CN217844493U - 一种节能装置及空气分离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种节能装置及空气分离装置，涉及节能环保技术领域，节能装置包括：热交换器，热交换器包括用于接入废热的第一输入端、输出废热的第一输出端、输入被换热物质的第二输入端以及输出被换热物质的第二输出端；发电机组，热交换器的第二输出端连接发电机组的输入端；冷凝器，冷凝器包括用于接入被冷凝物质的第一输入端和输出被冷凝物质的第一输出端，发电机组的输出端连接冷凝器的第一输入端，冷凝器的第一输出端连接热交换器的第二输入端；冷凝器还包括输入冷凝液的第二输入端和输出冷凝液的第二输出端。通过废热的回收利用进行发电，大大减少了废热的排放，也节约了发电需要的热能，以达到节能减排的效果。

Description

一种节能装置及空气分离装置

技术领域

本实用新型涉及节能环保技术领域，尤其涉及一种节能装置及空气分离装置。

背景技术

大型钢铁企业普遍建设安装空气分离装置满足自身对氧气、氮气、氩气等介质需求。目前空气分离技术中，空气经过空压机压缩、冷却、吸附、分离后获得工业用的氧气、氮气、氩气。根据空气分离装置工艺一般采用空冷塔对入塔空气进行冷却，达到入塔温度要求后，进入分馏塔获得工业用气体。

空气分离装置空压机排气温度为98℃，进入分子筛空气温度的工艺要求是12℃。因此需空冷塔通过循环水冷却并设有冷冻机产生冷冻水对空气进一步冷却保证后续进入分子筛空气温度。此过程能源消耗主要为：循环环冷却水冷塔风机、提升泵及冷冻机组的电耗；循环冷却水蒸发水耗。在国家提出碳中和规划前提下，钢铁企业作为高耗能单元通过余热回收是降低企业能耗的有效手段。而钢铁企业中的介质冷却与余热回收能否通过耦合增效达到降低能耗的效果是技术人员与操作人员面临的重要任务。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种节能装置及空气分离装置，以减少热损失、减少电耗，达到节能减排的效果。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型实施例的第一方面提供了一种节能装置，包括：热交换器，所述热交换器包括用于接入废热的第一输入端、输出废热的第一输出端、输入被换热物质的第二输入端以及输出被换热物质的第二输出端；发电机组，所述热交换器的第二输出端连接所述发电机组的输入端；冷凝器，所述冷凝器包括用于接入被冷凝物质的第一输入端和输出被冷凝物质的第一输出端，所述发电机组的输出端连接所述冷凝器的第一输入端，所述冷凝器的第一输出端连接所述热交换器的第二输入端；所述冷凝器还包括输入冷凝液的第二输入端和输出冷凝液的第二输出端。

在一些实施例中，所述物质为有机工质。

在一些实施例中，所述发电机组为ORC发电机组。

本实用新型实施例的第二方面提供了一种空气分离装置，包括空压机、空冷塔、冷却塔以及如上所述的节能装置，所述空压机与所述热交换器的第一输入端连接，所述空冷塔的底部与所述热交换器的第一输出端连接，所述空冷塔的底部与所述冷却塔的输入端连接，所述冷却塔的输出端与所述空冷塔的侧壁连接。

在一些实施例中，所述空气分离装置还包括第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述空压机通过所述第一阀门连接所述空冷塔，所述热交换器的第一输入端通过所述第二阀门连接所述空压机，所述热交换器的第一输出端通过所述第三阀门连接所述空冷塔。

在一些实施例中，所述冷凝器的第二输入端连接所述冷却塔的输出端，所述冷凝器的第二输出端连接所述冷却塔的输入端。

在一些实施例中，所述空气分离装置还包括第四阀门和第五阀门，所述冷凝器的第二输入端通过所述第五阀门连接所述冷却塔的输出端，所述冷凝器的第二输出端通过所述第四阀门连接所述冷却塔的输入端。

在一些实施例中，所述空气分离装置还包括第六阀门，所述空冷塔的底部通过所述第六阀门连接所述冷却塔的输入端。

在一些实施例中，所述空气分离装置还包括第一泵，所述冷却塔的输出端通过所述第一泵连接所述空冷塔的侧壁。

在一些实施例中，所述空气分离装置还包括第二泵和冷冻机，所述冷却塔的输出端通过所述第二泵连接所述冷冻机的输入端，所述冷冻机的输出端连接所述空冷塔的侧壁。

根据本实用新型实施例的一种节能装置及空气分离装置，至少具有如下有益效果：

1、利用余热发电降低压缩空气进入空冷塔入塔温度，减少冷却水量降低冷却塔风机、水泵电耗，降低冷冻机电耗。减少循环冷却水的蒸发损耗。

2、增加余热回收水平，余热发电直接供空气分离装置用电，降低空气分离装置整体用电负荷。

3、新增发电系统所需循环水量远低于空冷塔减少的冷却水量，因此可直接利用原有冷却水系统降低了建设成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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为传统方式的结构示意图；

图2为根据本申请实施例的结构示意图。

附图标记说明如下：1、热交换器；2、发电机组；3、冷凝器；4、空压机；5、空冷塔；6、冷却塔；7、第一阀门；8、第二阀门；9、第三阀门；10、第四阀门； 11、第五阀门；12、第六阀门；13、第一泵；14、第二泵；15、冷冻机。

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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连通”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本公开的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

以下结合本说明书的附图2，对本公开的较佳实施方式予以进一步地详尽阐述。

请参阅图2。

根据一些实施例，本申请提供一种节能装置，所述节能装置包括：

热交换器1，所述热交换器1包括用于接入废热的第一输入端、输出废热的第一输出端、输入被换热物质的第二输入端以及输出被换热物质的第二输出端；

发电机组2，所述热交换器1的第二输出端连接所述发电机组2的输入端；

冷凝器3，所述冷凝器3包括用于接入被冷凝物质的第一输入端和输出被冷凝物质的第一输出端，所述发电机组2的输出端连接所述冷凝器3的第一输入端，所述冷凝器3的第一输出端连接所述热交换器1的第二输入端；

所述冷凝器3还包括输入冷凝液的第二输入端和输出冷凝液的第二输出端。

其中，所述物质为有机工质。所述发电机组2为ORC发电机组2。废热可包括电器工作后的热损耗，输入的废热不限为液体形式或者气体形式或固体形式等。通过废热的回收利用进行发电，大大减少了废热的排放，也节约了发电需要的热能，以达到节能减排的效果。

请继续参阅图2。

根据另一些实施例，本申请提供一种空气分离装置，包括空压机4、空冷塔 5、冷却塔6以及如上所述的节能装置，所述空压机4与所述热交换器1的第一输入端连接，所述空冷塔5的底部与所述热交换器1的第一输出端连接，所述空冷塔5的底部与所述冷却塔6的输入端连接，所述冷却塔6的输出端与所述空冷塔5 的侧壁连接。

基于上述实施例，利用空压机4的排气余热加热有机工质推动ORC发电机组2发电，将空压机4排气余热转化为电能，进入空冷塔5的预冷空气温度由98℃降至47℃，减少了冷却塔6和冷冻机15的电耗及冷却循环水水耗。

低温ORC(Organic Rankine Cycle简称ORC，又称有机朗肯循环)发电采用低沸点有机物为循环工质回收低品位热能，形成有机朗肯循环发电系统，可实现低品位余热深度利用。

上述装置，为满足纯化装置分子筛进口空气温度低于12℃的要求，中间经空冷塔5对高温空气进行降温，随后进入精馏装置。

在一些实施例中，空气先经过热交换器1加热有机工质推动ORC发电机组2 发电，降温后再进入空冷塔5降温，达到入塔温度要求。通过ORC发电机组2回收空压机4排气余热补偿后续预冷系统的冷量需求，且可将热量回收利用，以达到节能环保的效果。

ORC发电系统由气液、气气换热装置、管道及附件、冷却水可利用原有冷却水系统，集成化的螺杆膨胀机发电机组2构成，可无人值守安全可靠性高，在不改变空气分离装置运行工况前提下，回收空压机4后余热。

根据一些实施例，所述空气分离装置还包括第一阀门7、第二阀门8和第三阀门9，所述空压机4通过所述第一阀门7连接所述空冷塔5，所述热交换器1的第一输入端通过所述第二阀门8连接所述空压机4，所述热交换器1的第一输出端通过所述第三阀门9连接所述空冷塔5。

基于上述实施例，在不需要节能装置进行换热时，关闭第二阀门8和第三阀门9，打开第一阀门7，空压机4的气体通过第一阀门7进入空冷塔5。在需要节能装置进行换热时，打开第二阀门8和第三阀门9，关闭第一阀门7，空压机4的气体通过热交换器1先进行第一次换热后进入空冷塔5。

根据一些实施例，所述冷凝器3的第二输入端连接所述冷却塔6的输出端，所述冷凝器3的第二输出端连接所述冷却塔6的输入端。

所述空气分离装置还包括第四阀门10和第五阀门11，所述冷凝器3的第二输入端通过所述第五阀门11连接所述冷却塔6的输出端，所述冷凝器3的第二输出端通过所述第四阀门10连接所述冷却塔6的输入端。

基于上述实施例，通过冷却塔6中的冷却水对ORC发电机组2本体进行降温，同时也对ORC发电机组2输出的有机工质进行降温，以便于在热交换器1中换热时降低空压机4输出的气体温度。在不需要冷却塔6冷却时，可关闭第四阀门10 和第五阀门11，在需要冷却塔6冷却时，打开第四阀门10和第五阀门11，通过冷却塔6中的冷却水进行辅助降温。

根据一些实施例，所述空气分离装置还包括第六阀门12，所述空冷塔5的底部通过所述第六阀门12连接所述冷却塔6的输入端。

根据一些实施例，所述空气分离装置还包括第一泵13，所述冷却塔6的输出端通过所述第一泵13连接所述空冷塔5的侧壁。

根据一些实施例，所述空气分离装置还包括第二泵14和冷冻机15，所述冷却塔6的输出端通过所述第二泵14连接所述冷冻机15的输入端，所述冷冻机15的输出端连接所述空冷塔5的侧壁。

基于上述实施例，在工作时，打开第六阀门12，开启第一泵13、第二泵14和冷冻机15，空冷塔5通过冷却塔6中的冷却水以及冷冻机15的冷冻水进行辅助降温。

在一些实施例中，如图1-2所示，原冷却方式以图1为例：空压机4排气温度 98℃由空冷塔5冷却，在空冷塔5中分别经过冷却水和冷冻水冷却至12℃，然后进入精馏系统进行精馏。其中，循环冷却水量为Q1。

本申请如图2所示：打开第二阀门8和第三阀门9，关闭第一阀门7，空气机排气经热交换器1，温度由98℃降至47℃，经过空冷塔5冷却到设定温度12℃时，进入精馏系统进行精馏。调整第六阀门12降低空冷塔5冷却水量至Q2，通过第四阀门10及第五阀门11调整冷凝器3冷却水量Q3。经热负荷计算Q2+Q3<Q1,原冷却水系统能满足新增发电所需冷却水。

该方式通过调整预冷系统方式，满足后道工序所需冷却温度，降低冷却系统电量消耗及水耗。通过回收空压机4排气余热发电供空气分离装置用电进一步降低了空气分离装置整体用电负荷。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

虽然已参照几个典型实施方式描述了本公开，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本公开能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施方式不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种节能装置，其特征在于，所述节能装置包括：

热交换器，所述热交换器包括用于接入废热的第一输入端、输出废热的第一输出端、输入被换热物质的第二输入端以及输出被换热物质的第二输出端；

发电机组，所述热交换器的第二输出端连接所述发电机组的输入端；

冷凝器，所述冷凝器包括用于接入被冷凝物质的第一输入端和输出被冷凝物质的第一输出端，所述发电机组的输出端连接所述冷凝器的第一输入端，所述冷凝器的第一输出端连接所述热交换器的第二输入端；

所述冷凝器还包括输入冷凝液的第二输入端和输出冷凝液的第二输出端。

2.根据权利要求1所述的节能装置，其特征在于，所述物质为有机工质。

3.根据权利要求1所述的节能装置，其特征在于，所述发电机组为ORC发电机组。

4.一种空气分离装置，其特征在于，包括空压机、空冷塔、冷却塔以及如权利要求1至3任意一项所述的节能装置，所述空压机与所述热交换器的第一输入端连接，所述空冷塔的底部与所述热交换器的第一输出端连接，所述空冷塔的底部与所述冷却塔的输入端连接，所述冷却塔的输出端与所述空冷塔的侧壁连接。

5.根据权利要求4所述的空气分离装置，其特征在于，所述空气分离装置还包括第一阀门、第二阀门和第三阀门，所述空压机通过所述第一阀门连接所述空冷塔，所述热交换器的第一输入端通过所述第二阀门连接所述空压机，所述热交换器的第一输出端通过所述第三阀门连接所述空冷塔。

6.根据权利要求4所述的空气分离装置，其特征在于，所述冷凝器的第二输入端连接所述冷却塔的输出端，所述冷凝器的第二输出端连接所述冷却塔的输入端。

7.根据权利要求4所述的空气分离装置，其特征在于，所述空气分离装置还包括第四阀门和第五阀门，所述冷凝器的第二输入端通过所述第五阀门连接所述冷却塔的输出端，所述冷凝器的第二输出端通过所述第四阀门连接所述冷却塔的输入端。

8.根据权利要求4所述的空气分离装置，其特征在于，所述空气分离装置还包括第六阀门，所述空冷塔的底部通过所述第六阀门连接所述冷却塔的输入端。

9.根据权利要求4所述的空气分离装置，其特征在于，所述空气分离装置还包括第一泵，所述冷却塔的输出端通过所述第一泵连接所述空冷塔的侧壁。

10.根据权利要求4所述的空气分离装置，其特征在于，所述空气分离装置还包括第二泵和冷冻机，所述冷却塔的输出端通过所述第二泵连接所述冷冻机的输入端，所述冷冻机的输出端连接所述空冷塔的侧壁。

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