CN219964440U - 回收psa制氮机余压余热及富氧气体的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种回收PSA制氮机余压余热及富氧气体的系统，依次与PSA制氮机至少一台吸附塔入口相连的空压机、压缩空气缓冲罐、冷冻式干燥机，以及与至少一台吸附塔出口相连的氮气储气罐，其特征在于至少一台吸附塔的乏气排出口与富氧空气缓冲罐入口相连，富氧空气缓冲罐出口与空气透平机、发电机相连，空气透平机的乏气出口与富氧空气储柜相连。通过回收的余压余热富氧气体进行发电后，可回收制氮机组电力投入的20%以上，再通过回收发电后的富氧气体供锅炉、窑炉等生产设备助燃后，可回收制氮机组的电力投入总合达30%，带来的经济效益较为可观。

Description

回收PSA制氮机余压余热及富氧气体的系统

技术领域

本实用新型涉及一种回收PSA制氮机余压余热及富氧气体的系统，属于热能动力及节能技术领域。

背景技术

PSA法制氮机是目前广泛用来制氮的设备之一。但在实际生产应用中，存在着能耗高的重大缺陷，主要体现在以下三个方面：一是生产氮气时，需要将空气加压至0.6MPa以上，使压缩空气温度达200℃以上，此部分物理热基本没有被利用；二是制氮过程中，氮气吸附器排放大量的压力达0.6MPa以上的富氧空气，此部分余压未被回收利用；三是制氮过程中，排放的富氧气体的氧含量为27-30%，此部分氧也未被充分利用。目前生产1m³含量在99.5%的氮气，需要的电力成本为0.25元/m³。

因此，开发一种利用PSA制氮机组余压、余热及富氧气体回收系统，并用来发电、促进锅炉燃烧，节约能源，已成为节能降耗的手段之一。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种回收PSA制氮机组余压余热及富氧气体的系统，以便将回收的余压、余热用来发电，将回收的富氧气体用来助锅炉燃烧，实现生产氮气的同时，进行发电、促进锅炉富氧空气助燃，最终降低制氮机能耗，促进电力生产及锅炉节能降耗。

本实用新型通过下列技术方案实现：一种回收PSA制氮机余压余热及富氧气体的系统，依次与PSA制氮机至少一台吸附塔入口相连的空压机、压缩空气缓冲罐、冷冻式干燥机，以及与至少一台吸附塔出口相连的氮气储气罐，其特征在于至少一台吸附塔的乏气排出口与富氧空气缓冲罐入口相连，富氧空气缓冲罐出口与空气透平机、发电机相连，空气透平机的乏气出口与富氧空气储柜相连，以便空气经压缩机压缩后，进入压缩空气缓冲罐，再经冷冻式干燥机进入双氮气吸附塔，产生的氮气进入氮气储气罐，排放的富氧气体进入富氧空气缓冲罐，推动透平机叶轮转动后，带动发电机发电，经控制柜控制送并网柜后，向外供用电户使用，透平机排出的乏气送富氧空气储气柜，再送富氧空气用户如锅炉等助燃，实现PSA制氮机富氧空气发电，以及发电后的富氧气体回收再利用。

所述压缩空气缓冲罐内设有吸热管，富氧空气储气罐内设有放热管，且吸热管与放热管连通，以通过吸热管吸收空气压缩产生的物理热后，传输给富氧空气储气罐内的放热管，用于加热其内的富氧空气，进而提高富氧空气的发电效率，再提高富氧空气的助燃效率。

所述双吸附塔的乏气排出口通过其上带控制阀的管道与富氧空气缓冲罐入口相连，控制阀与仪控器相连，以便通过仪控器对控制阀进行控制。

所述空气透平机的乏气出口通过其上设消音器、逆止阀的管道与富氧空气储柜相连，以便将富氧空气送锅炉等助燃。

所述富氧空气缓冲罐设置一台，用于收集双氮气吸附塔排放的富氧空气，富氧空气缓冲罐的设计工作压力为至少一台氮气吸附塔的1/3，容积为至少一台氮气吸附塔容积的倍。

所述的富氧空气缓冲罐上设有温度传感器、顶部设有安全放散阀、底部设有排污阀，且温度传感器、安全放散阀、排污阀与仪控器相连。

所述压缩空气缓冲罐上设有温度传感器、顶部设有安全放散阀、底部设有排污阀，且温度传感器、安全放散阀、排污阀与仪控器相连。

所述气体逆止阀主要用于确保富氧气体以设计工作压力排放，并防止富氧气体因外部因素回流。

所述的气体逆止阀包括阀体、进气管、出气管、给水管、水封高度可调的溢流排水管；其中，阀体内部注入生产水，进气管插入水中形成水封，在进气管内工作压力达到设计值后，气体突破水封进入出气管外送；水封高度可调的溢流排水管通过伸缩节调整水封高度。

所述发电机发出的电通过电缆与控制柜、并网柜相连，以向外供电。

所述系统中的控制阀、仪表、仪器均通过导线与仪控器相连，以便通过仪控器对控制阀、仪表、仪器进行监督、控制。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果为：

（1）本实用新型解决了普通制氮机压缩空气物理显热没有回收的难题，通过压缩空气缓冲罐内设有的吸热管将压缩空气显热回收后，送入富氧空气储气罐15内设有放热管中。

（2）本实用新型利用普通制氮机产生的富氧气体余压，并对富氧空气进行加热后，送入透平发电机组进行高效发电，有效节约能源。

（3）本实用新型将发电后的富氧气体回收后，可供锅炉、窑炉等生产设备助燃，充分利用富氧气体，降低能耗。

可回收制氮机电力投入20%以上，通过利用富氧空气促进锅炉燃烧后，又可回收制氮机组的电力投入总合达30%。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型系统配置图；

图2为本实用新型富氧空气缓冲罐示意图；

图3为本实用新型压缩空气缓冲罐示意图；

图4为本实用新型气体逆止阀示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限定本实用新型的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本实用新型，而不应视为限定本实用新型的范围。实施例中未注明具体技术、连接关系或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术、连接关系、条件或者按照产品说明书进行。所用材料、仪器或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本实用新型的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

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。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，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。

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“安装”、“连接”、“设有”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。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1-图4所示，本实用新型提供的回收PSA制氮机余压余热及富氧气体的系统包括：依次与PSA制氮机双吸附塔6入口相连的空压机1、压缩空气缓冲罐2、冷冻式干燥机3，以及与双吸附塔6出口相连的氮气储气罐7，其特征在于双吸附塔6的乏气排出口与富氧空气缓冲罐15入口相连，富氧空气缓冲罐15出口与空气透平机14、发电机13、控制柜12、并网柜11相连，空气透平机14的乏气出口与富氧空气储柜9相连，以便空气经压缩机1压缩后，进入压缩空气缓冲罐2，再经冷冻式干燥机3进入双氮气吸附塔6，产生的氮气进入氮气储气罐7，排放的0.6MPa的富氧气体进入富氧空气缓冲罐15，推动透平机14叶轮转动后，带动发电机13发电，经控制柜12控制送并网柜11后，向外供用电户使用，透平机14排出的乏气送富氧空气储气柜9，再送富氧空气用户如锅炉等助燃，实现PSA制氮机富氧空气发电，以及发电后的富氧气体回收再利用。

所述压缩空气缓冲罐2内设有吸热管17，富氧空气储气罐15内设有放热管16，且吸热管17与放热管16连通，以通过吸热管17吸收空气压缩产生的物理热后，传输给富氧空气储气罐15内的放热管16，用于加热其内的富氧空气，进而提高富氧空气的发电效率，再提高富氧空气的助燃效率。

所述双吸附塔6的乏气排出口通过其上带控制阀5的管道与富氧空气缓冲罐15入口相连，控制阀5与仪控器4相连，以便通过仪控器4对控制阀5进行控制。

所述空气透平机14的乏气出口通过其上设消音器8、逆止阀10的管道与富氧空气储柜9相连，以便将富氧空气送锅炉等助燃。

所述富氧空气缓冲罐15设置一台，用于收集双氮气吸附塔6排放的富氧空气，富氧空气缓冲罐15的设计工作压力为双氮气吸附塔6的1/3，容积为单台氮气吸附塔6容积的3倍。

所述的富氧空气缓冲罐15上设有温度传感器18、顶部设有安全放散阀19、底部设有排污阀20，且温度传感器18、安全放散阀19、排污阀20与仪控器4相连。

所述压缩空气缓冲罐2上设有温度传感器23、顶部设有安全放散阀21、底部设有排污阀22，且温度传感器23、安全放散阀21、排污阀22与仪控器4相连。

所述气体逆止阀10主要用于确保富氧气体以设计工作压力排放，并防止富氧气体因外部因素回流。

所述的气体逆止阀10包括阀体24、进气管25、出气管27、给水管26、水封高度可调的溢流排水管28；其中，阀体24内部注入生产水，进气管25插入水中形成水封，在进气管25内工作压力达到设计值后，气体突破水封进入出气管27外送；水封高度可调的溢流排水管28通过伸缩节29调整水封高度。

所述系统中的控制阀、仪表、仪器均通过导线与仪控器4相连，以便通过仪控器4对控制阀、仪表、仪器进行监督、控制。

应用实例

以2500m³/h的PSA制氮机为例，进行余热及富氧气体回收的系统，配用2台电机功率560kW、Q=96.5m³min、排气压力0.8MPa的空气压缩机，以提供气源；设置2台50m³、P=0.8MPa的压缩空气缓冲罐，压缩空气停留时间248s，使吸热管充分吸收压缩空气显热；冷冻式干燥机、氮气吸附塔、氮气储气罐等按现有技术进行配置；富氧排放装置设置电动阀门2只，一只为富氧空气缓冲罐进口阀门，另一只为富氧空气排放末段排空阀；设置1台100m³、P=0.2MPa的富氧空气储气罐，为透平发电机组提供动力气源；设置一台250kW透平发电机组、配套控制柜、并网柜；设置一台Q=10000m³/h的管道消声器、一台Q=10000m³/h的气体逆止阀用于富氧气体回收。

实施后，可回收制氮机电力投入20%以上，利用富氧空气促进锅炉燃烧后，又可回收制氮机组的电力投入总合达30%，所带来的经济效益是极为可观的。

Claims (8)

1.一种回收PSA制氮机余压余热及富氧气体的系统，依次与PSA制氮机至少一台吸附塔入口相连的空压机、压缩空气缓冲罐、冷冻式干燥机，以及与至少一台吸附塔出口相连的氮气储气罐，其特征在于至少一台吸附塔的乏气排出口与富氧空气缓冲罐入口相连，富氧空气缓冲罐出口与空气透平机、发电机相连，空气透平机的乏气出口与富氧空气储柜相连。

2.根据权利要求1所述的回收PSA制氮机余压余热及富氧气体的系统，其特征在于所述压缩空气缓冲罐内设有吸热管，富氧空气储气罐内设有放热管，且吸热管与放热管连通。

3.根据权利要求1所述的回收PSA制氮机余压余热及富氧气体的系统，其特征在于所述双吸附塔的乏气排出口通过其上带控制阀的管道与富氧空气缓冲罐入口相连，控制阀与仪控器相连。

4.根据权利要求1所述的回收PSA制氮机余压余热及富氧气体的系统，其特征在于所述空气透平机的乏气出口通过其上设消音器、逆止阀的管道与富氧空气储柜相连。

5.根据权利要求1所述的回收PSA制氮机余压余热及富氧气体的系统，其特征在于所述的富氧空气缓冲罐上设有温度传感器、顶部设有安全放散阀、底部设有排污阀，且温度传感器、安全放散阀、排污阀与仪控器相连。

6.根据权利要求1所述的回收PSA制氮机余压余热及富氧气体的系统，其特征在于所述压缩空气缓冲罐上设有温度传感器、顶部设有安全放散阀、底部设有排污阀，且温度传感器、安全放散阀、排污阀与仪控器相连。

7.根据权利要求1所述的回收PSA制氮机余压余热及富氧气体的系统，其特征在于所述的气体逆止阀包括阀体、进气管、出气管、给水管、水封高度可调的溢流排水管；其中，阀体内部注入生产水，进气管插入水中形成水封，在进气管内工作压力达到设计值后，气体突破水封进入出气管外送；水封高度可调的溢流排水管通过伸缩节调整水封高度。

8.根据权利要求1所述的回收PSA制氮机余压余热及富氧气体的系统，其特征在于所述发电机发出的电通过电缆与控制柜、并网柜相连。