CN211623643U

CN211623643U - 一种空压机余热回收系统

Info

Publication number: CN211623643U
Application number: CN201921811448.6U
Authority: CN
Inventors: 封龙; 黄韦韦; 范一鸣
Original assignee: Liaoning Golden Carbon Management Co ltd
Current assignee: Liaoning Golden Carbon Management Co ltd
Priority date: 2019-10-26
Filing date: 2019-10-26
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2029-10-26

Abstract

本实用新型公开了一种空压机余热回收系统，余热回收系统主要包括油气换热设备、制冷机、冷却脱湿装置、保温水箱部分，空压机在运行时，油气分离后，热压缩空气作为辅助热源与常温水在气‑水热交换器内换热，水吸收热量后温度升高，压缩空气温度降低；交换后的水再经过油‑水热交换器将空压机润滑油余热最大限度地吸收利用，水温进一步升高，制备热水储存在保温水箱内，同时，润滑油温度降低，重新返回油路系统循环利用，是一种低品位热回收效率高，压缩空气除湿需消耗额外能源的空压机余热回收系统。

Description

一种空压机余热回收系统

技术领域

本实用新型涉及一种能源利用设备，具体为一种空压机余热回收系统。

背景技术

工业余热也称废热，是指工业生产过程中能量利用系统或用能设备排出的热量，包括排放的高于环境温度的释放物的热量或可燃性废弃物中含有的热能，余热的载热体通常为“三废”或循环冷却水、冷却油等载体。按能量品位，余热资源可分为600℃以上的高温余热，300～600℃的中高温余热和300℃以下的低温余热。按产生余热的工业部门划分，主要有：①钢铁工业；②石油化工工业；③工业锅炉；④工业窑炉；⑤电力工业；⑥轻工业，如食品、纺织、造纸等部门。按照来源，余热资源主要有：高温烟气余热、化学反应热、冷却介质余热、工业产品中的“三废”余热以及可燃性废气余热等。

余热回收工程中还存在一些不足之处，主要表现在：

1)中低温余热未回收利用；

2)余热综合利用率低；

3)余热回收系统不完善、回收设备效率低。

4)空压机余热回收方面：空压机余热回收利用仍以回收油路系统热能为主，未将压缩空气的热能加以回收利用，造成余热回收利用率降低；回收的热量大多用于制备热水，用途单一，余热余能综合利用程度不高，利用程度还有待进一步提高。

5)压缩空气除湿干燥方面：目前压缩空气除湿干燥主要采用冷冻或吸附式干燥方法，压缩空气除湿需消耗额外能源，未做到“废热自用”。

吸收式制冷循环转换技术是将空压机低温余热作为热源驱动制冷机，并通过热泵技术提高热能品位加以回收利用，为回收利用空压机余热提供了一种新方式。

实用新型内容

正因为如此，本实用新型的目的在于提供一种空压机余热回收系统，能够有效回收中低温余热且在压缩空气除湿过程中，十分节能。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种空压机余热回收系统，其特征在于，包括空压机、油气分离器、油水换热器、气水换热器、保温水箱、冷却脱湿装置以及吸收式制冷机，所述空压机、油气分离器以及油水换热器依次首尾相接组成封闭回路，所述油气分离器、气水换热器、冷却脱湿装置、吸收式制冷机以及保温水箱依次首尾相接组成闭合回路，所述空压机、油气分离器、油水换热器、气水换热器、保温水箱、冷却脱湿装置以及吸收式制冷机通过管路系统相连，空压机运行时，油气分离后，热压缩空气作为辅助热源与常温水在气水换热器内换热，水吸收热量后温度升高，压缩空气温度降低，交换后的水再经过油水换热器将空压机润滑油余热最大限度地吸收利用，水温进一步升高，制备热水储存在保温水箱内，同时，润滑油温度降低，重新返回管路系统中循环利用。

作为优选地，经所述油气分离器分离后的高温高压的润滑油温度在70～90℃之间。

作为优选地，所述空压机余热回收系统还包括数字压力表、涡轮流量计和数字温度计对回收系统中的压差、流量和温度进行采集。

作为优选地，所述管路系统包括压缩空气管路、润滑油管路和冷却水管路。

作为优选地，所述润滑油管路和冷却水管路中油温在65～75℃范围内，水流量为2～4L/min内。

作为优选地，所述润滑油管路中油温为65℃。

本实用新型中压力表用于测量压缩空气和润滑油及自来水进出口两端压差，流量计用于测量压缩空气、润滑油和自来水进入换热器前的流量，温度计用于测量压缩空气、润滑油和自来水进出口温度。回收测试数据表明，气水换热和油水换热时的换热效率分别为76.72％和94.3％，能极大地提高系统的节能效率。

附图说明

图1为本实用新型的装置原理图；

图2为本实用新型的测试装置；

图3为本实用新型的测试结果对比图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型与现有空压机余热回收系统的主要区别是：

空压机100是将电能转化为机械能再转换成空气势能的通用机械设备，用于提高空气压力，是压缩空气的发生装置，广泛应用于石油、化工、船舶、纺织、食品等行业，为工业生产提供动力气源。按照压缩方式分为容积式和动力式两大类。本实用新型以常用的喷油螺杆式空压机为动力源，螺杆式空压机主要由空压机100、油气分离器200、气路系统、油路系统、冷却器及自动控制调节系统等组成。空压机100的工作原理大致如以下过程：

1)当螺杆主机的电动机启动后，空气经过空气滤清器滤去杂质、尘埃后，经进气阀进入压缩主机内，与喷入的冷却润滑油混合，压缩室内的阴阳转子通过啮合转动改变压缩室内的容积，空气不断被压缩，压力不断升高。在压缩过程中，压缩室内的容积不断变化，油气混合物的压力不断增大、温度也不断升高。

2)高温高压的油气混合物从压缩室排出后进入油气分离系统，大部分润滑油在油气分离器200内与压缩气体分离，分离后的高温润滑油在管路系统内经后置散热器冷却后回到压缩主机内再次循环利用，因此润滑油在油路系统内经油气混合→分离→冷却→喷入压缩室等往复循环利用过程；含有少量润滑油的压缩气体经过油精分离器分离后获得充分的分离，分离后的少量润滑油通过管路进入压缩主机的低压部分。

3)当分离后的气体压力达到最小压力阀的最低压力时，最小压力阀开启，高温压缩气体通过管路经后置散热器冷却后储存在储气罐内。根据用气要求再经过除油、除尘、除湿干燥后送至用气生产。

空压机100在运行时，输入的电能主要转化为两部分能量：①增加空气势能，提高气体压力，约占总输入电能的15％；②机械做功与机械磨损产生的热量，该部分能量约占总输入量的85％。经油气分离器200分离后，为了保证空压机100的正常运行，传统工艺是将高温高压的油气分别进入各自的后置冷却系统进行冷却降温，冷却后的润滑油重新返回油路循环使用。

经分离器分离后的高温高压的润滑油温度在70～90℃范围内，承载了空压机100余热余能的大部分热量。将油路及气路系统进行改装，用余热回收装置取代原来的冷却器，根据热能转换原理，将空压机100运行时产生的热油和热气的热量通过热交换装置加以回收利用，可实现热能回收，一方面空压机100运行温度降低，从而保障空压机100能够高效正常运行，提高产气率；另一方面油气的废热可得到回收利用，制备热水或用于机后脱湿干燥气体，减少压缩气体后处理的能耗。

因此，本实用新型设计了如下的空压机余热回收系统：

如图1所示，余热回收系统主要包括空压机100、油气分离器200、油水换热器300、气水换热器400、保温水箱500、冷却脱湿装置600以及吸收式制冷机700。空压机100在运行时，油气分离后，热压缩空气作为辅助热源与常温水在气水换热器400内换热，水吸收热量后温度升高，压缩空气温度降低；交换后的水再经过油水换热器300将空压机100润滑油余热最大限度地吸收利用，水温进一步升高，制备热水储存在保温水箱500内。同时，润滑油温度降低，重新返回油路系统循环利用。冬季时，气温低，用热水量大，而空压机100机后压缩空气则可采用自然循环水进行冷却降温脱湿。夏季时，所制备的热水可作为低温余热驱动吸收式制冷机的热源，制备低温冷冻水，为机后压缩空气进行冷却脱湿。

空压机余热回收系统主要包括供给热量的空压机100，实现热量回收的热交换器装置如油水换热器300和气水换热器400，承载热量的管路系统包括压缩空气管路、润滑油管路和冷却水管路。如图2所示，为了便于观测空压机油气余热综合回收的运行情况，空压机余热回收系统还包括数字压力表、涡轮流量计和数字温度计对回收系统中的压差、流量和温度进行采集。

本实用新型选用功率为7.5kw的小型斯可络螺杆式空压机。由于空压机100运行时，润滑油和压缩空气出口处的压力较大，而且油类介质对橡胶垫片有一定的腐蚀性，而钎焊式板式换热器具有换热效率高、结构紧凑，不需要使用垫片，减少了腐蚀问题的发生，而且还具有耐高温高压等优点，所以本实用新型中的换热器采用钎焊板式换热器。

冷水由小型水泵从水桶内抽出，通过温度计、涡轮流量计和压力表后，首先进入气水换热器400与压缩空气交换热量，经换热后的水再进入油水换热器300与高温润滑油进一步换热，换热后的热水储存到保温水箱500内。在整个过程中，冷水与热载体换热次数分为一次：即压缩空气和润滑油与冷水只进行一次换热，换热后的热水储存到另一水桶内；两次换热：即冷水与压缩空气和润滑油换热后的热水流入水桶内再进行一次循环换热，最后排入到其他水桶内。

为了观测本实用新型的运行情况，本实用新型使用数字压力表、涡轮流量计和数字温度计对实验过程中的压差、流量和温度进行采集。压力表用于测量压缩空气和润滑油及自来水进出口两端压差，流量计用于测量压缩空气、润滑油和自来水进入换热器前的流量，温度计用于测量压缩空气、润滑油和自来水进出口温度。

管路系统主要包括压缩空气管路、润滑油管路和冷却水管路。

如图3所示，在本实用新型中，自来水与空压机100油气只进行一次换热。不同油温(65℃、70℃、75℃)工况下，分别选取四组数据绘制自来水流量及其温差变化情况图形，从图中可以看到，随着自来水流量的增加，自来水温差不断减小，在水流量相同时，油温越高，自来水温差越大。从图中还可看出，油温在65～75℃范围内，水流量为2～4L/min时，自来水的温度可至少升高20℃。油温T＝65℃工况时，最大温差为25.4℃，热水流量为2.1L/min，最小温差为20.7℃，热水流量为4.1L/min；油温T＝70℃工况时，最大温差为28.1℃，热水流量为2.46L/min，最小温差为21.8℃，热水流量为5.3L/min；油温T＝75℃工况时，最大温差为30.5℃，热水流量为2.07L/min，最小温差为24.2℃，热水流量为4.3L/min。

因此，本实用新型所设计的回收空压机油气余热是实际可行的，并且余热回收效果显著。计算结果也表明：气水换热和油水换热时的换热效率分别为76.72％和94.3％。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例而已，其结构并不限于上述列举的形状，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种空压机余热回收系统，其特征在于，包括空压机、油气分离器、油水换热器、气水换热器、保温水箱、冷却脱湿装置以及吸收式制冷机，所述空压机、油气分离器以及油水换热器依次首尾相接组成封闭回路，所述油气分离器、气水换热器、冷却脱湿装置、吸收式制冷机以及保温水箱依次首尾相接组成闭合回路，所述空压机、油气分离器、油水换热器、气水换热器、保温水箱、冷却脱湿装置以及吸收式制冷机通过管路系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种空压机余热回收系统，其特征在于：经所述油气分离器分离后的高温高压的润滑油温度在70～90℃之间。

3.根据权利要求1所述的一种空压机余热回收系统，其特征在于：所述空压机余热回收系统还包括数字压力表、涡轮流量计和数字温度计对回收系统中的压差、流量和温度进行采集。

4.根据权利要求1所述的一种空压机余热回收系统，其特征在于：所述管路系统包括压缩空气管路、润滑油管路和冷却水管路。

5.根据权利要求4所述的一种空压机余热回收系统，其特征在于：所述润滑油管路和冷却水管路中油温在65～75℃范围内，水流量为2～4L/min内。

6.根据权利要求5所述的一种空压机余热回收系统，其特征在于：所述润滑油管路中油温为65℃。