CN108759303B - 一种深冷液体气化冷能回收利用装置 - Google Patents
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Abstract
一种深冷液体气化冷能回收利用装置，包括深冷液储罐(1)，制氮机或氮气储存容器(11)以及封闭式氮气冷媒气化器，所述封闭式氮气冷媒气化器包括保温壳(2)和设置于所述保温壳(2)内部的换热器(3)，所述换热器(3)将深冷液体气化后输送给下游的次级气化系统或者直接输送给气体用户，在该过程中所述换热器(3)通过与深冷液体的热交换向所述保温壳(2)内的氮气释放冷能，所述封闭式氮气冷媒气化器为一套或者由多套构成的组合，所述保温壳(2)上可安装安全放散阀(4)和排污阀(5)，所述保温壳(2)输出端连接梯级冷能用户(6)和/或液体冷媒系统，氮气回路通过循环泵(10)在控制系统控制下自动提供循环压力。
Description
技术领域
本发明涉及热交换技术领域，特别涉及一种深冷液体气化冷能回收利用装置。
背景技术
深冷液体如LNG液化天然气、液氧、液氮等气化过程中会释放大量冷能，目前这些冷能基本上排空，造成巨大浪费，以液化天然气LNG为例，一吨-162℃LNG的冷能价值约为240kWh，可维持800吨-20℃冷藏库一天所需的冷量，因此，如能将冷能回收利用，其经济价值非常可观。
现有技术的冷能回收技术多是采用液体冷媒来实现冷能回收，例如现在有些地方尝试用液体冷媒通过换热器进行冷能回收利用，即使用液体冷媒通过盘管吸收气化冷能加以利用，液体冷媒成本高，有的液体冷媒还有毒，最主要是由于液体冷媒凝固温度的限制，对高质冷能低于-50℃部分回收无能为力，使这部分高质冷能很少被回收利用，使用液体冷媒对气化冷能总体的回收利用率较低，一般情况下利用率不高于30％，而且，这种冷能回收装置也通常需要有较大的气化量作为支撑。另外，在一些特殊的冷能利用场合，例如气调保鲜库，冷能的利用是通过盘管传递和释放冷能，通过循环风扇使保鲜库降温，这种装置由于属于间接制冷，必然受到各种因素的制约，传热效率也会大打折扣，而且气调保鲜库还需要充装大量氮气，同样会消耗大量冷能。目前，尚没有一种有效的冷能回收技术能够兼顾冷能的回收效率、回收成本以及对苛刻冷能利用条件的适应性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明从冷能回收的源头入手，提供了一种以氮气作为冷媒的深冷液体气化冷能回收利用装置，在突破对深冷液体气化量限制、提高冷能回收率的同时，优化冷能利用条件，并通过换热管束的数量和管内氮气的流量来控制冷能的梯级利用，满足不同用户的需求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种深冷液体气化冷能回收利用装置，包括深冷液储罐，制氮机或氮气储存容器以及封闭式氮气冷媒气化器，所述封闭式氮气冷媒气化器包括保温壳和设置于所述保温壳内部的换热器，所述保温壳连接所述制氮机或氮气储存容器，由所述制氮机或氮气储存容器向所述保温壳内提供循环的氮气，所述深冷液储罐向所述封闭式氮气冷媒气化器的换热器提供深冷液体，所述换热器将深冷液体气化后输送给下游的次级气化系统或者直接输送给气体用户，在该过程中所述换热器通过与深冷液体的热交换向所述保温壳内的氮气释放冷能，所述封闭式氮气冷媒气化器为一套或者由多套构成的组合。
如上所述的深冷液体气化冷能回收利用装置，所述换热器为换热管束组，与所述保温壳一一对应，所述氮气储存容器为氮气瓶组。
如上所述的深冷液体气化冷能回收利用装置，所述保温壳上安装有安全放散阀；和/或所述保温壳底部安装有排污阀。
如上所述的深冷液体气化冷能回收利用装置，所述保温壳输出端连接冷能用户和/或液体冷媒系统。
如上所述的深冷液体气化冷能回收利用装置，所述保温壳输出端第一支路连接冷能用户，第二支路连接液体冷媒系统。
如上所述的深冷液体气化冷能回收利用装置，所述冷能用户为梯级冷能用户，依次包括速冻库、冷冻库和气调保鲜库。
如上所述的深冷液体气化冷能回收利用装置，在所述速冻库的上游包括橡胶粉磨系统，和/或在所述气调保鲜库的下游包括中央空调系统，所述橡胶粉磨系统和/或所述气调保鲜库直接利用与之对应所需温度的载冷氮气运行并在使用后将这部分氮气放空。
如上所述的深冷液体气化冷能回收利用装置，所述液体冷媒系统包括换热管排和液体冷媒储冷槽，所述换热管排用于与载冷氮气进行热交换并将冷能卸载给所述液体冷媒储冷槽中的液体冷媒，所述液体冷媒储冷槽与制冰池连接。
如上所述的深冷液体气化冷能回收利用装置，所述保温壳的输出端，以及所述冷能用户和/或液体冷媒系统的出口端均设置有循环泵，所述循环泵与控制系统通讯连接，根据所述控制系统的指令向气体循环回路提供循环压力，所述控制系统与设置在气体循环回路中的压力传感器和温度传感器通讯连接，根据所述压力传感器和温度传感器提供的压力和温度信号生成控制指令，以对整个循环回路的运行进行自动控制。
如上所述的深冷液体气化冷能回收利用装置，所述循环回路的终端设置有干燥器。
本发明的有益效果在于：
本发明从冷媒这个冷能回收的源头入手，以沸点为-196℃且物理、化学性能非常稳定的氮气作为冷媒，全面回收了深冷液体气化冷能，并且，本发明由于采用了氮气冷媒，可以不受气化量的限制，对于中小型气化装置尤其适用，而使用液体冷媒将无法达到本发明的目的，而且其他气体如惰性气体与氮气相比，其成本将难以承受；
本发明对冷能的梯级利用进一步提高了冷能利用率，在实际应用中，保冷管道每公里温度损失为3-5℃，这就使得冷能的梯级利用对用户的距离要求有了较大的空间，进一步的，在冷能梯级利用的橡胶粉磨和气调保鲜库环节，通过对载冷氮气的直接应用，优化了冷能利用条件，进一步的，封闭式氮气冷媒气化器可以根据气化量的多少灵活串并联多组，更有利于冷能的梯级利用，气化效果也更好；
本发明的应用避免了深冷液体气化冷能的浪费，对气化冷能的综合利用使得冷能用户节省了制冷设备的投资，同时节约了制冷电力，大大降低了冷能用户的生产成本，如前所述，一吨LNG的冷能价值约240kWh，液氮、液氧的冷能价值还要高于LNG，按照一度电0.8元，冷能回收利用率80％计算，一吨深冷液体气化冷能的经济价值不会低于150.00元，使用这一技术其经济效益极其可观，另外，由于采用了氮气作为气化冷媒，防止了气化可燃气体和空气中氧气的接触，对深冷液体气化的安全生产起到了很好的作用，而且，由于气化工艺为封闭式，隔绝了空气中水蒸气与气化器的接触，避免了传统的空浴气化产生冷雾污染的问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，本申请的方案和优点对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：
图1本发明实施例1的一种深冷液体气化冷能回收利用装置工作原理图。
图中各附图标记所代表的组件为：
深冷液储罐1，保温壳2，换热器(换热管束组)3，安全放散阀4，排污阀5，冷能用户6，换热管排7，液体冷媒储冷槽8，制冰池9，循环泵10，制氮机或氮气储存容器11，干燥器12。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例1
参见图1，图1为本发明实施例1的一种深冷液体气化冷能回收利用装置，该装置由深冷液体气化系统、氮气循环系统和终端用户构成循环回路。参见图1，装置具体包括深冷液储罐1，制氮机或氮气储存容器11以及封闭式氮气冷媒气化器，所述封闭式氮气冷媒气化器包括保温壳2和设置于所述保温壳2内部的换热器3(具体可以为换热管束组)，所述保温壳2连接所述制氮机或氮气储存容器11(具体可以为氮气瓶组)，由所述制氮机或氮气储存容器11向所述保温壳2内提供循环的氮气，所述深冷液储罐1向所述封闭式氮气冷媒气化器的换热器3提供深冷液体，所述换热器3将深冷液体气化后输送给下游的次级气化系统或者直接输送给气体用户，在该过程中所述换热器3通过与深冷液体的热交换向所述保温壳2内的氮气释放冷能。
本实施例由深冷液储罐1向封闭式氮气冷媒气化器的换热管束组换热器3供液，在换热管束组换热器3外安装了密闭的保温壳2，通过制氮机或氮气瓶组使保温壳2和运行回路中充满可以满足需要的循环氮气，保证了深冷液体在封闭式氮气冷媒气化器的换热管束组换热器3中释放冷能不断气化和冷能用户的冷能使用需求，气化后的气体通过管路调压计量输送给气体用户。
如图所示，为保证深冷液体的气化安全，在保温壳2顶部安装了安全放散阀4，当氮气工作压力超过设计压力或者发现换热管束组换热器3发生泄漏时，关闭进液阀和氮气进气阀，打开安全放散阀4，排空保温壳2中的气体，确保安全生产。
本发明由于采用氮气作为冷媒，因此避免了深冷液体气化中可燃气体如LNG与空气的接触，使得LNG气化比传统的空浴气化更为安全。
继续参见附图，保温壳2底部安装了排污阀5，当少量冷凝水和杂质积累到一定数量或定期检修时，打开排污阀5排入污物桶。
在本实施例中，保温壳2输出端连接冷能用户6和液体冷媒系统，具体的，所述保温壳2输出端第一支路连接冷能用户6，第二支路连接液体冷媒系统，并且，所述冷能用户6为梯级冷能用户，如图所示，按照梯级可以依次包括速冻库、冷冻库、气调保鲜库，更进一步的，在所述速冻库的上游还可包括橡胶粉磨系统，在所述气调保鲜库的下游还可包括中央空调系统，所述液体冷媒系统包括换热管排7和液体冷媒储冷槽8，所述换热管排7用于与载冷氮气进行热交换并将冷能卸载给所述液体冷媒储冷槽8中的液体冷媒，所述液体冷媒储冷槽8与制冰池9连接。
根据本实施例的方案，在保温壳体内经所述封闭式氮气冷媒气化器的换热管束组换热器3和深冷液体完成热交换的载冷氮气可根据用户对冷能冷量的不同需求，通过换热管排的数量和对载冷氮气的流量调整来满足用户需求，同时按照用户对温度的要求对载冷氮气进行梯级使用。例如，在本发明的梯级设计方案中，低于-80℃的载冷氮气供橡胶粉磨使用，低于-40℃的载冷氮气通过换热管排供速冻库使用，由速冻库出来的-40℃—-18℃的载冷氮气通过换热管排供冷冻库使用，由冷冻库出来的-18℃的载冷氮气即可以如图1所示继续供气调保鲜库和中央空调梯级利用，也可直接经换热管排7通过液体冷媒储冷槽8卸载冷能给液体冷媒，由液体冷媒在制冰池9完成制冰(该方案具体管路图中未示出)。
当然，由于本实施例中液体冷媒系统具有一个可选择的与保温壳2输出端直接相连的第二支路，因此，如果气化输出的是高于-50℃不低于-10℃的载冷氮气，也可以直接进入换热管排7，在冷媒储冷槽8泄放冷能，这可以作为冷能利用的终端，当然，更佳地，由制冰池9出来的载冷氮气也可和前述方案中由冷冻库出来的载冷氮气一样，通过换热管排供气调保鲜库以及下一梯级(如中央空调)使用(该方案具体管路图中未示出)。
值得提出的是，在橡胶粉磨和气调保鲜库对载冷氮气的使用中，完全可以直接将不高于-80℃的载冷氮气和3-5℃的载冷氮气输入使用，这部分氮气使用后由于含有杂质，可以直接排空(其余部分既封闭管道内的部分仍然可经管道或换热管排进入循环回路的下一环节)，这即是对这两部分制冷机理的优化利用，也是对整个冷能回收回路功能的优化。
根据本装置的工作原理，在氮气循环过程中，由于放空等原因不可避免的会有损失，其损失部分由设置在循环回路中的压力传感器通过自动控制根据需要由制氮机或氮气瓶组补充。同时，由于氮气在通过所述封闭式氮气冷媒气化器的换热管束组换热器3和深冷液体进行热交换时不断吸热，工作压力为下降趋势，因此通过循环泵10使氮气管路运行达到平衡，如图所示，所述保温壳2的输出端以及所述冷能用户6和液体冷媒系统的出口端均设置有循环泵10，所述循环泵10与控制系统通讯连接，根据所述控制系统的指令向气体循环回路提供循环压力，所述控制系统与设置在气体循环回路中的压力传感器和温度传感器通讯连接，根据所述压力传感器和温度传感器提供的压力和温度信号生成控制指令，以对整个循环回路的运行进行自动控制。
为了进一步优化载冷氮气质量，所述循环回路的终端设置有干燥器12，完成梯级利用的载冷氮气经循环泵10、干燥器12回到保温壳2，完成氮气循环。
实施例2
根据本发明的一个目的，装置应当能够尽量适应中小型气化装置，还应当能够尽量适应多功能需要，为此，不同于实施例1的封闭式氮气冷媒气化器，本实施例中的封闭式氮气冷媒气化器为由多套构成的组合(未图示)，可以采用串联组合，也可以采用并联组合，这样，可以根据气化量的多少灵活设计，更有利于冷能的梯级利用，气化效果也更好，而且，在保证冷能回收效果的前提下，每一套所述封闭式氮气冷媒气化器的保温壳2和换热管束组换热器3都可以设计得比现有尺寸小，使装置的整体结构更加紧凑。
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之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种深冷液体气化冷能回收利用装置，其特征在于，包括深冷液储罐(1)，制氮机或氮气储存容器(11)以及封闭式氮气冷媒气化器，所述封闭式氮气冷媒气化器包括保温壳(2)和设置于所述保温壳(2)内部的换热器(3)，所述保温壳(2)连接所述制氮机或氮气储存容器(11)，由所述制氮机或氮气储存容器(11)向所述保温壳(2)内提供循环的氮气，所述深冷液储罐(1)向所述封闭式氮气冷媒气化器的换热器(3)提供深冷液体，所述换热器(3)将深冷液体气化后输送给下游的次级气化系统或者直接输送给气体用户，在该过程中所述换热器(3)通过与深冷液体的热交换向所述保温壳(2)内的氮气释放冷能，所述封闭式氮气冷媒气化器为一套或者由多套构成的组合；
所述保温壳(2)输出端第一支路连接冷能用户(6)，第二支路连接液体冷媒系统；
所述冷能用户(6)为梯级冷能用户，依次包括速冻库、冷冻库和气调保鲜库；
在所述速冻库的上游包括橡胶粉磨系统，低于-80℃的载冷氮气供橡胶粉磨使用，所述橡胶粉磨系统和所述气调保鲜库直接利用与之对应所需温度的载冷氮气运行并在使用后将这部分氮气放空，其余部分即封闭管道内的部分仍然经管道进入循环回路的下一环节；
所述液体冷媒系统包括换热管排(7)和液体冷媒储冷槽(8)，所述换热管排(7)用于与载冷氮气进行热交换并将冷能卸载给所述液体冷媒储冷槽(8)中的液体冷媒；
所述保温壳(2)的输出端、所述冷能用户(6)和液体冷媒系统的出口端均设置有循环泵(10)，所述循环泵(10)与控制系统通讯连接，根据所述控制系统的指令向气体循环回路提供循环压力，所述控制系统与设置在气体循环回路中的压力传感器和温度传感器通讯连接，根据所述压力传感器和温度传感器提供的压力和温度信号生成控制指令，以对整个循环回路的运行进行自动控制；
所述循环回路的终端设置有干燥器(12)。
2.根据权利要求1所述的一种深冷液体气化冷能回收利用装置，其特征在于，所述换热器(3)为换热管束组，与所述保温壳(2)一一对应，所述氮气储存容器为氮气瓶组。
3.根据权利要求1所述的一种深冷液体气化冷能回收利用装置，其特征在于，所述保温壳(2)上安装有安全放散阀(4)；和/或，所述保温壳(2)底部安装有排污阀(5)。
4.根据权利要求1所述的一种深冷液体气化冷能回收利用装置，其特征在于，在所述气调保鲜库的下游包括中央空调系统。
5.根据权利要求1所述的一种深冷液体气化冷能回收利用装置，其特征在于，所述液体冷媒储冷槽(8)与制冰池(9)连接。
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