CN220852783U - 含有前端空气冷却装置的工业制氧装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种含有前端空气冷却装置的工业制氧装置，包括翅片换热器、水气分离器、空气正压鼓风装置、进气室、自洁式过滤室、空气压缩机、预冷机组、空气纯化器、主换热器以及分馏塔装置，通过在现有空气分离装置的前端设置包括翅片换热器、水气分离器、空气正压鼓风装置在内的空气冷却装置，实现了在夏季高温情况下保证空气分离装置能够高效的产出氧气，并且通过对空气冷却装置进行具体设置以及与空气分离装置进行匹配设置，实现了不对过滤室的部件造成损坏的同时能够高效产出高产量的氧气的技术效果。
Description
技术领域
本实用新型属于工业制氧技术领域，具体涉及一种含有前端空气冷却装置的工业制氧装置。
背景技术
目前工业用制氧装置主要为空气分离装置，由于空气中主要组分为氮气和氧气，其中氮气体积占比为78％，氧气体积占比为21％，因此空气分离装置利用空气中氮和氧沸点不同的原理，采用低温精馏的方法生产得到液态氧和副产品液态氮。现有的空气分离装置主要由过滤器、空气压缩机、预冷机组、纯化器、主换热器和分馏塔系统构成，通过压缩机将外部空气通过过滤器取出灰尘及大颗粒杂质之后进行压缩，然后对压缩空气进行预冷操作，然后在纯化器中去除空气中的水、二氧化碳以及其它碳氢化合物，然后在主换热器中冷却至极低温后在分馏塔系统中精馏分离得到液氧和液氮。
现有空气分离装置设计吸入空气的温度为32℃以下，但是随着近年来夏季平均温度和极值温度的逐渐提高，夏季大部分时间的温度都在32℃以上，经过研究发现，现有空气分离装置如果在吸入空气的温度每上升5℃，每小时液氧的产量则会降低1.5个百分点以上，即设计氧气产量12000Nm3/h(纯度≥99.6％)的空气分离装置，当气温较长时间为38℃时，则产量低于11800Nm3/h，这对氧气用量极大的产业(例如金属材料领域)影响非常大，氧气产能的不足要么需要重新装备更大产能的空气分离装置，要么需要临时外购液氧。如果重新装备更大产能的空气分离装置不仅需要耗费大量人力、物力以及时间成本，而且当夏季结束后，空气分离装置的小时产量恢复后，液氧产能又过剩了，从而造成大量的浪费，而临时外购液氧，则也会造成氧气单位成本大幅上涨。如果直接在过滤室前端增加空气冷却装置，则会造成空气中冷凝水含量增加，从而对过滤膜造成损坏。
公告号为CN103196278B的中国发明专利即公开了一种空气分离装置，通过对分馏塔装置进行改进，提高了产品的小时产量，但是其也没有解决夏季气温较高而造成产量下降的技术问题。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型通过在现有空气分离装置的前端设置特定布局方式和结构的空气冷却装置，提出一种前端空气冷却装置的工业制氧装置。
具体通过如下技术方案实现：
一种含有前端空气冷却装置的工业制氧装置，所述工业制氧装置包括翅片换热器、水气分离器、空气正压鼓风装置、进气室、自洁式过滤室、空气压缩机、预冷机组、空气纯化器、主换热器以及分馏塔装置。
所述翅片换热器包括冷却水入口、换热筒、换热水出口、热空气入口、环流流道和冷空气出口，所述冷却水入口和换热水出口分别设置于换热筒的两端，在换热筒上设置有翅片，冷却水在换热筒内流动，在换热筒外部设置有环流流道，环流流道的入口端为热空气入口，环流流道的出口端为冷空气出口，空气在环流流道内流动，所述热空气入口与外部空气相连通，所述冷却水入口与外部设置的冷却水管道相连通，换热水出口与外部设置的循环水管道连通。
所述水气分离器包括冷空气入口、蜂窝状湿帘挡水板以及分离器出气口，所述冷空气入口通过管道与翅片换热器的所述冷空气出口相连通，所述蜂窝状湿帘挡水板设置有一个或多个，蜂窝状湿帘挡水板与水气分离器内气体流动的方向为不平行的设置。
所述空气正压鼓风装置包括鼓风装置入风口、一个或多个风箱以及鼓风装置排风口，所述鼓风装置入风口与所述分离器出气口相连通，所述风箱为可拆卸式设置。
所述进气室设置有两个进气口，分别为第一进气口和第二进气口，其中第一进气口与所述鼓风装置排风口相连通，所述第二进气口直接与外部空气相连通，在进气室上设置有转化阀，所述转化阀用于控制第一进气口和第二进气口的开闭。
所述自洁式过滤室用于将通过进气室排入到自洁式过滤室中空气中的灰尘以及机械杂质进行过滤。
所述空气压缩机用于对通过自洁式过滤室过滤后的空气进行压缩。
所述预冷机组用于对空气压缩机压缩后的空气进行冷却至10～12℃。
所述空气纯化器用于将预冷机组冷却后的空气去除H2O、CO2、C2H2以及其它碳氢化合物。
所述主换热器用于将空气纯化器排出的清洁空气冷却至露点。
所述分馏塔装置用于将主换热器冷却后的空气进行分馏处理后得到液氧和液氮产品。
作为优选，所述空气压缩机为离心压缩机，排气量为60000～62000Nm3/h；进气压力为91.5～96.5KPa(A)，排气压力为0.49～0.56MPa(A)。
作为优选，所述转化阀用于在室外气温低于设定的温度阈值时，关闭第一进气口，同时开启第二进气口，所述温度阈值为18～22℃。
作为优选，翅片换热器的所述冷却水入口用于将7～10℃的冷却水排入到换热筒内。
作为优选，在换热筒上设置的翅片为铜制翅片。
作为优选，所述风箱设置有离心风机、轴流风机或混流式风机。
本实用新型的技术效果在于：
(1)本实用新型通过在现有的空气分离装置的前端加设包括翅片换热器、水气分离器以及空气正压鼓风装置等的空气冷却装置(系统)，对空气压缩机的进口空气进行冷却，从而降低了进气温度和湿度，按照设计小时氧气产量为12000Nm3/h的空气分离装置为例，可以在室外气温高于30℃的情况下，进塔空气量增加2000～3000Nm3/h，最终氧气产量最大可以达到12600Nm3/h，从而大大的提高了夏季空气分离装置的产量，减少了外购液氧的使用量，从而降低了企业成本。
(2)由于自洁式过滤室中的过滤膜需要尽量避免空气中过多的水气，本实用新型首先设置了带有蜂窝状湿帘挡水板的水气分离器，通过该水气分离器，可有效阻挡降温后空气中的冷凝水随气流进入后续过滤室中，进一步避免了水分对过滤组件的损坏。同时本实用新型通过设置空气正压鼓风装置，使得形成微正压，使得空气能够高效通过过滤组件，减小因前端空气冷却装置产生的压损而导致进气系统阻力增加。
(3)通过设置可拆卸式风箱和进气室的不同进气口，实现了在夏季的时候空气通过空气降温系统后进入到进气室后进入常规空气分离装置，当室外气温降到20℃左右以后，即可拆除风箱而直接通过进气室排入空气，进入空气分离装置，从而在增加了相对较少设备的情况下，不仅大大提高了夏季空气分离装置的产量，而且减小了低温季节的额外功耗。
附图说明
图1为本实用新型含有前端空气冷却装置的工业制氧装置的布置示意图。
图2为本实用新型翅片换热器的剖视结构示意图。
图3为本实用新型一种实施方式空气正压鼓风装置剖视的结构示意图。
其中：1-翅片换热器；101-热空气入口；102-冷空气出口；103-环流流道；104-翅片；105-换热筒；2-空气正压鼓风装置；201-鼓风装置入风口；202-风机；203-导风板；204-风箱支架；205-风箱；3-水气分离器；4-第一进气口；5-第二进气口；6-进气室；7-自洁式过滤室；8-空气压缩机；9-预冷机组；10-空气纯化器；11-主换热器；12-分馏塔装置。
具体实施方式
结合实施例和附图对本实用新型的技术方案进行进一步说明：
实施例1
如图1所示，在山西某锰铁公司的制氧厂进行本实施例的开展，本实施例的自洁式过滤室、空气压缩机、预冷机组、空气纯化器、主换热器以及分馏塔装置均采用河南开封黄河空分集团公司设计制造的KDON-12000/12000型空气分离装置，该套空气分离装置采用离心压缩机提压、常温分子筛净化、全填料塔精馏、控制系统采用DCS控制。设计氧气产量12000Nm3/h(纯度≥99.6％)，氮气产量12000Nm3/h(含氧量≤10ppm)。该装置配套的离心机由杭氧鼓风机厂设计制造。设计参数为：排气量：61000Nm3/h；进气压力：94.5KPa(A)；排气压力：0.52MPa(A)设计进气温度：32℃。
在该套设备前加装包括翅片换热器、水气分离器以及空气正压鼓风装置等的空气冷却装置，具体为如图2所示，所述翅片换热器包括冷却水入口、换热筒、换热水出口、热空气入口、环流流道、冷空气出口，所述冷却水入口和换热水出口分别设置于换热筒的两端，在换热筒上设置有铜制的翅片，冷却水在换热筒内流动，在换热筒外部设置有环流流道，环流流道的入口端为热空气入口，环流流道的出口端为冷空气出口，空气在环流流道内流动，图2中弧形箭头即为本实施例空气流动的方向示意，所述热空气入口与外部空气相连通，所述冷却水入口与外部设置的冷却水管道相连通，换热水出口与外部设置的循环水管道连通。
所述水气分离器包括冷空气入口、蜂窝状湿帘挡水板以及分离器出气口，所述冷空气入口通过管道与翅片换热器的所述冷空气出口相连通，所述蜂窝状湿帘挡水板设置有3个，蜂窝状湿帘挡水板与水气分离器内气体流动的方向为相互垂直的设置。
如图3所示，所述空气正压鼓风装置包括鼓风装置入风口、1个离心式风机风箱以及鼓风装置排风口，本实施例设置为一个离心式风机风箱，包括鼓风装置入风口，设置于风箱内的离心风机，在风箱内设置有导风板，所述风箱为可拆卸式设置，通过底部设置的风箱支架的卡接式设置，实现可拆卸。
所述进气室设置有两个进气口，分别为第一进气口和第二进气口，其中第一进气口与所述鼓风装置排风口相连通，所述第二进气口直接与外部空气相连通，在进气室上设置有转化阀，所述转化阀用于控制第一进气口和第二进气口的开闭。
实测实施本实施例时室外气温为38℃，通过本实施例装置实施后，氧气产量为12650Nm3/h。
对比例1
本对比例没有使用包括翅片换热器、水气分离器以及空气正压鼓风装置等的空气冷却装置，其它设置方式与实施例1相同，在同一天同一个室外温度下运行，检测氧气产量为11800Nm3/h。
该企业每天的氧气用量为13800Nm3/h，通过上述实施例1和对比例1进行成本分析(外购液氧价格按500元/吨计算)，使用对比例1运行时，氧气的小时缺口为13800Nm3/h-11800Nm3/h＝2吨，(液氧2吨×500元+蒸汽0.2×80元)×24小时＝24384元；而实施例1运行时，氧气的小时缺口为13800Nm3/h-12650Nm3/h＝1.15吨，(液氧1.15吨×500元+蒸汽0.1×80元+电耗110.8元)×24小时＝16651元；即从成本角度计算，该企业采用对比例1的成本-实施例1的成本为7733元/天，即采用本发明的前端空气冷却装置的工业制氧装置后相比较不包含空气降温系统的现有空气分离装置而言，每天会降低成本7733元。
本实用新型上述实施例和对比例均为一种示例，说明书附图的展示也是示意图，均不对技术方案的保护范围具有限定作用。没有进行对比的技术特征并不说明没有实质性特点，只是采用文字描述的方式对其设置方式进行说明。并且需要理解的是：上述说明并非是对本实用新型的限制，在本实用新型构思的范围内，所进行的添加、变换、替换等也属于本实用新型的保护范围。
Claims (6)
1.一种含有前端空气冷却装置的工业制氧装置，其特征在于，所述工业制氧装置包括翅片换热器(1)、水气分离器(3)、空气正压鼓风装置(2)、进气室(6)、自洁式过滤室(7)、空气压缩机(8)、预冷机组(9)、空气纯化器(10)、主换热器(11)以及分馏塔装置(12)；
所述翅片换热器(1)包括冷却水入口、换热筒(105)、换热水出口、热空气入口(101)、环流流道(103)和冷空气出口(102)，所述冷却水入口和换热水出口分别设置于换热筒(105)的两端，在换热筒(105)上设置有翅片(104)，冷却水在换热筒(105)内流动，在换热筒(105)外部设置有环流流道(103)，环流流道(103)的入口端为热空气入口(101)，环流流道(103)的出口端为冷空气出口(102)，空气在环流流道(103)内流动，所述热空气入口(101)与外部空气相连通，所述冷却水入口与外部设置的冷却水管道相连通，换热水出口与外部设置的循环水管道连通；
所述水气分离器(3)包括冷空气入口、蜂窝状湿帘挡水板以及分离器出气口，所述冷空气入口通过管道与翅片换热器(1)的所述冷空气出口(102)相连通，所述蜂窝状湿帘挡水板设置有一个或多个，蜂窝状湿帘挡水板与水气分离器(3)内气体流动的方向为不平行的设置；
所述空气正压鼓风装置(2)包括鼓风装置入风口(201)、一个或多个风箱(205)以及鼓风装置排风口，所述鼓风装置入风口(201)与所述分离器出气口相连通，所述风箱为可拆卸式设置；
所述进气室(6)设置有两个进气口，分别为第一进气口(4)和第二进气口(5)，其中第一进气口(4)与所述鼓风装置排风口相连通，所述第二进气口(5)直接与外部空气相连通，在进气室(6)上设置有转化阀，所述转化阀用于控制第一进气口(4)和第二进气口(5)的开闭；
所述自洁式过滤室(7)用于将通过进气室(6)排入到自洁式过滤室(7)中空气中的灰尘以及机械杂质进行过滤；
所述空气压缩机(8)用于对通过自洁式过滤室(7)过滤后的空气进行压缩；
所述预冷机组(9)用于对空气压缩机(8)压缩后的空气进行冷却至10～12℃；
所述空气纯化器(10)用于将预冷机组(9)冷却后的空气去除H2O、CO2、C2H2以及其它碳氢化合物；
所述主换热器(11)用于将空气纯化器(10)排出的清洁空气冷却至露点；
所述分馏塔装置(12)用于将主换热器(11)冷却后的空气进行分馏处理后得到液氧和液氮产品。
2.根据权利要求1所述的含有前端空气冷却装置的工业制氧装置，其特征在于，所述空气压缩机(8)为离心压缩机，排气量为60000～62000Nm3/h；进气压力为91.5～96.5KPa(A)，排气压力为0.49～0.56MPa(A)。
3.根据权利要求1所述的含有前端空气冷却装置的工业制氧装置，其特征在于，所述转化阀用于在室外气温低于设定的温度阈值时，关闭第一进气口(4)，同时开启第二进气口(5)，所述温度阈值为18～22℃。
4.根据权利要求1所述的含有前端空气冷却装置的工业制氧装置，其特征在于，翅片换热器(1)的所述冷却水入口用于将7～10℃的冷却水排入到换热筒(105)内。
5.根据权利要求1所述的含有前端空气冷却装置的工业制氧装置，其特征在于，在换热筒(105)上设置的翅片(104)为铜制翅片。
6.根据权利要求1所述的含有前端空气冷却装置的工业制氧装置，其特征在于，所述风箱设置有离心风机、轴流风机或混流式风机。
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