CN108826832A - 空气横向分布冷却的空分预冷装置及其方法 - Google Patents

空气横向分布冷却的空分预冷装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空气横向分布冷却的空分预冷装置及其方法。装置中，空冷塔内部空气流向由纵向改为横向，空冷塔内部分为横向并列的冷却水区和冷冻水区；空冷塔冷冻水区顶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；空冷塔冷却水区顶部与循环水管网通过冷却水管道连通，冷却水泵设置在冷却水管道上；空冷塔冷却水区底部与循环水管网通过冷却水回流管道连通；空冷塔冷冻水区底部与水冷塔上部通过冷冻水回流管道连通。本发明中的空冷塔采用规整填料，空气横向进入塔内，气体流动分布均匀，避免了气流拐角与气液逆流带来的压力损耗，且空冷塔高度大幅降低；此外还减少了冷冻水所需的污氮用量或冷水机组的电能。

Description

空气横向分布冷却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，特指一种空气横向分布冷却的空分预冷装置。
背景技术
空气分离设备是利用空气加工多种工业气体或高纯气体，预冷系统是空分设备中最主要的部分之一。典型的空气预冷系统流程是：从空压机来的高温空气进入空冷塔下部，与常温冷却水在空冷塔下段逆流直接接触，空气得到初步冷却，再上升到空冷塔上段，与来自水冷塔的冷冻水进一步热质交换后出空冷塔，进入分子筛吸附系统。冷却水分为两路，一路进入水冷塔，与污氮气热湿交换后作为冷冻水进入空冷塔上段；另一路直接进入空冷塔中部。两路水与空气换热后在空冷塔下部汇集后出空冷塔。污氮则从水冷塔下部进，顶部放空。一般来说，空冷塔都具有一定的高度，所以冷冻水和冷却水的输送将耗费大量泵功，而空气则需通过大量的不规整填料，压力损耗较大，空压机需要大量功耗。此外，冷冻水和冷却水的混合，会使冷冻水浪费的一定冷量，特别是夏天冷却水温度相对高，将要消耗大量电能或者低温污氮来保证冷冻水温度。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气横向分布冷却的空分预冷装置，采用新型空冷塔，空气横向进入塔内，避免了气流拐角与气液逆流带来的压力损耗，从而减少了压缩机功耗；同时，空冷塔高度降低，可显著减少泵功；此外，新型空冷塔内冷冻水区和冷却水区分离，直接对回流冷冻水进行二次冷却，避免冷冻水冷量浪费，降低冷冻水所需的电能或污氮消耗。
本发明拟用如下技术方案实现本发明的目的：
空气横向分布冷却的空分预冷装置，其包括空冷塔、水冷塔、冷冻水泵、冷却水泵；空冷塔内部填充有填料，并形成相连的空冷塔冷冻水区和空冷塔冷却水区，空冷塔冷却水区中的填料之间设有空气进口通道，空冷塔冷冻水区中的填料之间设有空气出口通道，空气进口通道和空气出口通道连通，进入空冷塔的空气横向依次穿过空冷塔冷却水区和空冷塔冷冻水区，然后从空冷塔输出；空冷塔冷冻水区顶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；空冷塔冷却水区顶部的喷淋装置与循环水管网通过冷却水管道连通，冷却水泵设置在冷却水管道上；空冷塔冷却水区底部与循环水管网通过冷却水回流管道连通；空冷塔冷冻水区底部与水冷塔上部的喷淋装置通过冷冻水回流管道连通；水冷塔顶部设有污氮气出口；水冷塔下部连通污氮气通道。
优选的，空冷塔中的空冷塔冷冻水区和空冷塔冷却水区横向并列排布。
优选的，空冷塔的空气进口设置于空冷塔冷却水区，空气出口设置于空冷塔冷冻水区。
优选的，空冷塔冷冻水区和空冷塔冷却水区底部通过隔板分隔，以分离空冷塔底部的冷冻水与冷却水。
优选的，空冷塔内部的填料为规整填料，并联接空冷塔冷冻水区和空冷塔冷却水区。
优选的，水冷塔采用散堆填料。
优选的，冷冻水回流管道还连通补充水进水管道，补充水进水管道上设有阀门并与循环水管网相连。
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，从空冷塔输出的空气进入纯化系统。
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冷却水区的空气进口进入；冷却水泵将循环水管网中的冷却水泵入冷却水管道，进入空冷塔冷却水区顶部，冷却水下流，在规整填料中实现对空气的冷却，换热后的冷却水汇集到空冷塔冷却水区底部，经冷却水回流管道流入循环水管网；空气通过规整填料由空冷塔冷却水区的空气进口通道横向进入空冷塔冷冻水区的空气出口通道，冷冻水从空冷塔冷冻水区顶部的冷冻水管道流入，冷冻水下流对空气进一步冷却，换热后的冷冻水汇集到空冷塔冷冻水区底部，经冷冻水回流管道流入水冷塔上部；当回流冷冻水水量不足时，打开补充水进水管道上的阀门进行补水；预冷后的空气由空冷塔冷冻水区的空气出口排出，进入分子筛纯化系统；
2)来自精馏塔的低温污氮气经污氮气通道进入水冷塔下部，来自冷冻水回流管道的冷冻水在水冷塔下落，与来自水冷塔下部的污氮气进行热湿交换，随后污氮气经水冷塔顶部放空，被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冷冻水区上部。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：采用新型空冷塔，空气横向进入塔内并采用规整填料，使气体分布均匀，流通阻力减小，避免了气流拐角与气液逆流带来的压力损耗，从而减少了压缩机功耗；同时，空冷塔高大幅降低，减少了泵功；此外，通过将热湿交换后冷冻水再次返回水冷塔，其温度相对冷却水温度低，水冷塔对冷冻水直接进行二次冷却，减少了水冷塔所需的污氮用量或水冷机组的电能，形成新一代空分系统预冷技术。而吸附器入口空气含湿量降低，显著延长吸附/再生切换周期，从本质上实现了分子筛空气纯化系统的节能降耗。
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是本发明一种空气横向分布冷却的空分预冷装置的结构示意图。
图中：空冷塔1、水冷塔2、冷冻水泵3、冷却水泵4、空冷塔冷冻水区5、空冷塔冷却水区6、冷却水管道7、冷冻水管道8、冷冻水回流管道9、冷却水回流管道10、污氮气管道11、隔板12、补充水进水管道13。
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1，一种空气横向分布冷却的空分预冷装置，包括空冷塔1、水冷塔2、冷冻水泵3、冷却水泵4。空冷塔1内部填充有若干层规整填料，且空冷塔1内部总体上分为相连的空冷塔冷冻水区5和空冷塔冷却水区6，每层规整填料横向连续填充这两个区。空冷塔冷冻水区5和空冷塔冷却水区6横向并列排布，但两之间没有很明显的界限分隔，两者是由于填料上方的喷淋水温度不同导致功能分区不同的。空冷塔冷却水区6中的填料之间具有若干空气进口通道，空冷塔冷冻水区5中的填料之间具有若干空气出口通道，空气进口通道和空气出口通道连通。空冷塔1的空气进口设置于空冷塔冷却水区6，空气出口设置于空冷塔冷冻水区5。进入空冷塔1的空气横向依次穿过空冷塔冷却水区6和空冷塔冷冻水区5，然后从空冷塔1输出进入纯化系统。空冷塔冷冻水区5顶部的喷淋装置与水冷塔2底部通过冷冻水管道8连通，冷冻水泵3设置在冷冻水管道8上，用于将水冷塔2底部的冷冻水泵入空冷塔冷冻水区5顶部；空冷塔冷却水区6顶部的喷淋装置与循环水管网通过冷却水管道7连通，冷却水泵4设置在冷却水管道7上，用于将循环水管网中的冷却水泵入空冷塔冷却水区6顶部。空冷塔冷却水区6底部与循环水管网通过冷却水回流管道10连通，换热后的冷却水回流至循环水管网中。空冷塔冷冻水区5底部与水冷塔2上部的喷淋装置通过冷冻水回流管道9连通中，水冷塔2顶部设有污氮气出口，水冷塔2下部连通污氮气通道11，换热后的冷冻水被重新输入水冷塔2中，利用污氮气进行冷却，污氮气从污氮气出口排出。空冷塔冷冻水区5和空冷塔冷却水区6底部通过隔板12分隔，以分离空冷塔1底部的冷冻水与冷却水，避免两者混合。冷冻水回流管道9还连通补充水进水管道13，补充水进水管道13上设有阀门V-4并与循环水管网相连。
另外，为了方便控制，与三个喷淋装置相连的管道上均设有控制阀，分别为图中的阀门V-1、V-2和V-3。
基于上述装置，本发明还可以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冷却水区6的空气进口进入；冷却水泵4将循环水管网中的冷却水泵入冷却水管道7，进入空冷塔冷却水区6顶部，冷却水下流，在规整填料中实现对空气的冷却，换热后的冷却水汇集到空冷塔冷却水区6底部，经冷却水回流管道10流入循环水管网；空气通过规整填料由空冷塔冷却水区6的空气进口通道横向进入空冷塔冷冻水区5的空气出口通道，冷冻水从空冷塔冷冻水区5顶部冷冻水管道8流入，冷冻水下流对空气进一步冷却，换热后的冷冻水汇集到空冷塔冷冻水区5底部，经冷冻水回流管道9流入水冷塔2上部；当回流冷冻水水量不足时，打开补充水进水管道13上的阀门进行补水；预冷后的空气由空冷塔冷冻水区5的空气出口排出，进入分子筛纯化系统；
2)来自精馏塔的低温污氮气经污氮气通道11进入水冷塔2下部，来自冷冻水回流管道9的冷冻水在水冷塔2下落，与来自水冷塔2下部的污氮气进行热湿交换，随后污氮气经水冷塔2顶部放空，被冷却的冷冻水由水冷塔2底部进入冷冻水管道8，并由冷冻水泵3打入空冷塔冷冻水区5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)

1.一种空气横向分布冷却的空分预冷装置，其特征在于：包括空冷塔(1)、水冷塔(2)、冷冻水泵(3)、冷却水泵(4)；空冷塔(1)内部填充有填料，并形成相连的空冷塔冷冻水区(5)和空冷塔冷却水区(6)，空冷塔冷却水区(6)中的填料之间设有空气进口通道，空冷塔冷冻水区(5)中的填料之间设有空气出口通道，空气进口通道和空气出口通道连通，进入空冷塔(1)的空气横向依次穿过空冷塔冷却水区(6)和空冷塔冷冻水区(5)，然后从空冷塔(1)输出；空冷塔冷冻水区(5)顶部的喷淋装置与水冷塔(2)底部通过冷冻水管道(8)连通，冷冻水泵(3)设置在冷冻水管道(8)上；空冷塔冷却水区(6)顶部的喷淋装置与循环水管网通过冷却水管道(7)连通，冷却水泵(4)设置在冷却水管道(7)上；空冷塔冷却水区(6)底部与循环水管网通过冷却水回流管道(10)连通；空冷塔冷冻水区(5)底部与水冷塔(2)上部的喷淋装置通过冷冻水回流管道(9)连通；水冷塔(2)顶部设有污氮气出口；水冷塔(2)下部连通污氮气通道(11)。
2.根据权利要求1所述的一种空气横向分布冷却的空分预冷装置，其特征在于：空冷塔(1)中的空冷塔冷冻水区(5)和空冷塔冷却水区(6)横向并列排布。
3.根据权利要求1所述的一种空气横向分布冷却的空分预冷装置，其特征在于：空冷塔(1)的空气进口设置于空冷塔冷却水区(6)，空气出口设置于空冷塔冷冻水区(5)。
4.根据权利要求1所述的一种空气横向分布冷却的空分预冷装置，其特征在于：空冷塔冷冻水区(5)和空冷塔冷却水区(6)底部通过隔板(12)分隔，以分离空冷塔(1)底部的冷冻水与冷却水。
5.根据权利要求1所述的一种空气横向分布冷却的空分预冷装置，其特征在于：空冷塔(1)内部的填料为规整填料，并联接空冷塔冷冻水区(5)和空冷塔冷却水区(6)。
6.根据权利要求1所述的一种空气横向分布冷却的空分预冷装置，其特征在于：水冷塔(2)采用散堆填料。
7.根据权利要求1所述的一种空气横向分布冷却的空分预冷装置，其特征在于：冷冻水回流管道(9)还连通补充水进水管道(13)，补充水进水管道(13)上设有阀门并与循环水管网相连。
8.根据权利要求1所述的一种空气横向分布冷却的空分预冷装置，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。
9.根据权利要求1所述的一种空气横向分布冷却的空分预冷装置，其特征在于：从空冷塔(1)输出的空气进入纯化系统。
10.一种利用权利要求7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冷却水区(6)的空气进口进入；冷却水泵(4)将循环水管网中的冷却水泵入冷却水管道(7)，进入空冷塔冷却水区(6)顶部，冷却水下流，在规整填料中实现对空气的冷却，换热后的冷却水汇集到空冷塔冷却水区(6)底部，经冷却水回流管道(10)流入循环水管网；空气通过规整填料由空冷塔冷却水区(6)的空气进口通道横向进入空冷塔冷冻水区(5)的空气出口通道，冷冻水从空冷塔冷冻水区(5)顶部冷冻水管道(8)流入，冷冻水下流对空气进一步冷却，换热后的冷冻水汇集到空冷塔冷冻水区(5)底部，经冷冻水回流管道(9)流入水冷塔(2)上部；当回流冷冻水水量不足时，打开补充水进水管道(13)上的阀门进行补水；预冷后的空气由空冷塔冷冻水区(5)的空气出口排出，进入分子筛纯化系统；
2)来自精馏塔的低温污氮气经污氮气通道(11)进入水冷塔(2)下部，来自冷冻水回流管道(9)的冷冻水在水冷塔(2)下落，与来自水冷塔(2)下部的污氮气进行热湿交换，随后污氮气经水冷塔(2)顶部放空，被冷却的冷冻水由水冷塔(2)底部进入冷冻水管道(8)，并由冷冻水泵(3)打入空冷塔冷冻水区(5)上部。
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