球阀(14)设置在压缩机(6)和干燥过滤装置(9)之间的管路上，所述的第二球阀(15)设置在气体储罐(7)的底部，所述的第三球阀(16)设置在气体储罐(7)与二级预冷器(2)之间的管路上，所述的第四球阀(17)设置在气液分离罐(8)的顶部且串联在气液分离罐(8)和二级预冷器(2)之间的管路上，所述的第五球阀(18)设置在气液分离罐(8)的底部且串联在气液分离罐(8)和ORC系统之间的管路上，所述的第六球阀(19)串联在第五球阀(18)与ORC系统之间的管路上。