CN208793269U - 一种一体化余压回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种一体化余压回收装置，包括依次连接的压缩端、中间体和膨胀端；主轴安装在中间体中且贯穿压缩端叶轮和膨胀端叶轮；膨胀端包括进气道、膨胀端蜗壳、膨胀端喷嘴以及安装在主轴上的膨胀端叶轮；压缩端包括进气道、安装在主轴上的压缩端叶轮、扩压器及压缩端蜗壳。本实用新型的一体化余压回收装置，能够将尾气中可利用的能量进行有效地回收转化，尾气中的余能通过膨胀端回收，即硝酸尾气通过膨胀端叶轮做功，其压能转换为机械能，带动压缩端叶轮对工艺气体加压。该装置可回收硝酸尾气的余能，并对工艺气体进行压缩，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

一种一体化余压回收装置

技术领域

本实用新型涉及余压回收技术领域，特别是涉及一种一体化余压回收装置。

背景技术

当前，面对世界能源形势的紧张情况，国内外一直在研究可替代的新型能源，同时也在节能减排过程中，对能量进行回收利用。2012年，国务院正式印发了《节能减排“十二五”规划》，特别明确了“十二五”节能减排的重点工程，余压利用在节能改造工程中被重点提及。所谓余压余热回收是指企业在生产过程中释放出来多余压差能，这些压差能在一定的条件下可回收利用。余热余压回收利用主要来自高压高温气体，余压余热回收主要应用在钢铁、煤炭、建材、化工、纺织、冶金等行业。

目前部分企业余热利用工程还未得到充分发展，尤其是中小型企业，但随着能源价格的提高，余热余压利用装置逐渐被市场以及企业认可，市场应用空间比较大。应用本设备可以减少企业前期投资并在后期获得持续的收益。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种一体化余压回收装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够将尾气中可利用的能量进行有效地回收转化，具有显著的经济效益和社会效益。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型提供一种一体化余压回收装置，包括依次连接的压缩端、中间体和膨胀端，主轴安装在所述中间体中且贯穿所述压缩端和膨胀端，所述膨胀端包括进气口、膨胀端蜗壳、膨胀端喷嘴以及安装在主轴上的膨胀端叶轮；高温高压尾气通过管路进入膨胀端，依次经过蜗壳后，导入喷嘴进行加速后，进入膨胀端叶轮推动其旋转，从而带动主轴旋转，最后通过排气道排出；

所述压缩端包括进气道、安装在主轴上的压缩端叶轮、扩压器和压缩端蜗壳；所需压缩工艺气从进气口进入，由主轴带动压缩端叶轮旋转后，经扩压器至压缩端蜗壳汇聚后流出流道；

所述中间体包括中间体外壳和半浮环轴承，主轴通过半浮环轴承安装在中间体中。

优选的，所述膨胀端、压缩端和中间体采用一体化设置。

优选的，所述膨胀端为轴流式结构或径流式结构。

优选的，所述扩压器采用无叶扩压器或有叶扩压器。

优选的，所述膨胀端叶轮内侧与所述主轴安装的位置设置有碳环密封，所述膨胀端叶轮顶部设有密封件。

优选的，所述压缩端叶轮内侧与所述主轴安装的位置设置有碳环密封，所述压缩端叶轮顶部设有密封件。

优选的，所述膨胀端采用蜂窝油封来封油，所述蜂窝油封安装在所述主轴上所述中间体与所述膨胀端的交界处。

优选的，所述压缩端采用蜂窝油封来封油，所述蜂窝油封安装在所述主轴上所述中间体与所述压缩端的交界处。

优选的，所述中间体中还设置有与所述主轴连接的转速测量传感器和轴振测量传感器。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实用新型的一体化余压回收装置，能回收尾气的压能，实现工艺气体的压缩。结合余压回收方案所实施的具体场合优化流程，提高该系统在内的能源转化效率。本专利提供的尾气余压回收设备属一体化余压回收装置，用膨胀端叶轮回收尾气的余能，直接驱动压缩端叶轮，节能降耗。

该系统也可用在大、中型内燃发动机尾气的余压余热的回收，给发动机供应压力空气；用在任意余压回收并需要提高某种气体压力的领域，例如天然气气田回收天然气压能，提升边缘井口天然气的压能，可能产生的年经济效益约150亿。

该一体化余压回收装置，能够将尾气中可利用的能量进行有效地回收转化，尾气中的余能通过膨胀端回收，即尾气通过膨胀端叶轮做功，其压能转换为机械能，带动压缩端叶轮对工艺气体加压，可以回收硝酸尾气余能，并对工艺气体进行压缩，具有显著的经济效益和社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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为本实用新型中一体化余压回收装置的整体结构示意图；

其中，1压缩端；2中间体；3膨胀端；4主轴；5膨胀端蜗壳；6膨胀端喷嘴；7膨胀端叶轮；8碳环密封；9蜂窝油封；10排气道；11进气道；12压缩端蜗壳；13扩压器；14压缩端叶轮；15半浮环径向轴承；16轴振测量传感器；17转速测量传感器；18外壳。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种一体化余压回收装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够将尾气中可利用的能量进行有效地回收转化，具有显著的经济效益和社会效益。

本实用新型提供的一体化余压回收装置，包括依次连接的压缩端、中间体和膨胀端，主轴安装在中间体中且贯穿压缩端和膨胀端，膨胀端包括周向布置在主轴外侧且依次连通的进气口、膨胀端蜗壳和膨胀端喷嘴，还包括安装在主轴上的膨胀端叶轮，膨胀端叶轮的顶部流道；压缩端包括周向布置在主轴外侧且依次连通的扩压器、压缩端蜗壳和出气口，还包括安装在主轴上的压缩端叶轮和位于压缩端叶轮顶部的流道；中间体包括外壳和半浮环轴承，主轴通过半浮环轴承安装在外壳中。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

请参考图1，其中，图1为本实用新型中一体化余压回收装置的整体结构示意图。

如图1所示，本实用新型提供一种一体化余压回收装置，包括膨胀端3、压缩端1和中间体2；主轴安装在中间体中且贯穿压缩端叶轮14和膨胀端叶轮7；膨胀端叶轮7、压缩端叶轮14和中间体2采用一体化的结构，将三者连接为一体，减小设备尺寸与重量。中间体2包括外壳18和半浮环轴承15，主轴4通过半浮环轴承15安装在外壳18中。

膨胀端3包括进气口、膨胀端蜗壳5、膨胀端喷嘴6以及安装在主轴上的膨胀端叶轮7；高温高压尾气通过管路进入膨胀端3，依次经过膨胀端蜗壳5后，导入膨胀端喷嘴6进行加速后，进入膨胀端叶轮7推动其旋转，从而带动主轴4旋转，最后通过排气道10排出；膨胀端叶轮7顶部的密封用于减少叶顶的漏气损失，该密封为喷涂的软金属体加工而成；膨胀端叶轮7旋转带动主轴4旋转，进而带动压缩端叶轮14旋转，压缩工艺气体，该气体从进气道11进入压缩端叶轮14，经其压缩后由扩压器13导出，至压缩端蜗壳12汇聚后流出。压缩端叶轮14顶部的密封用于减少叶顶的漏气损失，该密封为喷涂的软金属体加工而成。

膨胀端3可以是径流式结构，也可以是轴流式结构，取决于尾气的参数以及工况。扩压器13可是无叶或有叶扩压器，取决于压缩气体的参数以及要求。

将膨胀端3(工质与工艺流过程有关)与压缩端1共轴，直接把尾气的能量转化为被压缩气体的能量，结构简单紧凑，损失较小。膨胀端3作为动力源直接驱动压缩端1，减小了生产成本，同时提高了设备的可靠性。

利用上述设备，尾气中的能量通过膨胀端3和压缩端1进行回收。首先尾气进入膨胀端3做功，其压能转换为机械能；然后通过中间体2中主轴4带动压缩端1对工艺气体进行加压，将其机械能转换为被压缩气体的压能。

为了获取高效率，本机组设计采用高转速(50000r/min甚至更高)，同时减小了膨胀端叶轮7以及压缩端叶轮14的尺寸。该回收装置设计的膨胀端喷嘴6与膨胀端叶轮7能适应工况的变化；同时机组进气前有组合阀进行节流调节，适应工况的变化。

膨胀端叶轮7侧设置有碳环密封8，压缩端叶轮14侧也设置有碳环密封8；叶轮顶部软体金属密封，机壳与叶轮之间的间隙可调，最大程度减小间隙损失。膨胀端3采用蜂窝油封9来封油，压缩端1也采用蜂窝油封9来封油，把油封在油腔范围内；同时加入了第三种介质作为隔离气来密封工艺气，隔离气可微量漏入工艺气里，不允许工艺气漏到油侧，防止其污染润滑油。

膨胀端叶轮7和压缩端叶轮14经过一元与三元气动设计，并采用精密机加工等工艺，以保证叶轮型线的准确性并降低制造成本。膨胀端叶轮7与压缩端叶轮14均具有良好的变工况性能，可适应工艺参数的变化。膨胀端喷嘴6可采用固定结构，也可采用可调静叶结构，以扩大工况适用范围。

实施例一

本实用新型中的一体化余压回收装置，主要用透平解决硝酸尾气的余压回收，直接驱动氧化氮压缩机，采用高速机可使装置体小量轻，用一体化机可简化系统及结构。氧化氮等混合气体有毒、有腐蚀性，故不能泄漏，本一体化余压回收装置采用碳环密封8封工艺气，并加第三种气体进行隔离。还有要防止该工艺气体进入油系统，否则会污染油质；用蜂窝密封9封油，由于硝酸行业润滑油不能进入氧化氮气体中，否则会引起爆炸；严格的密封系统是一体化余压回收装置要解决的关键技术问题之一。

由于硝酸行业工业废气主要成分为NOX(NO及NO2的统称)，直接排放会造成酸雨及酸雾，还能破坏臭氧层，给自然环境和人类生产、生活带来严重危害；而NOX又是生产硝酸的原材料，但由于其具有强烈的腐蚀性且泄露后又会引起安全隐患，所以对回收设备材料以及设备密封系统有着极高的要求。

硝酸尾气中的余能通过膨胀端3回收，即硝酸尾气通过膨胀端叶轮7做功，其压能转换为机械能，带动压缩端叶轮14对工艺气(氧化氮等混合气体)加压。本实用新型提供的一体化余压回收装置适用于硝酸工业领域，能回收硝酸生产中产生的硝酸尾气的余能，并对工艺气体进行压缩。这项技术有显著经济效益和社会效益。

具体的工作流程为：硝酸尾气中的压能和热能分别通过膨胀端3和压缩端1进行回收。首先从硝酸生产中吸收塔出来的硝酸尾气通过阀门、管路进入膨胀端3，首先导入膨胀端蜗壳5，将进气速度在周向上保持一致，然后气体进入膨胀端喷嘴6进行膨胀加速，加速后气体进入膨胀端叶轮7推动其旋转，最后硝酸尾气通过膨胀端排气道10排出。将隔离气导入膨胀端3的碳环密封8密封硝酸尾气，减少漏气损失，用于提高膨胀端叶轮7的气动效率。膨胀端3的蜂窝油封9用于密封润滑油，将润滑油封闭在油腔范围。膨胀端叶轮7旋转带动主轴4旋转，进而带动压缩端叶轮14旋转，压缩氧化氮等工艺气体。该气体从压缩端进气道11导入压缩端叶轮14经其压缩后，由扩压器13导出至压缩端蜗壳12汇聚后流出至管道。将隔离气导入压缩端1的碳环密封8密封工艺气，用于提高压缩端1的气动效率，减少漏气损失。压缩端的蜂窝油封9用于密封润滑油，将润滑油封闭在油腔范围。

半浮环径向轴承15与浮环径向承担一体化机转子的径向负荷及轴向负荷，使一体化余压回收装置稳定与安全运行。

一体化余压回收装置的测点有轴振测量传感器16及转速测量传感器17，为运行人员提供机组运行相关信息。

此外，本实用新型提供的一体化余压回收装置，其所利用的硝酸尾气是一种含有氮气等的混合气体，压缩的工艺气体(氧化氮等混合气体)有毒且有腐蚀性，所以整个机组设计时采用不锈钢等耐腐蚀材料，尤其是喷嘴环(或叶片扩压器环)与动叶轮采用了钛合金，钛合金具有强度高、密度小、耐腐蚀的特点，非常适合用这种场合。

(2)本实用新型中的膨胀端3采用向心式透平膨胀机，压缩端1采用离心式压缩机。为了获取高效率，本机组设计采用高转速(50000～55000r/min)，膨胀端叶轮7以及压缩端叶轮14的尺寸较小。本实用新型设计膨胀端喷嘴6与膨胀叶轮7、压缩端叶轮14与叶片式的扩压器13能适应工况的变化；同时机组进气前有组合阀进行节流调节，适应工况的变化。

(3)由于硝酸工业属于危险行业，工艺气泄露会造成人员中毒，产生对大气污染等严重后果，且若润滑油进入压缩端工艺气侧，会引起爆炸的可能，故硝酸工业一体化余压回收装置对密封要求非常高，本实用新型提供的一体化余压回收装置，采用多道碳环密封8且来封工艺气，采用蜂窝密封9来封油，加隔离气把工艺气与润滑油相隔离。

本实用新型中的一体化余压回收装置，可扩大用在其它尾气余能回收场合，例如其它动力机械具有富余压能的排气或为及其他具有富余压能的混合气体，例如燃气、煤气、天然气等。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种一体化余压回收装置，其特征在于：包括依次连接的压缩端、中间体和膨胀端，主轴安装在所述中间体中且贯穿所述压缩端和膨胀端，所述膨胀端包括周向布置在所述主轴外侧且依次连通的进气口、膨胀端蜗壳和膨胀端喷嘴，还包括安装在所述主轴上的膨胀端叶轮，所述膨胀端叶轮的顶部连接排气道；所述压缩端包括周向布置在所述主轴外侧且依次连通的扩压器、压缩端蜗壳和出气口，还包括安装在所述主轴上的压缩端叶轮和位于所述压缩端叶轮顶部的进气道；所述中间体包括外壳和半浮环轴承，所述主轴通过所述半浮环轴承安装在所述外壳中。

2.根据权利要求1所述的一体化余压回收装置，其特征在于：所述膨胀端、压缩端和中间体采用一体化设置。

3.根据权利要求1所述的一体化余压回收装置，其特征在于：所述膨胀端为径流式结构或轴流式结构。

4.根据权利要求1所述的一体化余压回收装置，其特征在于：所述扩压器采用无叶扩压器或有叶扩压器。

5.根据权利要求1所述的一体化余压回收装置，其特征在于：所述膨胀端叶轮内侧与所述主轴安装的位置设置有碳环密封，所述膨胀端叶轮顶部设有密封件。

6.根据权利要求1所述的一体化余压回收装置，其特征在于：所述压缩端叶轮内侧与所述主轴安装的位置设置有碳环密封，所述压缩端叶轮顶部设有密封件。

7.根据权利要求1所述的一体化余压回收装置，其特征在于：所述膨胀端采用蜂窝油封来封油，所述蜂窝油封安装在所述主轴上所述中间体与所述膨胀端的交界处。

8.根据权利要求1所述的一体化余压回收装置，其特征在于：所述压缩端采用蜂窝油封来封油，所述蜂窝油封安装在所述主轴上所述中间体与所述压缩端的交界处。

9.根据权利要求1所述的一体化余压回收装置，其特征在于：所述中间体中还设置有与所述主轴连接的转速测量传感器和轴振测量传感器。