CN110030174A - 气体压缩余热回收装置、系统、方法和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式公开了一种气体压缩余热回收装置、系统、方法和存储介质。气体压缩余热回收装置包括：导热入口，用于导入导热介质，所述导热介质吸收有压缩机中压缩气体的热量；有机朗肯循环单元，包含有机工质，用于利用所述导热介质加热所述有机工质以执行有机朗肯循环；致冷入口，用于导入冷却介质以冷却执行所述有机朗肯循环后的所述有机工质。本发明实施方式可以回收利用压缩机中压缩气体的热量，还可以促进压缩机实现等温压缩，并提高压缩机的工作效率。另外，本发明实施方式可以通过多种方式冷却有机工质，应用范围广泛。

Description

气体压缩余热回收装置、系统、方法和存储介质

技术领域

本发明涉及余热回收技术领域，特别是涉及一种气体压缩余热回收装置、系统、方法和存储介质。

背景技术

压缩机(compressor)，是一种将低压气体提升为高压气体的从动流体机械。压缩机通常包括活塞压缩机、螺杆压缩机、离心压缩机，直线压缩机等。在压缩机的气体压缩过程中，气体温度保持不变称为等温压缩。在理想情况下，等温压缩可看成是可逆压缩过程，气体的熵变小，这也是气体致冷和液化的关键一步。

目前，为了更高效地达到更高压力，压缩机通常采用多级压缩方式。多级压缩过程中压缩气体会产生大量热量。目前，这些热量通常被循环冷却水吸收或直接排放到大气环境中，而并没有被合理回收，导致余热资源的浪费。

发明内容

本发明实施方式提出一种气体压缩余热回收装置、系统、方法和存储介质。

本发明实施方式的技术方案如下：

根据本发明实施方式的气体压缩余热回收装置，包括：

导热入口，用于导入导热介质，所述导热介质吸收有压缩机中压缩气体的热量；

有机朗肯循环单元，包含有机工质，用于利用所述导热介质加热所述有机工质以执行有机朗肯循环；

致冷入口，用于导入冷却介质以冷却执行所述有机朗肯循环后的所述有机工质。

在一个实施方式中，还包括：

导热出口，用于将加热所述有机工质后的所述导热介质导出到所述压缩机；

致冷出口，用于将冷却所述有机工质后的所述冷却介质导出到冷源。

在一个实施方式中，所述导热入口布置在所述压缩机的级间位置。

在一个实施方式中，所述导热介质包含导热油。

根据本发明实施方式的气体压缩余热回收系统，包括：

导热回路；

致冷回路；

气体压缩余热回收装置，包含有机工质，用于经由所述导热回路吸收压缩机中压缩气体的热量，利用所述热量加热所述有机工质以执行有机朗肯循环；

冷源，用于经由所述致冷回路冷却执行所述有机朗肯循环后的所述有机工质。

在一个实施方式中，还包括：

第一泵，布置在所述导热回路中；

第二泵，布置在所述致冷回路中。

在一个实施方式中，所述气体压缩余热回收装置包含导热入口，所述导热入口布置在所述压缩机的级间位置。

根据本发明实施方式的气体压缩余热回收方法，包括：

经由导热介质吸收压缩机中压缩气体的热量；

利用所述导热介质加热有机工质以执行有机朗肯循环；

经由冷却介质冷却所述有机朗肯循环后的所述有机工质。

在一个实施方式中，所述经由导热介质吸收压缩机中压缩气体的热量包括：

经由导热介质从所述压缩机的级间位置处，吸收所述压缩机中压缩气体的热量。

根据本发明实施方式的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的气体压缩余热回收方法的步骤。

从上述技术方案可以看出，气体压缩余热回收装置包括：导热入口，用于导入导热介质，导热介质吸收有压缩机中压缩气体的热量；有机朗肯循环单元，包含有机工质，用于利用导热介质加热有机工质以执行有机朗肯循环；致冷入口，用于导入冷却介质以冷却执行有机朗肯循环后的有机工质。可见，本发明实施方式可以利用有机朗肯循环单元回收利用压缩机中压缩气体的热量，从而节约能源。

另外，本发明实施方式还可以促进压缩机实现等温压缩，从而提高压缩机的工作效率。还有，本发明实施方式可以通过多种方式冷却有机工质，应用范围广泛。

附图说明

图1为根据本发明的气体压缩余热回收装置的结构图。

图2为根据本发明的气体压缩余热回收系统的结构图。

图3为根据本发明的气体压缩余热回收系统的第一示范性结构图。

图4为根据本发明的气体压缩余热回收系统的第二示范性结构图。

图5为根据本发明的气体压缩余热回收方法的流程图。

其中，附图标记如下：

具体实施方式

为了使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以阐述性说明本发明，并不用于限定本发明的保护范围。

为了描述上的简洁和直观，下文通过描述若干代表性的实施方式来对本发明的方案进行阐述。实施方式中大量的细节仅用于帮助理解本发明的方案。但是很明显，本发明的技术方案实现时可以不局限于这些细节。为了避免不必要地模糊了本发明的方案，一些实施方式没有进行细致地描述，而是仅给出了框架。下文中，“包括”是指“包括但不限于”，“根据……”是指“至少根据……，但不限于仅根据……”。由于汉语的语言习惯，下文中没有特别指出一个成分的数量时，意味着该成分可以是一个也可以是多个，或可理解为至少一个。

本发明实施方式提出一种回收压缩机中压缩气体余热的技术方案。而且，基于本发明提出的气体压缩余热回收技术方案，还可以促进压缩机实现等温压缩。

图1为根据本发明的气体压缩余热回收装置的结构图。该气体压缩余热回收装置与压缩机连接，用于回收压缩机中压缩气体的热量。

如图1所示，气体压缩余热回收装置包括：

导热入口11，用于导入导热介质，该导热介质吸收有压缩机中压缩气体的热量；

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，ORC)单元12，包含有机工质，用于利用导热介质加热有机工质以执行有机朗肯循环；

致冷入口13，用于导入冷却介质以冷却执行有机朗肯循环后的有机工质。

具体地，有机朗肯循环单元12可以包含换热器、透平、冷凝器和工质泵。换热器从导热入口11接收吸收有压缩机中压缩气体的热量的导热介质；在换热器中有机工质从导热介质吸收热量，生成具有一定压力和温度的蒸汽；蒸汽再进入透平执行机械膨胀做功，带动发电机或拖动其它动力机械；从透平排出的蒸汽在凝汽器中放热，最后借助工质泵重新回到换热器，如此不断循环。

可见，本发明实施方式可以回收利用压缩机中压缩气体的热量，从而节约能源。

在一个实施方式中，气体压缩余热回收装置还包括：

导热出口14，用于将加热有机工质后的导热介质导出到压缩机；

致冷出口15，用于将冷却有机工质后的冷却介质导出到冷源。

因此，导热入口11与导热出口14构成了完成的导热回路。经由该导热回路，可以将压缩机中压缩气体的热量导入有机朗肯循环单元12，而且可以将加热有机工质后的导热介质再导出到压缩机，从而导热介质可以重新吸收压缩机中压缩气体的热量。

而且，致冷入口13与致冷出口15构成了完成的致冷回路。经由该致冷回路，冷却介质被导入到有机朗肯循环单元12中以冷却执行有机朗肯循环后的有机工质，冷却有机工质后的冷却介质再被导出到冷源以重新降温。

压缩机通常具备多级压缩功能。在多级压缩中，压缩机吸入气体后，经过多级升压逐渐达到所需要的工作压力。气体经过每级压缩之后，温度和压力都得到了提升。由于等温压缩具有理想的工作效率，期待能够实现等温压缩。优选的，在本发明实施方式中，将导热入口11布置在压缩机的级间位置。导热介质可以从每级压缩之后的气体吸收热量，从而针对每级压缩之后的气体均执行了降温，为实现压缩机的等温压缩提供辅助。

在一个实施方式中，压缩机可以包括活塞压缩机、螺杆压缩机、离心压缩机，直线压缩机等。

在一个实施方式中，导热介质包含导热油。导热油是用于间接传递热量的热稳定性较好的专用油品，具有加热均匀，调温控制准确，能在低蒸汽压下产生高温，传热效果好，节能，输送和操作方便等特点。具体的，本发明实施方式的导热油可以实施为：

(1)烷基苯型(苯环型)导热油

烷基苯型(苯环型)导热油为苯环附有链烷烃支链类型的化合物，属于短支链烷烃基(包括甲基、乙基、异丙基)与苯环结合的产物，其沸点在170～180℃，凝点在-80℃以下。

(2)烷基萘型导热油

烷基萘型导热油的结构为苯环上连接烷烃支链的化合物。它所附加的侧链一般有甲基、二甲基、异丙基等，其附加侧链的种类及数量决定化合物的性质，侧链单于甲基相连的烷基萘，应用于240～280℃范围的气相加热系统。

(3)烷基联苯型导热油

烷基联苯型导热油为联苯基环上连接烷基支链一类的化合物。它是由短链的烷基(乙基、异丙基)与联苯环相结合构成，烷基的种类和数量决定其性质。烷烃基数量越多，其热稳定性越差。在此类产品中，由异丙基的间位体、对位体(同分异构体)与联苯合成的导热油品质最好，其沸点大于330℃，热稳定性亦好。

(4)联苯和联苯醚低熔混合物型导热油

联苯和联苯醚低熔混合物型导热油为联苯和联苯醚低熔混合物由26.5％的联苯和73.5％的联苯醚组成，熔点为12℃。

(5)烷基联苯醚型导热油

烷基联苯醚型导热油为两个苯环中间一个醚基链接，两个苯环上分别有两个甲基的同分异构体混合物，此类混合导热油低温下运动粘度低，流动性好，适合北方寒冷地区使用，推荐使用温度最高不超过330℃，凝点-54℃，使用寿命优于矿物油和烷基苯型导热油。

以上示范性描述了导热油的具体实施方式，本领域技术人员可以意识到，这种描述仅是示范性的，并不用于限定本发明实施方式的保护范围。

基于上述详细分析，本发明实施方式还提出了一种气体压缩余热回收系统。该气体压缩余热回收系统与压缩机连接，用于回收压缩气体的余热。压缩机通常可以实施为活塞压缩机、螺杆压缩机、离心压缩机，直线压缩机，等等。

图2为根据本发明的气体压缩余热回收系统的结构图。

如图2所示，气体压缩余热回收系统包括：

导热回路21；

致冷回路22；

气体压缩余热回收装置23，与导热回路21和致冷回路22分别连接，用于经由导热回路21吸收压缩机中压缩气体的热量，利用该热量加热有机工质以执行有机朗肯循环；

冷源24，用于经由致冷回路22冷却执行有机朗肯循环后的有机工质。

在一个实施方式中，气体压缩余热回收系统还包括：第一泵，布置在导热回路21中；第二泵，布置在致冷回路22中。

第一泵用于在导热回路21循环传送导热介质。具体包括：导热介质首先吸收压缩机中压缩气体的热量，第一泵将吸热后的导热介质传送到气体压缩余热回收装置23；气体压缩余热回收装置23中的有机工质从导热介质中吸收热量并执行有机朗肯循环；第一泵再将加热有机工质后的导热介质导出到压缩机，以由导热介质再次吸收压缩机中压缩气体的热量，从而构成完整的导热回路循环。

第二泵用于在致冷回路22循环传送冷却介质。具体包括：第二泵将冷源提供的冷却介质传送到气体压缩余热回收装置23以冷却有机工质；第二泵再将冷却有机工质后的冷却介质导出到冷源以再次降温，从而构成完整的致冷回路循环。

在一个实施方式中，气体压缩余热回收装置23的导热入口布置在压缩机的级间位置。将导热入口布置在压缩机的级间位置之后，导热介质可以从每级压缩之后的压缩气体吸收热量，从而针对每级压缩之后的气体均执行了降温，为实现压缩机的等温压缩提供辅助。

具体的，冷源可以实施为利用水作为冷却介质的冷却塔，或者实施为利用空气作为冷却介质的空气冷却机，或者实施为包含低温冷却剂的致冷装置。

基于上述描述，图3为根据本发明的气体压缩余热回收系统的第一示范性结构图。

在图3中，气体压缩余热回收系统包括：

导热回路36；

致冷回路37；

包含有机工质的气体压缩余热回收装置33，用于经由导热回路36吸收压缩机35中压缩气体的热量，利用热量加热有机工质以执行有机朗肯循环；

利用水作为冷却介质的冷却塔34，用于经由致冷回路37冷却执行有机朗肯循环后的有机工质；

第一泵31，布置在导热回路36中，用于在导热回路36中输送导热油，具体包括：将吸收有压缩机35中压缩气体的热量的导热油输送到气体压缩余热回收装置33，将加热气体压缩余热回收装置33中有机工质后的导热油再输送回压缩机35，以执行后续循环的吸热工作；

第二泵32，布置在致冷回路37中，用于在致冷回路37中输送水，具体包括：将冷水从冷却塔34中输送到气体压缩余热回收装置33，以冷却执行有机朗肯循环后的有机工质，而且将执行冷却作用之后的温水再输送回冷却塔34以执行冷却。

图4为根据本发明的气体压缩余热回收系统的第二示范性结构图。

在图4中，气体压缩余热回收系统包括：

导热回路46；

致冷回路47；

包含有机工质的气体压缩余热回收装置43，用于经由导热回路46吸收压缩机中压缩气体的热量，利用热量加热有机工质以执行有机朗肯循环；

利用空气作为冷却介质的空气冷却机44，用于经由致冷回路47冷却执行有机朗肯循环后的有机工质；

第一泵41，布置在导热回路46中，用于在导热回路46中输送导热油，具体包括：将吸收有压缩机45中压缩气体的热量的导热油输送到气体压缩余热回收装置43，将加热气体压缩余热回收装置43中有机工质后的导热油再输送回压缩机45，以执行后续循环的吸热工作；

第二泵42，布置在致冷回路47中，用于在致冷回路47中输送空气，具体包括：将冷空气从空气冷却机44中输送到气体压缩余热回收装置43，以冷却执行有机朗肯循环后的有机工质，而且将执行冷却作用之后的热空气再输送到空气冷却机44以执行冷却。

基于上述描述，本发明实施方式还提出了一种气体压缩余热回收方法。

图5为根据本发明的气体压缩余热回收方法的流程图。

如图5所示，该方法包括：

步骤501：经由导热介质吸收压缩机中压缩气体的热量；

步骤502：利用导热介质加热有机工质以执行有机朗肯循环；

步骤503：经由冷却介质冷却有机朗肯循环后的有机工质。

在一个实施方式中，经由导热介质吸收压缩机中压缩气体的热量包括：

经由导热介质从压缩机的级间位置处吸收在气体压缩中产生的热量。可见，导热介质通过从压缩机的级间位置处吸收在气体压缩中产生的热量，导热介质从每级压缩之后的气体吸收热量，从而针对每级压缩之后的气体均执行了降温，为实现压缩机的等温压缩提供辅助，从而间接提高了压缩机的工作效率。

可以遵循一定规范的应用程序接口，将本发明实施方式所提出的气体压缩余热回收方法编写为安装到工业现场控制器、服务器、个人电脑、移动终端等中的插件程序，也可以将其封装为应用程序以供用户自行下载使用。

可以通过指令或指令集存储的储存方式将本发明实施方式所提出的气体压缩余热回收方法存储在各种存储介质上。这些存储介质包括但是不局限于：软盘、光盘、DVD、硬盘、闪存等。另外，还可以将本发明实施方式所提出的过程控制方法应用到基于闪存(Nandflash)的存储介质中，比如U盘、CF卡、SD卡、SDHC卡、MMC卡、SM卡、记忆棒、xD卡等。上述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的气体压缩余热回收方法的步骤。

综上所述，本发明实施方式的气体压缩余热回收装置包括：导热入口，用于导入导热介质，导热介质吸收有压缩机中压缩气体的热量；有机朗肯循环单元，包含有机工质，用于利用导热介质加热有机工质以执行有机朗肯循环；致冷入口，用于导入冷却介质以冷却执行有机朗肯循环后的有机工质。本发明实施方式可以回收利用压缩机中压缩气体的热量，从而节约能源。

另外，本发明实施方式还可以促进压缩机实现等温压缩，从而提高压缩机的工作效率。还有，本发明实施方式可以通过多种方式冷却有机工质，应用范围广泛。

以上所述，仅为本发明的较佳实施方式而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.气体压缩余热回收装置，其特征在于，包括：

一导热入口(11)，用于导入导热介质，所述导热介质吸收有压缩机中压缩气体的热量；

一有机朗肯循环单元(12)，包含有机工质，用于利用所述导热介质加热所述有机工质以执行有机朗肯循环；

一致冷入口(13)，用于导入冷却介质以冷却执行所述有机朗肯循环后的所述有机工质。

2.根据权利要求1所述的气体压缩余热回收装置，其特征在于，还包括：

一导热出口(14)，用于将加热所述有机工质后的所述导热介质导出到所述压缩机；

一致冷出口(15)，用于将冷却所述有机工质后的所述冷却介质导出到冷源。

3.根据权利要求1所述的气体压缩余热回收装置，其特征在于，所述导热入口(11)布置在所述压缩机的级间位置。

4.根据权利要求1所述的气体压缩余热回收装置，其特征在于，所述导热介质包含导热油。

5.气体压缩余热回收系统，其特征在于，包括：

一导热回路(21)；

一致冷回路(22)；

一气体压缩余热回收装置(23)，包含有机工质，用于经由所述导热回路吸收压缩机(25)中压缩气体的热量，利用所述热量加热所述有机工质以执行有机朗肯循环；

一冷源(24)，用于经由所述致冷回路(22)冷却执行所述有机朗肯循环后的所述有机工质。

6.根据权利要求5所述的气体压缩余热回收系统，其特征在于，还包括：

一第一泵，布置在所述导热回路(21)中；

一第二泵，布置在所述致冷回路(22)中。

7.根据权利要求5所述的气体压缩余热回收系统，其特征在于，所述气体压缩余热回收装置(23)包含一导热入口，所述导热入口布置在所述压缩机(25)的级间位置。

8.气体压缩余热回收方法，其特征在于，包括：

经由导热介质吸收压缩机中压缩气体的热量(501)；

利用所述导热介质加热有机工质以执行有机朗肯循环(502)；

经由冷却介质冷却所述有机朗肯循环后的所述有机工质(503)。

9.根据权利要求8所述的气体压缩余热回收方法，其特征在于，所述经由导热介质吸收压缩机中压缩气体的热量包括：

经由导热介质从所述压缩机的级间位置处，吸收所述压缩机中压缩气体的热量。

10.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8至9中任一项所述的气体压缩余热回收方法的步骤。