CN108626968A - 利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置及其方法。装置中的空冷塔顶部设有空气通道；空冷塔上部与水冷塔底部通过冷冻水管道连通，冷冻水泵设置在冷冻水管道上；空冷塔中部与循环水管网通过冷却水管连通，冷却水泵设置在冷却水管道上；空冷塔下部设有空气进口；空冷塔底部与循环水管网通过热水管道连通；水冷塔顶部设有污氮气出口；露点间接蒸发冷却器干通道与水冷塔下部通过污氮气通道连通；露点间接蒸发冷却器湿通道与循环水管网连通，并设有污氮气出口。本发明采用露点间接蒸发冷却器使进入水冷塔的污氮温度达到近似露点温度，进而提升水冷塔性能，降低去空冷塔冷冻水温度，取代冷冻机组，减少系统能耗，使空分装置高效稳定地运行。

Description

利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置及其方法
技术领域
本发明涉及空分预冷装置技术领域，特指一种利用露点间接蒸发冷却器对进入水冷塔的污氮进行预冷的空分预冷装置。
背景技术
随着国内冶金、石化、煤化工等行业的迅猛发展，对空分装置的需求迅速增长。空气预冷系统是空气分离设备的一个重要的组成部分，它串接于空气压缩系统的分子筛吸附系统之间。预冷系统的目的是将空气由100℃冷却到8-13℃，以满足分子筛吸附器工作的要求，同时对压缩空气进行洗涤，除去对分子筛吸附剂有害的酸性气体。
根据目前的空分设计，来自精馏塔上塔的污氮气经过高低板式换热器换热后，进入水冷塔底部，与自上而下的冷却水热质交换，从而降低冷却水温度至9℃左右的冷冻水。水冷塔底部的冷冻水继续由冷冻机组降温，随后通过冷冻水泵将冷冻水送至空冷塔上部，与自下而上的空气在空冷塔内进行换热，降低空气的温度。但预冷后的空气仍有一定的含湿量，对分子筛纯化系统工作负荷有较高的要求。此外，夏天冷却循环水温度相对高，水冷塔效率降低，此时开启冷冻机组需消耗大量电能。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置，通过在污氮气通道上设置露点间接蒸发冷却器，对进入水冷塔的污氮气进行预冷，降低出水冷塔的冷冻水温度，取代冷冻机组并降低吸附器入口空气含湿量，实现空气预冷系统与纯化系统的节能降耗。
本发明拟用如下技术方案实现本发明的目的：
利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置，包括：空冷塔、水冷塔、露点间接蒸发冷却器、冷却水泵、冷冻水泵；空冷塔顶部设有空气通道；空冷塔的上部和中部均设有喷淋装置，且空冷塔上部的喷淋装置与水冷塔底部通过冷冻水管道连通，冷冻水泵设置在冷冻水管道上；空冷塔中部的喷淋装置与循环水管网通过冷却水管连通，冷却水泵设置在冷却水管道上；空冷塔下部设有空气进口；空冷塔底部与循环水管网通过热水管道连通；水冷塔顶部设有污氮气出口；水冷塔下部与露点间接蒸发冷却器通过污氮气通道连通；露点间接蒸发冷却器与循环水管网通过预冷水通道连通；露点间接蒸发冷却器上设有污氮气进口，用于对输入水冷塔的污氮气进行冷却；循环水管网还通过管道连通位于水冷塔上部的喷淋装置。
优选的，露点间接蒸发冷却器安装在进入水冷塔前的污氮气通道上。
优选的，污氮分成两股分别进入露点间接蒸发冷器湿通道和露点间接蒸发冷器干通道。
优选的，所述的预冷水通道与露点间接蒸发冷器湿通道相通，所述露点间接蒸发冷却器干通道连接水冷塔。
优选的，所述的露点间接蒸发冷器湿通道上设有排气口。
优选的，与所述的三个喷淋装置相连的管道上均设有控制阀。
优选的，所述的空冷塔和水冷塔中均设有填料。
优选的，通过预冷水通道进入露点间接蒸发冷却器的预冷水与污氮气经过热湿交换后，通过管道并入冷却水管道。
优选的，所述的空冷塔顶部空气通道连接纯化系统。
需要指出的是，上述优选方式中的各技术特征在没有相互冲突的情况下，均可进行组合，不构成限制。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述空分预冷装置的空分预冷方法，其步骤如下：
1)使外界空气从空冷塔下部空气进口进入，空气在空冷塔中上升；将冷却水从空冷塔中部冷却水管道流入，冷却水下流实现对空气进行初步冷却；将冷冻水从空冷塔上部冷冻水管道流入，冷冻水下流对空气进一步进行冷却；
2)将预冷后的空气经空冷塔顶部空气出口排出，进入分子筛纯化系统；热交换后的冷冻水、冷却水混合并落至空冷塔底部，经热水管道进入循环水管网；
3)将来自精馏塔的污氮气分成两部分，一部分进入露点间接蒸发冷器湿通道，另一部分进入露点间接蒸发冷器干通道；进入露点间接蒸发冷器湿通道的污氮气与来自预冷水通道的预冷水不断进行热湿交换，进而对露点间接蒸发冷器干通道内的污氮气进行预冷，使其接近露点温度；预冷后的污氮气经污氮气通道进入水冷塔下部；与污氮气经过热湿交换的预冷水，通过管道并入冷却水管
4)将来自循环水管网的冷却水从水冷塔上部下落，与来自水冷塔下部的被预冷的污氮气进行热湿交换，使冷却水变为冷冻水；污氮气最后经水冷塔顶部放空；经过污氮冷却的冷冻水由水冷塔底部进入冷冻水管道，并由冷冻水泵打入空冷塔上部。
本发明采用的露点间接蒸发冷却器是利用空气的干球温度与不断降低的湿球温度之差来换热，最终能提供干球温度比室外湿球温度低且接近露点温度的污氮气，又可保持含湿量不变。本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：采用露点间接蒸发冷却器，露点间接蒸发冷却器湿通道的污氮气作为工作空气与水进行热湿交换，露点间接蒸发冷却器干通道中的污氮气湿度不变，被湿通道中的污氮气进行等湿冷却，直至其接近露点温度后进入水冷塔。上述系统在无冷冻机组的情况下仍可大幅降低冷冻水水温，减少空气含湿量，提升预冷系统效率，降低预冷系统及纯化系统能耗。此外，作为独立单元的露点间接蒸发冷却器安装在污氮气通道上，设计简单，施工方便。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果做进一步说明，以充分的了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明一种利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置的结构示意图。
图中：空冷塔1、水冷塔2、露点间接蒸发冷却器3、露点间接蒸发冷器湿通道4、露点间接蒸发冷器干通道5、冷却水泵6、冷冻水泵7、预冷水管道8、循环水管网9、冷冻水管道10、冷却水管道11、污氮气通道12、空气通道13，热水管道14。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，一种利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置，其包括空冷塔1、水冷塔2、露点间接蒸发冷却器3、冷却水泵6、冷冻水泵7。空冷塔1顶部设有空气通道13，空气通道13可连接后续的分子筛纯化系统。
空冷塔1中设有两层填料，空冷塔1的上层填料上部和两层填料之间均中部均设有喷淋装置，且空冷塔1上部的喷淋装置与水冷塔2底部通过冷冻水管道10连通，冷冻水泵7设置在冷冻水管道10上，将水冷塔2底部的冷冻水泵入空冷塔1上部。空冷塔1中部的喷淋装置与循环水管网9通过冷却水管11连通，冷却水泵6设置在冷却水管道11上，将循环水管网9中的冷却水泵入空冷塔1中部，用于初步冷却。空冷塔1下部设有空气进口，外部空气通过该进口进入塔体，进行后续冷却过程。空冷塔1底部与循环水管网通过热水管道14连通，经过热交换的水进入循环水管网9重新进行循环过程。水冷塔2中也设有填料，循环水管网9还通过管道连通位于水冷塔2上部的喷淋装置。水冷塔2中通过被冷却至露点的污氮气将循环水管网9输入的冷却水转化为冷冻水，而污氮气的冷却是通过露点间接蒸发冷却器3实现的。水冷塔2顶部设有污氮气出口，露点间接蒸发冷却器3上设有污氮气进口。露点间接蒸发冷却器3安装在进入水冷塔2前的污氮气通道上。露点间接蒸发冷却器3中有干通道和湿通道，污氮分成两股分别进入露点间接蒸发冷器湿通道4和露点间接蒸发冷器干通道5。水冷塔2下部与露点间接蒸发冷却器干通道5通过污氮气通道12连通；露点间接蒸发冷器湿通道4与循环水管网9通过预冷水通道8连通。露点间接蒸发冷器湿通道4上还设有排气口，用于放空污氮气。
为了方便控制，与三个喷淋装置相连的管道上分别设有控制阀V-1、V-2、V-3。另外，通过预冷水通道8进入露点间接蒸发冷却器3的预冷水与污氮气经过热湿交换后，可以通过管道并入冷却水管道11，用于作为冷却水对空冷塔1中的空气进行冷却。
本发明中的循环水管网实际包含了三条支路：一条支路为冷冻水管道，依次连接水冷塔、冷冻水泵、空冷塔；一条支路为冷却水管道，依次连接冷却水泵、空冷塔；一条支路预冷水管道，经过露点间接蒸发冷却器后并入冷却水管道，依次连接冷却水泵、空冷塔。
基于上述预冷装置，还可以提供一种利用该空分预冷装置的空分预冷方法，其步骤如下：
1)使外界空气从空冷塔1下部空气进口进入，空气在空冷塔1中上升；将冷却水从空冷塔1中部冷却水管道11流入，冷却水下流实现对空气进行初步冷却；将冷冻水从空冷塔1上部冷冻水管道10流入，冷冻水下流对空气进一步进行冷却；
2)将预冷后的空气经空冷塔1顶部空气出口排出，进入分子筛纯化系统；热交换后的冷冻水、冷却水混合并落至空冷塔1底部，经热水管道14进入循环水管网；
3)将来自精馏塔的污氮气分成两部分，一部分进入露点间接蒸发冷器湿通道4，另一部分进入露点间接蒸发冷器干通道5；进入露点间接蒸发冷器湿通道4的污氮气与来自预冷水通道8的预冷水不断进行热湿交换，进而对露点间接蒸发冷器干通道5内的污氮气进行预冷，使其接近露点温度；预冷后的污氮气经污氮气通道12进入水冷塔下部；与污氮气经过热湿交换的预冷水，通过管道并入冷却水管11；
4)将来自循环水管网9的冷却水从水冷塔2上部下落，与来自水冷塔2下部的被预冷的污氮气进行热湿交换，使冷却水变为冷冻水；污氮气最后经水冷塔2顶部放空；经过污氮冷却的冷冻水由水冷塔2底部进入冷冻水管道10，并由冷冻水泵7打入空冷塔1上部。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置，其特征在于：包括空冷塔(1)、水冷塔(2)、露点间接蒸发冷却器(3)、冷却水泵(6)、冷冻水泵(7)；空冷塔(1)顶部设有空气通道(13)；空冷塔(1)的上部和中部均设有喷淋装置，且空冷塔(1)上部的喷淋装置与水冷塔(2)底部通过冷冻水管道(10)连通，冷冻水泵(7)设置在冷冻水管道(10)上；空冷塔(1)中部的喷淋装置与循环水管网(9)通过冷却水管(11)连通，冷却水泵(6)设置在冷却水管道(11)上；空冷塔(1)下部设有空气进口；空冷塔(1)底部与循环水管网通过热水管道(14)连通；水冷塔(2)顶部设有污氮气出口；水冷塔(2)下部与露点间接蒸发冷却器(3)通过污氮气通道(12)连通；露点间接蒸发冷却器(3)与循环水管网(9)通过预冷水通道(8)连通；露点间接蒸发冷却器(3)上设有污氮气进口，用于对输入水冷塔(2)的污氮气进行冷却；循环水管网(9)还通过管道连通位于水冷塔(2)上部的喷淋装置。
2.根据权利要求1所述的一种利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置，其特征在于：露点间接蒸发冷却器(3)安装在进入水冷塔(2)前的污氮气通道上。
3.根据权利要求2所述的一种利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置，其特征在于：污氮分成两股分别进入露点间接蒸发冷器湿通道(4)和露点间接蒸发冷器干通道(5)。
4.根据权利要求3所述的一种利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置，其特征在于：所述的预冷水通道(8)与露点间接蒸发冷器湿通道(4)相通，所述露点间接蒸发冷却器干通道(5)连接水冷塔(2)。
5.根据权利要求3所述的一种利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置，其特征在于：所述的露点间接蒸发冷器湿通道(4)上设有排气口。
6.根据权利要求1所述的一种利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置，其特征在于：与所述的三个喷淋装置相连的管道上均设有控制阀。
7.根据权利要求1所述的一种利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置，其特征在于：所述的空冷塔(1)和水冷塔(2)中均设有填料。
8.根据权利要求1所述的一种利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置，其特征在于：通过预冷水通道(8)进入露点间接蒸发冷却器(3)的预冷水与污氮气经过热湿交换后，通过管道并入冷却水管道(11)。
9.根据权利要求1所述的一种利用露点间接蒸发冷却器的空分预冷装置，其特征在于：所述的空冷塔(1)顶部空气通道(13)连接纯化系统。
10.一种利用如权利要求1所述空分预冷装置的空分预冷方法，其特征在于，步骤如下：
1)使外界空气从空冷塔(1)下部空气进口进入，空气在空冷塔(1)中上升；将冷却水从空冷塔(1)中部冷却水管道(11)流入，冷却水下流实现对空气进行初步冷却；将冷冻水从空冷塔(1)上部冷冻水管道(10)流入，冷冻水下流对空气进一步进行冷却；
2)将预冷后的空气经空冷塔(1)顶部空气出口排出，进入分子筛纯化系统；热交换后的冷冻水、冷却水混合并落至空冷塔(1)底部，经热水管道(14)进入循环水管网；
3)将来自精馏塔的污氮气分成两部分，一部分进入露点间接蒸发冷器湿通道(4)，另一部分进入露点间接蒸发冷器干通道(5)；进入露点间接蒸发冷器湿通道(4)的污氮气与来自预冷水通道(8)的预冷水不断进行热湿交换，进而对露点间接蒸发冷器干通道(5)内的污氮气进行预冷，使其接近露点温度；预冷后的污氮气经污氮气通道(12)进入水冷塔下部；与污氮气经过热湿交换的预冷水，通过管道并入冷却水管(11)
4)将来自循环水管网(9)的冷却水从水冷塔(2)上部下落，与来自水冷塔(2)下部的被预冷的污氮气进行热湿交换，使冷却水变为冷冻水；污氮气最后经水冷塔(2)顶部放空；经过污氮冷却的冷冻水由水冷塔(2)底部进入冷冻水管道(10)，并由冷冻水泵(7)打入空冷塔(1)上部。
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