CN114412751A - 高效节能一体式空气压缩机系统 - Google Patents

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Abstract

高效节能一体式空气压缩机系统，包括压缩主机，压缩主机产生的油气混合物进入油气分离器，油气分离器的出油端连接至换热器A、出气端连接至换热器B，换热器A上具有换热工质通道A，换热器B上具有工质通道B，液体工质从换热工质通道A的进口进入、出口流出，换热工质通道A的出口连接至涡流制冷器，涡流制冷器经过能量分离出的低温液态工质进入工质通道B，工质通道B的出口连接在储液罐，经过换热器B换热的空气经过汽水分离器后进入换热器C，换热器C上具有工质通道C，涡流制冷器经过能量分离出的高温过热蒸汽态工质进入工质通道C。本发明能够节能。

Description

高效节能一体式空气压缩机系统
技术领域
本发明涉及空气是压缩机，特别涉及一种高效节能一体式空气压缩机系统，属于空压设备技术领域。
背景技术
随着空压机行业发展已步入成熟期，市场竞争也日趋白日化。用户从以往只看重空压机产品质量、售后服务和价格。现阶段用户已向空压机产品提出更高的要求，那就是空压机必须节能。这也是国家一项战略举措。空压机产品在工业生产中约占据总耗电量的9%，有些工厂甚至高达35%，压缩空气中的节能俨然成为一个重要而迫切的课题。
现有空压机提出节能方案主要是永磁变频和余热回收，两种方案在市场上都得到一定的推广。虽然余热回收和永磁变频在节能方面有一定效果，但是余热回收在运用方面存在局限性，一是因为地域存在差异性，北方冬天气候寒冷且水资源不具优势，导致余热回收在北方市场难以推广；二是在南方虽然存在丰富的水资源，在市场推广方面不存在问题，但是目前余热回收需要两套独立的系统才能完成。空压机运行系统主要提供热源，余热回收机系统主要通过冷却水与空压机所产生高温高压的润滑油进行热交换。这样两套系统不仅占用更多的安装空间，关键之处这套方案余热回收的利用率不高，投入的成本与余热回收利用率不成正比，且成本回收周期过长。
发明内容
本发明的目的在于克服目前空气压缩机在节能方面存在的上述问题，提供一种高效节能一体式空气压缩机系统。
为实现本发明的目的，采用了下述的技术方案：高效节能一体式空气压缩机系统，包括压缩主机，压缩主机通过动力装置驱动，压缩主机上连接有油气分离器，压缩主机产生的油气混合物进入油气分离器，油气分离器的出油端连接至换热器A、出气端连接至换热器B，换热器A上具有换热工质通道A，换热器B上具有工质通道B，液体工质从换热工质通道A的进口进入、出口流出，换热工质通道A的出口连接至涡流制冷器，涡流制冷器经过能量分离出低温液态工质、高温过热蒸汽态工质，其中低温液态工质进入工质通道B，工质通道B的出口连接在储液罐，经过换热器B换热的空气经过汽水分离器后进入换热器C，换热器C上具有工质通道C，涡流制冷器经过能量分离出的高温过热蒸汽态工质进入工质通道C，工质通道C的出口连接至储液罐。
进一步的；储液罐上连接有工质泵，进入工质通道B的液体工质来自工质泵。
进一步的；来自工质泵的液态工质经过换热器A吸热后达到饱和蒸汽态工质。
进一步的；来自涡流制冷器的低温液态工质在换热器B中与来自油气分离器高温压缩空气进行热交换，使高温高压空气流出时降温至露点温度。
进一步的；来自涡流制冷器的高温过热蒸汽态工质经过换热器C放热后成为液态工质。
进一步的；工质采用制冷剂R600a。
本发明的积极有益技术效果在于：本发明不仅解决目前空压机余热回收所存在的问题，同时空压机后处理设备冷干机功能也被本发明高效节能空压机技术所取代。三大独立运行系统（空压机、余热回收机、冷干机）功能变成一体化，原有的空压机换热器、冷干机运行系统、余热回收机系统三大系统全部省去，不仅减少生产成本也大大减少设备安装尺寸，更大提高了空压机余热回收利用率。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
附图中各标记为：100：，压缩主机；101：换热器B；102：油气分离器；103：换热器A；104：汽水分离器；105：储液罐；106：换热器C；107：工质泵；108：涡流制冷器。
图中Ra代表工质；AO代表油气混合物；A代表空气；O代表油气。
如附图所示，一种高效节能一体式空气压缩机系统，包括以下组件：动力装置、空气压缩主机、油气分离器、换热器、涡流制冷器、汽水分离器、储液器、工质泵及控制元器件组成。动力装置带动压缩主机100，使压缩主机100产生高温高压的油气混合物进入油气分离器102，油气分离器102把高温高压润滑油与高温高压的空气分离，使高温高压润滑油进入换热器A103；高温高压空气进入换热器B101，高温高压的润滑油与来自工质泵10DE 7液态工质进行热交换，液态工质吸热后达到饱和蒸汽态工质，饱和蒸汽态工质进入涡流制冷器108，经过能量分离出低温液态工质和高温过热蒸汽态工质；低温液态工质进入换热器B101，在换热器B中低温液态工质与来自油气分离器高温压缩空气进行热交换，使高温高压空气降温至露点温度，冷凝水通过汽水分离器排出，从而达到空气冷冻干燥效果。流经换热器B101的高温高压的热空气与液态工质进行热交换过程中，液态工质处于过冷态，过冷态的液态工质吸热后成为液态工质进入储液罐105，由于低温压缩空气不能直接用于生产。低温干燥的压缩空气需要加热，因此，低温干燥的压缩空气再次进入换热器C106，来自涡流制冷器过热蒸汽态的工质在换热器C106与低温干燥压缩冷空气进行热交换，低温干燥压缩冷空气吸热温度上升，过热蒸汽态的工质放热温度下降，使过热蒸汽态的工质转变为液态工质进入储液罐105，储液罐105内的液态制冷工质经工质泵107完成一次循环过程。
具体实施例：
空压机22 KW型号：MLG22F/8；换热器MH52-50；制冷剂R600a；涡流制冷器MVC62100；工质泵M2DZ/1.6；储液罐MC30/2.0及控制元器件等设备构建成一体式高效节能空压机。由于空压机运行过程中油气混合物排气温度为85℃，空压机运行时向机体内喷油的温度需控制在60℃，一台22KW空压机润滑油温度从85℃降至60℃时，润滑油耗能为输入功率的75%即约16KW。考虑回收利用中存在热量损失和效率等因数，最终能有效利用率按50%设计为8KW。而实现回收利用需要采用R600a工质来实现。
本实施例在实验过程中选取R600a在65℃时作为最佳蒸发温度。根据查表可得知，R600a饱和蒸汽焓值65℃时h1=639.7KJ/Kg；经涡流制冷器MVC62100能量分离后R600a的温度降为20℃，饱和蒸汽焓值h2=581.2KJ/Kg。已知润滑油总能耗为16KW,将润滑油总耗能的50%即8KW耗能做完全的有效回收利用。
R600a工质理论流量计算
有机工质从蒸发器中出来，经涡流制冷器MVC62100能量分离。在理想情况下的有效回收利用功如下：
Wt=M1*(h1-h2)/3600
即：M1=W1*3600/(h1-h2)
=8KW*3600/(639.7KJ/Kg -581.2 KJ/Kg)
=492.3Kg/h
式中：Wt 有效回收利用功，KW；
M1 工质质量流量，Kg/h；
h1 工质在65℃时饱和蒸汽焓值，KJ/Kg;
h2 工质在20℃时饱和蒸汽焓值，KJ/Kg;
本次实验将以M1理论的质量流量来建立实验系统，为最终的高效节能空压机组余热回收可行性提供数据支撑。
本发明为了解决目前整个压缩机行业未能把这部分油耗能进行回收利用提供技术方案，尤其客户使用的风冷空气压缩机不仅没有进行回收利用，还增加额外功率来冷却，大部分功率都转变为热能所带走，然这部分热能也没有进行回收利用。经过理论及样机验证22KW空压机采用本发明专利每小时就能回收利用8KW，如果运行按一年6500小时计算，一年就节省5.2万KW即5.2万度电。
在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。

Claims (6)

1.高效节能一体式空气压缩机系统，包括压缩主机，压缩主机通过动力装置驱动，其特征在于：压缩主机上连接有油气分离器，压缩主机产生的油气混合物进入油气分离器，油气分离器的出油端连接至换热器A、出气端连接至换热器B，换热器A上具有换热工质通道A，换热器B上具有工质通道B，液体工质从换热工质通道A的进口进入、出口流出，换热工质通道A的出口连接至涡流制冷器，涡流制冷器经过能量分离出低温液态工质、高温过热蒸汽态工质，其中低温液态工质进入工质通道B，工质通道B的出口连接在储液罐，经过换热器B换热的空气经过汽水分离器后进入换热器C，换热器C上具有工质通道C，涡流制冷器经过能量分离出的高温过热蒸汽态工质进入工质通道C，工质通道C的出口连接至储液罐。
2.根据权利要求1所述的高效节能一体式空气压缩机系统，其特征在于：储液罐上连接有工质泵，进入工质通道B的液体工质来自工质泵。
3.根据权利要求2所述的高效节能一体式空气压缩机系统，其特征在于：来自工质泵的液态工质经过换热器A吸热后达到饱和蒸汽态工质。
4.根据权利要求1所述的高效节能一体式空气压缩机系统，其特征在于：来自涡流制冷器的低温液态工质在换热器B中与来自油气分离器高温压缩空气进行热交换，使高温高压空气流出时降温至露点温度。
5.根据权利要求1所述的高效节能一体式空气压缩机系统，其特征在于：来自涡流制冷器的高温过热蒸汽态工质经过换热器C放热后成为液态工质。
6.根据权利要求1所述的高效节能一体式空气压缩机系统，其特征在于：工质采用制冷剂R600a。
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