CN210531098U - 一种高效节能空气压缩机组循环系统 - Google Patents

Abstract

一种高效节能空气压缩机组循环系统，包括控制系统，还包括并联的第一空压机、第二空压机、有机朗肯循环直接驱动空压机系统，有机朗肯循环直接驱动空压机系统包括双螺杆膨胀机及其驱动的第三空压机，有机朗肯循环系统包括串联的预热器和第一蒸发器，在第一空压机后连接有第一油气分离器，第二空压机后连接有第二油气分离器，第一油气分离器产生的高温油和气连接至第一蒸发器中，第二油气分离器产生的高温油和气连接至预热器中，第一蒸发器工质管路连接的双螺杆膨胀机的工质进口。本实用新型的节能效率较目前的介质冷却水进行热交换效率提高1倍以上。

Description

一种高效节能空气压缩机组循环系统

技术领域

本实用新型涉及空压机技术领域，特别涉及高效节能的空气压缩机组循化系统，属于空压机节能技术领域。

背景技术

随着人类社会飞速的发展，无论是能源的需求以及人类的生存环境都已经遭受前所未有的挑战。因此节能环保将是一项长期而艰巨的当代历史责任，人类必须对每个行业都应该重视能源的高效利用，尤其对于第二产业工业能源的高效利用要更加重视。空压机属于一种通用机械，在工业生产中约占据总耗电量的9%，具体到有些工厂甚至高达35%，空压机在实际运行中，产生的能量中大约70%以上为热能，这部分热能属于中低温热能，较早以前很少被利用，随着对能源浪费的重视，空压机余热的利用也产生了很多形式，在具体的应用形式上主要体现在余热发电、余热供暖等形式上，例如目前空压机余热回收方式是通过介质冷却水进行热交换，主要用于解决员工的生活，工业用热水的问题，目前市场投资一套余热回收设备回收成本至少在两年以上，单从一台余热回收设备市场价格来计算已经失去真正意义上的节能效果，整套系统节能效率不足20%，这种应用方式虽然可以降低能源浪费，但余热发电需要的投资较大，产生的电力在并网运行中也有一定的难度，发电机产生的电力需要及时的用掉，其实质是首先通过热能交换使工质带走热量，工质通过驱动透平机将热能转换为机械能，机械能再转化为电能，电能再驱动设备，其各个环节都具有能量损失，所以还会影响能量的回收利用率，余热供暖需求端很难有稳定的需求场景，很多情况下对余热利用不充分。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服目前的空压机余热利用中存在的上述问题，提供一种高效节能空气压缩机组循环系统。

为实现本实用新型的目的，采用了下述的技术方案：一种高效节能空气压缩机组循环系统，包括控制系统，还包括并联的第一空压机、第二空压机、有机朗肯循环直接驱动空压机系统，所述的有机朗肯循环直接驱动空压机系统包括双螺杆膨胀机及其驱动的第三空压机，在双螺杆膨胀机上连接有有机朗肯循环系统，所述的有机朗肯循环系统包括串联的预热器和第一蒸发器，在第一空压机后连接有第一油气分离器，第二空压机后连接有第二油气分离器，第一油气分离器产生的高温油和气分别通过气路和油路连接至第一蒸发器中，第二油气分离器产生的高温油和气分别气路和油路连接至预热器中，第一蒸发器工质管路连接的双螺杆膨胀机的工质进口，双螺杆膨胀机的工质出口连接至第一冷凝器，第一冷凝器后连接有第一储液罐，第一储液罐后连接工质泵，工质泵后连接第一闪蒸器，第一闪蒸器后连接预热器；

所述的第一蒸发器的油路出口连接至第一空压机主机，气路出口连接至用气系统；所述的预热器的油路出口连接至第二空压机主机，气路出口连接至用气系统。

进一步的；与第三空压机相连有有机朗肯循环制冷系统，所述的有机朗肯循环制冷系统包括第二蒸发器，第三空压机后连有第三油水分离器，第三油气分离器产生的高温油和气分别通过气路和油路连接至第二蒸发器中，第二蒸发器的油路出口连接至第三空压机主机，第二蒸发器的气路出口连接至用气系统，第二蒸发器的工质出口后连接至第二冷凝器，第二冷凝器后连接有第二储液罐，第二储液罐后连接有膨胀阀，膨胀阀后连接有第二闪蒸器，第二闪蒸器的工质出口连接至第二蒸发器，在第二闪蒸器上连接环境温度调节换热系统循环管路。

进一步的；所述的第一油气分离器的出油管路上串联有第一温控阀，第一温控阀上具有两个出油口，一个出油口连接至第一蒸发器的油路，另一个出口连接至第一冷却器，第一冷却器的出口连接在第一蒸发器与第一空压机主机之间的油路上，在第一蒸发器与第一空压机主机之间的油路上靠近第一空压机主机端设置有第一温度传感器；所述的第二油气分离器的出油管路上串联有第二温控阀，第二温控阀上具有两个出油口，一个出油口连接至预热发器的油路，另一个出口连接至第二冷却器，第二冷却器的出口连接在预热发器与第二空压机主机之间的油路上，在预热发器与第二空压机主机之间的油路上靠近第二空压机主机端设置有第二温度传感器。

本实用新型的积极有益技术效果在于：1、能量回收利用率高，即利用了高温压缩空气中的热能，还利用了空压机润滑油的热能，2、采用两台并联的空压机，前端的预热器对工质进行预热，第一蒸发器使工质达到亚临界饱和蒸汽状态进入双螺杆膨胀机；这种串联式的换热在中低温热能利用中能够使工质在第一蒸发器中可靠的达到亚临界饱和状态，3、双螺杆膨胀机直接驱动空气压缩机，使机械能直接驱动第三空压机，中间不再经过能量形式转换，降低了能量损失；4：第三空压机的热量通过有机朗肯循环制冷系统对其运行环境降温，进一步提高了能量的使用率。采用本实用新型的技术方案，以并联的两台空气压缩机电机输入总功率为例计算，315KWx2=630KW，产生热功率为630x0.75=472.5KW，将此部分热功率通过有机朗肯循环（ORC）进入双螺杆膨胀机(膨胀机效率为60-75%)可直接驱动一台355KW双螺杆压缩机，能提供排气量为60m³/min，压力为0.8MPa压缩空气。再进一步对355KW驱动的压缩机的余热利用，按65%的利用率将产生230.75KW热能，通过有机朗肯（ORC）制冷循环系统把此部分的热功率用在厂区车间办公场所实现环境温度调节作用，本系统的节能效率较目前的介质冷却水进行热交换效率提高1倍以上。

附图说明

图1是本实用新型的流程示意图。

图2是第一蒸发器的接口端示意图。

图3是第二蒸发器的接口端示意图。

具体实施方式

为了更充分的解释本实用新型的实施，提供本实用新型的实施实例，这些实施实例仅仅是对本实用新型的阐述，不限制本实用新型的范围。

结合附图对本实用新型进一步详细的解释，附图中各标记为：101：有第一空气压缩机，102：第二空气压缩机，103：第一油气分离器，104：第二油气分离器，105：第一温度传感器，106：第二温度传感器，107：第一温控阀，108：第二温控阀，109：第一冷却器，110：第二冷却器，111：预热器，112：第一蒸发器，113：双螺杆膨胀机，114：第一冷凝器，115：第一储液罐，116：工质泵，117：第一闪蒸器，118：第三空气压缩机，119：第三油气分离器，120：第二蒸发器，121：第二冷凝器，122：第二储液罐，123：膨胀阀，124：第二闪蒸器。

本实用新型包括三个子系统：两台并联的空气压缩机运行系统、有机朗肯循环（ORC）直接驱动压缩机系统、有机朗肯循环（ORC）制冷系统。

如图1所示，一种高效节能空气压缩机组循环系统，包括控制系统，还包括并联的第一空压机101、第二空压机102、有机朗肯循环直接驱动空压机系统，所述的有机朗肯循环直接驱动空压机系统包括双螺杆膨胀机113及其驱动的第三空压机118，在双螺杆膨胀机上连接有有机朗肯循环系统，所述的有机朗肯循环系统包括串联的预热器和第一蒸发器112，在第一空压机后连接有第一油气分离器103，第二空压机后连接有第二油气分离器104，第一油气分离器产生的高温油和气分别通过气路和油路连接至第一蒸发器中，第二油气分离器产生的高温油和气分别气路和油路连接至预热器111中，第一蒸发器工质管路连接的双螺杆膨胀机的工质进口，双螺杆膨胀机的工质出口连接至第一冷凝器114，第一冷凝器后连接有第一储液罐115，第一储液罐后连接工质泵126，工质泵后连接第一闪蒸器117，第一闪蒸器后连接预热器111； 所述的第一蒸发器的油路出口连接至第一空压机主机，气路出口连接至用气系统；所述的预热器的油路出口连接至第二空压机主机，气路出口连接至用气系统；

所述的第一油气分离器的出油管路上串联有第一温控阀107，第一温控阀是一个三通电控阀，第一温控阀上具有两个出油口，一个出油口连接至第一蒸发器的油路，另一个出口连接至第一冷却器109，第一冷却器的出口连接在第一蒸发器与第一空压机主机之间的油路上，在第一蒸发器与第一空压机主机之间的油路上靠近第一空压机主机端设置有第一温度传感器105；所述的第二油气分离器的出油管路上串联有第二温控阀108，第二温控阀上具有两个出油口，一个出油口连接至预热发器的油路，另一个出口连接至第二冷却器，第二冷却器的出口连接在预热发器与第二空压机主机之间的油路上，在预热发器与第二空压机主机之间的油路上靠近第二空压机主机端设置有第二温度传感器106。

与第三空压机118相连有有机朗肯循环制冷系统，所述的有机朗肯循环制冷系统包括第二蒸发器120，第三空压机后连有第三油水分离器119，第三油气分离器产生的高温油和气分别通过气路和油路连接至第二蒸发器中，第二蒸发器的油路出口连接至第三空压机主机，第二蒸发器的气路出口连接至用气系统，第二蒸发器的工质出口后连接至第二冷凝器121，第二冷凝器后连接有第二储液罐122，第二储液罐后连接有膨胀阀123，膨胀阀后连接有第二闪蒸器124，第二闪蒸器的工质出口连接至第二蒸发器120，在第二闪蒸器上连接环境温度调节换热系统循环管路。环境温度调节换热系统循环管路可以为空调系统的换热管理

本系统中，所述第一空气压缩机、第二空气压缩机所产生的高温高压的油气混合物经第一油气分离器，第二油气分离器成高温高压空气和润滑油分别进入有机朗肯循环（ORC）直接驱动压缩机系统中预热器，第一蒸发器与工质进行热交换。有机朗肯循环（ORC）直接驱动压缩机系统的工质可采用有R134a，R290，R600a，R600，R601a，R601等。

所述第一油气分离器分离的高温高压空气经第一蒸发器图2中显示3号端口进4号端口流出，放热后进入客户用气端；第一油气分离器分离的高温高压润滑油经1第一蒸发器图2中显示1号端口进2号端口流出，润滑油放热后喷入第一空气压缩机主机完成一次循环。当喷入第一空气压缩机主机的润滑油温度过高时，第一温控阀工作，调节润滑油进入第一冷却器以降低喷入主机的油温。反之当经过第一冷却器后喷入第一空气压缩机主机的润滑油温度过低，第一温控阀关闭。

所述第二油气分离器分离的高温高压空气经预热器放热后进入客户用气端；其进出端口与图2中的第一蒸发器相同，第二油气分离器分离的高温高压润滑油经预热器放热后喷入喷入第二空气压缩机主机完成一次循环，喷入第二空压机主机与上述的第一空压机主机的管路相同，当喷入第二空气压缩机主机的润滑油温度过高108第二温控阀开启，调节润滑油进入104第二冷却器。反之当喷入第二空气压缩机主机的润滑油温度过低108第二温控阀关闭。

所述的第一温控阀、第二温控阀开/关，是通过第一温度传感器、第二温度传感器和控制系统实现自动控制。

所述的第一空气压缩机、第二空气压缩机所产生的高温高压的空气和润滑油分别进入有机朗肯循环（ORC）系统中的第一预热器111、第一蒸发器112与工质进行热交换，使工质达到亚临界饱和蒸汽进入113双螺杆膨胀机做功驱动空气压缩机。所述的工质做功后进入图2所示第一冷凝器3号端口进4号端口出进行定压放热，工质变成定压状态的气液混合物进入第一储液罐。

所述第一储液罐的液态工质被工质泵定熵压缩后，进入第一闪蒸器；液态工质进入第一闪蒸器吸热后蒸发吸热过程。经过闪蒸器吸热后的工质再进入第一预热器、第一蒸发器实现机朗肯循环（ORC）系统。

所述第三空气压缩机产生的高温高压的油气混合物进入第三油气分离器，分别使高温高压的润滑油和压缩空气进入第二蒸发器与工质进行热交换，使工质达到亚临界饱和蒸汽进入图3所示第二冷凝器3号端口进4号端口出进行定压放热，1号端口为冷却水进2号端口为冷却水出，工质变成定压状态的气液混合物进入第二储液罐。第二储液罐的液态工质经膨胀阀降压使工质达到蒸发压力、进入第二闪蒸器进行吸热。第二闪蒸器交换热由空压机房的环境温度提供。从而使空压机房环境温度降低，实现制冷循环系统。

本系统中，各设备的选型可以采用以下：空压机型号SRC-50GW、双螺杆膨胀机型号MKB-300、蒸发器型号ZAL550、冷却器型号DML460、工质泵型号100WQ60、温度控制阀型号LTC100、温度传感器型号DS18B20、膨胀阀型号TDEBX19。

本系统采用两台空压机的负荷可以实现三台空压机的供气，特别适用用目前增产扩量的空压机系统改造中，以国内某水泥厂日产5000吨空压机节能改造项目设计方案为例：

设计指标参数如下：

现场空压机参数：2台SRC-50GW，润滑油、压缩空气进入温度100℃；

润滑油、压缩空气排出温度80℃；

2台SRC-50GW空压机产生的平均流量：7200m³/h;

双螺杆膨胀机MKB-300，工质进气压力（绝压）：1.0MPa；

工质进气温度：95℃；

工质排气压力（绝压）：0.2MPa；

工质排气温度：65℃；

双螺杆膨胀机MKB-300，节电功率：355KW，

投运效益：年节电260-285万Kw.h

投资回报：1年半以下。

在详细说明本实用新型的实施方式之后，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，凡依据本实用新型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，均属于本实用新型技术方案的范围，且本实用新型亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。

Claims (3)

1.一种高效节能空气压缩机组循环系统，包括控制系统，其特征在于：还包括并联的第一空压机、第二空压机、有机朗肯循环直接驱动空压机系统，所述的有机朗肯循环直接驱动空压机系统包括双螺杆膨胀机及其驱动的第三空压机，在双螺杆膨胀机上连接有有机朗肯循环系统，所述的有机朗肯循环系统包括串联的预热器和第一蒸发器，在第一空压机后连接有第一油气分离器，第二空压机后连接有第二油气分离器，第一油气分离器产生的高温油和气分别通过气路和油路连接至第一蒸发器中，第二油气分离器产生的高温油和气分别气路和油路连接至预热器中，第一蒸发器工质管路连接的双螺杆膨胀机的工质进口，双螺杆膨胀机的工质出口连接至第一冷凝器，第一冷凝器后连接有第一储液罐，第一储液罐后连接工质泵，工质泵后连接第一闪蒸器，第一闪蒸器后连接预热器；

所述的第一蒸发器的油路出口连接至第一空压机主机，气路出口连接至用气系统；所述的预热器的油路出口连接至第二空压机主机，气路出口连接至用气系统。

2.根据权利要求1所述的一种高效节能空气压缩机组循环系统，其特征在于：与第三空压机相连有有机朗肯循环制冷系统，所述的有机朗肯循环制冷系统包括第二蒸发器，第三空压机后连有第三油水分离器，第三油气分离器产生的高温油和气分别通过气路和油路连接至第二蒸发器中，第二蒸发器的油路出口连接至第三空压机主机，第二蒸发器的气路出口连接至用气系统，第二蒸发器的工质出口后连接至第二冷凝器，第二冷凝器后连接有第二储液罐，第二储液罐后连接有膨胀阀，膨胀阀后连接有第二闪蒸器，第二闪蒸器的工质出口连接至第二蒸发器，在第二闪蒸器上连接环境温度调节换热系统循环管路。

3.根据权利要求1所述的一种高效节能空气压缩机组循环系统，其特征在于：所述的第一油气分离器的出油管路上串联有第一温控阀，第一温控阀上具有两个出油口，一个出油口连接至第一蒸发器的油路，另一个出口连接至第一冷却器，第一冷却器的出口连接在第一蒸发器与第一空压机主机之间的油路上，在第一蒸发器与第一空压机主机之间的油路上靠近第一空压机主机端设置有第一温度传感器；所述的第二油气分离器的出油管路上串联有第二温控阀，第二温控阀上具有两个出油口，一个出油口连接至预热发器的油路，另一个出口连接至第二冷却器，第二冷却器的出口连接在预热发器与第二空压机主机之间的油路上，在预热发器与第二空压机主机之间的油路上靠近第二空压机主机端设置有第二温度传感器。

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