CN117927867A - 微压空气能回收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开微压空气能回收装置,涉及及余压回技术领域;而本发明包括由压缩空气通气感知系统、压缩空气风量分配系统、压缩空气回收系统、安全保护系统和蒸汽静态微泄漏密封系统组成;本发明中,通过将发酵罐排放掉的压缩空气的动能进行有效的回收,回收率可以达到百分之九十以上,能够大大减少发酵工艺的生产企业的自耗电量,增加企业的效益,同时为减少社会的碳排放作出巨大的贡献,通过在每个发酵罐管线上单独增加一台小流量压缩空气余压发电系统,满足了每个发酵罐的排气管道必须单独排放到负压总管中的要求,通过静叶、动叶结构使机组在小流量压缩空气的情况下高效的节能发电。
Description
技术领域
本发明涉及余压回收技术领域,具体为微压空气能回收装置。
背景技术
对于氨基酸的生产,制药行业原料(比如说vc)的生产都需要发酵工艺,发酵工艺中需要在发酵罐中连续的充入大量的压缩空气供发酵过程中氧气的消耗,而发酵罐中为了保证氧气的溶解浓度和隔绝外界细菌的侵入,必须保证一定的压力,因为发酵罐中的压缩空气是连续的冲入,发酵完成后空气的成分发生了些许变化,但是流量基本上还维持在原来的水平,大量的带压排出到发酵罐外,对于这些发酵行业污水处理使用的压缩空气的尾气有大量的杂质;
然而现有的技术不便对排放的压缩空气进行回收利用,从而导致资源浪费,无法降低企业的耗电量,同时无法降低企业的碳排放量;
针对上述问题,发明人提出微压空气能回收装置用于解决上述问题。
发明内容
为了解决现有的技术不便对发酵罐排放的压缩空气进行回收利用的问题;本发明的目的在于提供微压空气能回收装置。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:微压空气能回收装置,包括由压缩空气通气感知系统、压缩空气风量分配系统、压缩空气回收系统、安全保护系统和蒸汽静态微泄漏密封系统组成;
所述压缩空气通气感知系统包括压力变送器、温度变送器和风速仪组成;
所述压缩空气风量分配系统包括逻辑控制单元、电动阀a、电动阀b、电动阀c和低扭矩-并网装置组成;
所述压缩空气回收系统包括压缩空气加速器、压缩空气动能转换涡轮、机械能传递轴、联轴器、轴承、缸体、底座、润滑油系统、微压发电机组、仪表系统和控制系统组成;
所述安全保护系统包括压缩空气速关切断阀和旁路快速响应调节阀组成;
所述蒸汽静态微泄漏密封系统包括主轴、骨架油封、密封面b、密封面c、回位弹簧、油缸体、油缸腔室a、油缸腔室d、密封活塞、o型圈1、o型圈2和o型圈3。
优选地,所述温度变送器的管路上设置有四个高压热水喷管。
优选地,所述风速仪包括齿轮、连杆和风叶组成,所述风速仪的一端和齿轮连接,所述风速仪的另一端分别和连杆及风叶连接。
优选地,所述逻辑控制单元为PLC控制单元,所述逻辑控制单元的终端连接有控制变频器。
优选地,所述低扭矩-并网装置包括并网变频器、电路快速切换断路器、相序表、相位表、电压表和自同期并网装置组成。
优选地,所述润滑油系统包括润滑油泵。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1、本发明中,通过将发酵罐排放掉的压缩空气的动能进行有效的回收,回收率可以达到百分之九十以上,能够大大减少发酵工艺的生产企业的自耗电量,增加企业的效益,同时为减少社会的碳排放作出巨大的贡献;
2、本发明中,通过在每个发酵罐管线上单独增加一台小流量压缩空气余压发电系统,满足了每个发酵罐的排气管道必须单独排放到负压总管中的要求;
3、本发明中,通过静叶、动叶结构使机组在小流量压缩空气的情况下高效的节能发电;
4、本发明中,通过小流量微压空气能发电设备有特殊的汽封系统,能够密封对发酵罐和发酵管路高温杀菌的蒸汽进行有效的静态密封,在兼顾高速旋转的同时还能够减少用户蒸汽的泄漏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明微压空气能回收装置的组成示意图。
图2为本发明压缩空气通气感知系统与发酵罐的连接示意图。
图3为本发明压缩空气通气感知系统的组成示意图。
图4为本发明逻辑控制示意图。
图5为本发明蒸汽静态微泄漏密封系统的组成示意图。
图中:100、压缩空气通气感知系统;200、压缩空气风量分配系统;300、压缩空气回收系统;400、安全保护系统;500、蒸汽静态微泄漏密封系统;101、压力变送器;102、温度变送器;1021、高压热水喷管;103、风速仪;1031、齿轮;1032、连杆;1033、风叶;201、逻辑控制单元;2011、控制变频器;202、电动阀a;203、电动阀b;204、电动阀c;205、低扭矩-并网装置;2051、并网变频器;2052、电路快速切换断路器;2053、相序表;2054、相位表;2055、电压表;2056、自同期并网装置;301、压缩空气加速器;302、压缩空气动能转换涡轮;303、机械能传递轴;304、联轴器;305、轴承;306、缸体;307、底座;308、润滑油系统;3081、润滑油泵;309、微压发电机组;310、仪表系统;3011、控制系统;401、压缩空气速关切断阀;402、旁路快速响应调节阀;501、主轴;502、骨架油封;503、密封面b;504、密封面c;505、回位弹簧;506、油缸体;507、油缸腔室a;508、油缸腔室d;509、密封活塞;510、o型圈1;511、o型圈2;512、o型圈3。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例:如图1-图5所示,本发明提供了微压空气能回收装置,包括由压缩空气通气感知系统100、压缩空气风量分配系统200、压缩空气回收系统300、安全保护系统400和蒸汽静态微泄漏密封系统500组成;
压缩空气通气感知系统100包括压力变送器101、温度变送器102和风速仪103组成,温度变送器102的管路上设置有四个高压热水喷管1021,风速仪103包括齿轮1031、连杆1032和风叶1033组成,风速仪103的一端和齿轮1031连接,风速仪103的另一端分别和连杆1032及风叶1033连接;
压缩空气风量分配系统200包括逻辑控制单元201、电动阀a202、电动阀b203、电动阀c204和低扭矩-并网装置205组成,逻辑控制单元201为PLC控制单元,逻辑控制单元201的终端连接有控制变频器2011,低扭矩-并网装置205包括并网变频器2051、电路快速切换断路器2052、相序表2053、相位表2054、电压表2055和自同期并网装置2056组成;
压缩空气回收系统300包括压缩空气加速器301、压缩空气动能转换涡轮302、机械能传递轴303、联轴器304、轴承305、缸体306、底座307、润滑油系统308、微压发电机组309、仪表系统310和控制系统3011组成,润滑油系统308包括润滑油泵3081;
安全保护系统400包括压缩空气速关切断阀401和旁路快速响应调节阀402组成;
蒸汽静态微泄漏密封系统500包括主轴501、骨架油封502、密封面b503、密封面c504、回位弹簧505、油缸体506、油缸腔室a507、油缸腔室d508、密封活塞509、o型圈1 510、o型圈2 511和o型圈3 512。
通过采用上述技术方案,压缩空气通气感知系统100感知判断发酵罐内是否处于正常冲入压缩空气进行发酵,因为一个完整的发酵工艺是由的停气阶段、空消阶段、降温阶段、培养阶段,每一个阶段的压缩空气排放量是不同的,比如说停气阶段基本上是没有压缩空气排放的,空消阶段是用蒸汽进行消毒的阶段,流量非常小而且要进行保压即排气压力不能过低,降温阶段有一定的压缩空气排放量大概是2400方/小时,培养阶段的压缩空气排放量大概是6000-7000方/小时,对于第一阶段和第二阶段是不适合余压发电的,这两个阶段的时间大概是在250-25小时;
压缩空气通气感知系统100的判断逻辑为:当压力变送器101的压力传感器读取的数值低于10kpa、温度低于90℃、风速低于10m/s,处于第一阶段,即停气阶段,当温度变送器102的温度传感器读取的温度高于90℃时,处于第二阶段,即空消阶段,当压力变送器101的压力传感器读取的数值大于40kpa,风速仪103读取的数值低于风速高于30m/s时,即处于降温阶段或培养阶段,将此逻辑用plc进行编程,即编写到逻辑控制单元201中,当条件达到第三第四阶段的时候给下一阶段压缩空气风量分配单元信号,进入到进行升速并网阶段,此判断逻辑最大可能性的杜绝无压缩空气排放或者压缩空气量太少的时候,将机组并列到电网浪费电能的情况;
压力变送器101的压力信号管采用大口径设计防止堵塞,在末端有支路可以通入压缩空气对信号管进行吹扫,温度变送器102的探测杆处设置四个高压热水喷管1021,高压热水喷管1021对附着物进行吹扫,风速仪103为一端连接齿轮1031,另一端连接连杆1032、风叶1033的传递装置,风叶1033会随着压缩空气的流动进行转动将风速以末端齿轮1031转动产生的信号的形式传递出去,同时,在风叶1033和连杆1032的四个方向设置三个喷口,在机组停气阶段对连杆1032和风叶1033进喷射热水清除附着物,保证传递信号的准确;
压缩空气风量分配系统200的控制逻辑为:压缩空气风量分配系统200接收到压缩空气通气感知系统100的信号后,压缩空气风量分配系统200将按照以下的逻辑动作,首先开启润滑油泵3081,当润滑油压正常,并且回油管路中有油回流后,将微压发电机组309以每分钟600rpm的升速率升到3000rpm,进行并网操作,此时微压发电机组309作为电动机由电网提供动力源进行运转,运转正常后(转速、油压、振动、轴瓦温度、噪音等指标在合格范围之内),将电动阀c204打开,将电动阀a202切入到自动控制状态,以电动阀a202之前的压力为控制对象(对于不同行业对压力罐的压力有不同要求,发酵行业基本上都在50-110kpa),然后打开电动阀b203,增加从电动阀b203流经的压缩空气流量,因为电动阀a202处于阀前压力自动控制状态,随着电动阀b203的开大,为了维持电动阀a202之前的压力在设定值,所以电动阀a202必然开始关小,随着电动阀b203全开(电动阀a202全关),那么压缩空气就全部从电动阀b203进入到了微压发电机组309进行余压利用发电,同时,压缩空气风量分配系统200的分配逻辑规定了调速、并网、风量调节的先后次序和切换逻辑,即首先让发电设备在低扭矩-并网装置205的控制下缓慢匀加速的升到并网转速并进行并网切换将发电设备处于待发电状态,这样做的好处是利用低扭矩-并网装置205中的转速控制容易实现,代替了由压缩空气的流量控制来实现发电设备的转速控制,低扭矩-并网装置205可以由逻辑控制单元201的控制变频器2011以匀加速的方式将发电设备的转速升高到并网转速,采集相序表2053、相位表2054、电压表2055的信号,当符合并网条件时由自同期并网装置2056发出并网信号,由电路快速切换断路器2052将发电机的电路切换到网电,处于待发电状态;
当发电设备与电网并列运行之后,然后对电动阀a202、电动阀b203、电动阀c204进行上述的逻辑操作,将压缩空气全部进入到快速启停小流量微压空气能利用设备中进行发电;
压缩空气加速器301将压缩空气的速度加速到300-500m/s,使压缩空气具备高速冲击涡轮叶片的动能,压缩空气动能转换涡轮302的作用是能够非常高效的将高速的压缩空气的动能转换为旋转的机械能,机械能传递轴303、联轴器304、轴承305、缸体306、底座307、润滑油系统308、微压发电机组309、仪表系统310及控制系统3011保证将已经转化为机械能的能力传递给发电机转变成电能的必要装置,保证发电工作的运行;
安全保护系统400的作用是,当微压气体动能回收装置发生故障时,压缩空气速关切断阀401能够速速关闭气源,停止设备的运行,同时,旁路快速响应调节阀402将压缩空气切换到原排气管道中去,可以保护微压气体动能回收装置的安全运行的同时,保证用户的生产工艺不受影响;
蒸汽静态微泄漏密封系统500的逻辑为:因快速启停小流量微压空气能利用设备应用在排空管路中,而发酵工艺需要用蒸汽进行高温消毒,那么要求在利用蒸汽高温消毒过程中必须对此设备进行蒸汽消毒,余压利用发电设备属于旋转设备,那么动静结构之间存在间隙,间隙的存在导致在蒸汽高温消毒阶段会存在大量泄露的情况,为了减少泄露,当发电装置在运转发电过程中,蒸汽静态微泄漏密封系统500将密封面b503和密封面c504自动脱离,依靠传统的高低齿迷宫式汽封进行密封,当余压发电系统停止后,给油缸腔室a507充满压力油,将密封面b503与密封面c504紧密贴合在一起,将油缸体506中的蒸汽密封严实达到微泄露(每小时3公斤以下)程度,当设备需要运转发电时给油缸腔室d508充满压力油,在压力油和回位弹簧505的作用下密封面b503和密封面c504分离,那么主轴501可以自由的进行旋转做功。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.微压空气能回收装置,其特征在于,包括由压缩空气通气感知系统(100)、压缩空气风量分配系统(200)、压缩空气回收系统(300)、安全保护系统(400)和蒸汽静态微泄漏密封系统(500)组成;
所述压缩空气通气感知系统(100)包括压力变送器(101)、温度变送器(102)和风速仪(103)组成;
所述压缩空气风量分配系统(200)包括逻辑控制单元(201)、电动阀a(202)、电动阀b(203)、电动阀c(204)和低扭矩-并网装置(205)组成;
所述压缩空气回收系统(300)包括压缩空气加速器(301)、压缩空气动能转换涡轮(302)、机械能传递轴(303)、联轴器(304)、轴承(305)、缸体(306)、底座(307)、润滑油系统(308)、微压发电机组(309)、仪表系统(310)和控制系统(3011)组成;
所述安全保护系统(400)包括压缩空气速关切断阀(401)和旁路快速响应调节阀(402)组成;
所述蒸汽静态微泄漏密封系统(500)包括主轴(501)、骨架油封(502)、密封面b(503)、密封面c(504)、回位弹簧(505)、油缸体(506)、油缸腔室a(507)、油缸腔室d(508)、密封活塞(509)、o型圈1(510)、o型圈2(511)和o型圈3(512)。
2.如权利要求1所述的微压空气能回收装置,其特征在于,所述温度变送器(102)的管路上设置有四个高压热水喷管(1021)。
3.如权利要求1所述的微压空气能回收装置,其特征在于,所述风速仪(103)包括齿轮(1031)、连杆(1032)和风叶(1033)组成,所述风速仪(103)的一端和齿轮(1031)连接,所述风速仪(103)的另一端分别和连杆(1032)及风叶(1033)连接。
4.如权利要求1所述的微压空气能回收装置,其特征在于,所述逻辑控制单元(201)为PLC控制单元,所述逻辑控制单元(201)的终端连接有控制变频器(2011)。
5.如权利要求1所述的微压空气能回收装置,其特征在于,所述低扭矩-并网装置(205)包括并网变频器(2051)、电路快速切换断路器(2052)、相序表(2053)、相位表(2054)、电压表(2055)和自同期并网装置(2056)组成。
6.如权利要求1所述的微压空气能回收装置,其特征在于,所述润滑油系统(308)包括润滑油泵(3081)。
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