一种回收压缩空气余热的空分系统技术方案

本发明专利技术公开了一种回收压缩空气余热的空分系统，包括空气流路和纯化模块，还包括除湿再生回路和吸收式制冷循环回路；所述除湿再生回路包括除湿器、第一溶液热交换器、发生器、第一流量控制器和第一溶液泵；所述吸收式制冷循环回路包括所述发生器的高温空气通道、冷凝器、膨胀元件、低温蒸发器、所述除湿器的冷却通道、吸收器、第二溶液泵、第二溶液热交换器、第二流量控制器和节流元件；所述空气流路包括依次连通除湿器的除湿通道、一级空压机、发生器的一级压缩空气预冷流路、第一冷却单元、低温蒸发器的一级通道、二级空压机、发生器的二级压缩空气预冷流路、第二冷却单元以及低温蒸发器的二级通道，最后通入纯化模块。

【技术实现步骤摘要】
一种回收压缩空气余热的空分系统
本专利技术涉及工业空气预处理系统，尤其涉及一种回收压缩空气余热的空分系统。
技术介绍
空气分离技术发展至今已有一百多年的历史，即将空气中的各组分气体分离，生产氧气、氮气和氩气等气体的工业技术。广泛应用于工业生产、医疗等过程。空气分离设备依次主要包括空压机、空冷系统、纯化系统、热交换系统、膨胀机、精馏系统及部分附属系统。目前，空气在空压机、空冷系统及纯化系统中的流程组织形式一般为：首先，外部环境中获得的空气通过过滤器，粗略过滤较大颗粒污染物；其次，通过多个空压机进行多级压缩，获得较高压力的空气；然后，空气进入空冷塔进行降温、洗涤过程，获得温度较低的饱和空气；最后进入纯化系统，利用氧化铝及分子筛的吸附作用，去除空气中的水分及其他气体杂质，最终获得高压、纯净的空气送入精馏系统中进行精馏过程。一般空分流程中，空气在进入空压机之前，空气相对湿度与环境空气相同，一般为60％-90％，空压机对空气中水蒸气的压缩功属于无用功；另外，伴随空压机压缩过程，会产生大量较高品味的热能，空气可被加热到130℃，而目前都采用水循环冷却带走热量，空气被冷却到40℃左右，这是一种能量的浪费，且在进入下一级空压机之前，空气温度仍然较高，造成压缩机级数增加，成本增加。例如，公告号为CN104903669A的中国专利技术专利文献公开的一种空气分离方法及空气分离装置，其能够抑制氩的产率的下降的同时，提取更多的中压氮气、压力高于中压氮气的高压氮气、液氧或液氮等，利用氩塔的顶部的氩气和中压塔的顶部的中压氮气使低压塔的底部的低压液氧再沸，并且利用高压塔的顶部的高压氮气使氩塔的底部的中压液氧再沸。上述装置在空气进入热交换系统之前的预处理过程中，没有考虑压缩前空气相对湿度较大，和压缩过程产生余热没有得到利用的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种回收压缩空气余热的空分系统，有效减少压缩级数，并且可以除去空冷机组，充分利用能源，达到节约成本的目的。一种回收压缩空气余热的空分系统，包括空气流路和纯化模块，还包括除湿再生回路和吸收式制冷循环回路；所述除湿再生回路包括除湿器、第一溶液热交换器、发生器、第一流量控制器和第一溶液泵；所述吸收式制冷循环回路包括所述发生器的高温空气通道、冷凝器、膨胀元件、低温蒸发器、所述除湿器的冷却通道、吸收器、第二溶液泵、第二溶液热交换器、第二流量控制器和节流元件；所述空气流路包括依次连通除湿器的除湿通道、一级空压机、发生器的一级压缩空气预冷流路、第一冷却单元、低温蒸发器的一级通道、二级空压机、发生器的二级压缩空气预冷流路、第二冷却单元以及低温蒸发器的二级通道，最后通入纯化模块。控制器和元件一般采用阀器件。为了提高纯化效果，优选的，所述纯化模块采用分子筛。本专利技术不仅可以对空气进行预除湿，减少了空压机压缩水蒸气消耗的功，由于空气水分减少，避免了空压机带液压缩对空压机造成的损害；还可以利用空气压缩过程产生的余热在下级压缩前预冷空气，降低了空压机处理空气的温度，可以减少空压机级数，同时，由于低温蒸发器出口空气温度、含湿量即已达到现有技术中的空分流程中空冷机组出口压缩空气温度、含湿量要求，本专利技术系统可去除现有空分设备中空冷机组，从而大大降低了系统成本。空气流路中，环境中的空气首先通过除湿器，通过除湿剂溶液对空气进行除湿与洗涤，并利用吸收式制冷循环中的制冷工质吸收除湿剂溶液的吸收热，间接预冷空气；然后，空气进入一级空压机进行压缩，得到温度、压力较高的空气；之后进入发生器，分别为除湿再生回路、吸收式制冷循环提供热量，空气温度降低；发生器出口空气再通过冷却单元交换热量；之后空气进入低温蒸发器，利用吸收式制冷循环回路提供的冷量冷却至15℃左右，然后进入二级空压机进行再次压缩，压缩后空气再次进入吸收式制冷循环回路，之后空气进入冷却单元换热，最后进入分子筛进行纯化。为了简化结构，提高节能效果，优选的，所述第一冷却单元和第二冷却单元为同一水冷器的两个冷却通道。优选的，所述除湿再生回路的除湿剂和吸收式制冷循环回路的工质都采用溴化锂。溴化锂性质稳定，在大气中不易变质、不易分解、不易蒸发，常温下无毒无嗅；水蒸气分压力很低，比同温度下纯水的饱和蒸气压力低得多，因而有强烈的吸湿性；极易溶于水；溴化锂溶液对金属材料的腐蚀比氯化钠、氯化钙等溶液要小。所述除湿剂及吸收式制冷循环工质还可选择氯化钙、氯化钠等。为了提高除湿效率以及换热效果，优选的，所述除湿器中，溴化锂溶液采用平板降膜吸收的方式对空气进行除湿，所述的制冷工质与溴化锂溶液之间采用间壁式换热方式。优选的，所述的除湿器包括：外壳；若干导热板，所述导热板平行竖立设置在外壳内，形成依次间隔排列的冷却通道和通风通道，制冷工质在所述冷却通道内由上至下流动，溴化锂溶液在通风通道内的导热板上由上至下流动形成液膜，空气流路横穿通风通道流动。导热板上分布的溴化锂溶液液膜对空气进行水分吸收和洗涤，去除空气中的水分和固体粒子污染物。溴化锂浓溶液在除湿器中吸收水分后被稀释成稀溶液，从除湿器底部流入发生器中，稀溶液在发生器中水分蒸发，浓度变大，发生器出口的浓溶液通过第一流量调节器调节流量，并利用第一溶液泵泵送至除湿器中，对空气预除湿和洗涤，完成循环。为了便于制造和使用，优选的，所述吸收器采用水冷方式进行冷却。为了提高换热效果，优选的，所述的低温蒸发器采用间壁式换热。为了提高换热效率，优选的，所述的发生器中热交换器采用间壁式换热。所述的发生器底部溶液池内装有热交换器，采用间壁式换热，与压缩后高温空气进行换热。发生器中溴化锂溶液吸收压缩机出口高温空气热量，使溶液中水分蒸发，对溴化锂溶液进行再生；溶液中的水分蒸发，进入冷凝器完成后续循环。所述的除湿再生回路中还包括溶液热交换器，溶液热交换器的冷端连接在除湿器的溴化锂溶液出口和发生器的溴化锂溶液入口之间，溶液热交换器的热端连接在发生器的溴化锂溶液出口和除湿器的溴化锂溶液入口之间。从除湿器中流出的溴化锂稀溶液通过第一溶液热交换器与发生器流出的溴化锂浓溶液进行热量交换，达到溶液热交换器出口稀溶液温度升高，溶液热交换器出口浓溶液温度降低的效果。吸收式制冷循环回路中，发生器出口的制冷工质蒸气在冷凝器中和冷却水换热，降温后经过膨胀阀成为低温低压液体，吸收低温蒸发器中压缩空气热量，低温蒸发器出口制冷工质进入除湿器中吸收除湿器中原料空气和溴化锂除湿液热量，升温后进入吸收器，吸收器出口低温溴化锂稀溶液经第二溶液泵升压，且在第二溶液热交换器中与发生器出口高温溴化锂浓溶液热交换，之后进入发生器，浓缩后溴化锂浓溶液从发生器出口进入第二溶热液交换器，降温后经节流元件降压，进吸收器，由此完成制冷循环。本专利技术结合目前已有的除湿技术和吸收式制冷技术，将部分压缩空气的余热加以利用，可显著降低空气温度和湿度，一方面减少了压缩机对水蒸气做功，另一方面由于空气进入压缩机时温度降低，可提高压比，存在可能将目前空分系统中的三级压缩减至二级压缩。同时，经溴化锂回路除湿以及溴化锂吸收制冷循环回路降温后，压缩空气状态满足现有空分系统中经空冷机组处理后出口所需状态，则可除去空冷机组，由此大大节约成本。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术利用了空气分离过程中空压机在压缩过程中产生的余热为热源，对进入下一级空压机的空气进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种回收压缩空气余热的空分系统，包括空气流路和纯化模块，其特征在于，还包括除湿再生回路和吸收式制冷循环回路；所述除湿再生回路包括除湿器、第一溶液热交换器、发生器、第一流量控制器和第一溶液泵；所述吸收式制冷循环回路包括所述发生器的高温空气通道、冷凝器、膨胀元件、低温蒸发器、所述除湿器的冷却通道、吸收器、第二溶液泵、第二溶液热交换器、第二流量控制器和节流元件；所述空气流路包括依次连通除湿器的除湿通道、一级空压机、发生器的一级压缩空气预冷流路、第一冷却单元、低温蒸发器的一级通道、二级空压机、发生器的二级压缩空气预冷流路、第二冷却单元以及低温蒸发器的二级通道，最后通入纯化模块。

【技术特征摘要】
1.一种回收压缩空气余热的空分系统，包括空气流路和纯化模块，其特征在于，还包括除湿再生回路和吸收式制冷循环回路；所述除湿再生回路包括除湿器、第一溶液热交换器、发生器、第一流量控制器和第一溶液泵；所述吸收式制冷循环回路包括所述发生器的高温空气通道、冷凝器、膨胀元件、低温蒸发器、所述除湿器的冷却通道、吸收器、第二溶液泵、第二溶液热交换器、第二流量控制器和节流元件；所述空气流路包括依次连通除湿器的除湿通道、一级空压机、发生器的一级压缩空气预冷流路、第一冷却单元、低温蒸发器的一级通道、二级空压机、发生器的二级压缩空气预冷流路、第二冷却单元以及低温蒸发器的二级通道，最后通入纯化模块。2.如权利要求1所述的回收压缩空气余热的空分系统，其特征在于，所述纯化模块采用分子筛。3.如权利要求1所述的回收压缩空气余热的空分系统，其特征在于，所述第一冷却单元和第二冷却单元为同一水冷器的两个冷却通道。4.如权利要求1所述的回收压缩空气余热的空分...

【专利技术属性】
技术研发人员：植晓琴，周霞，荣杨一鸣，厉劲风，程兴旺，邱利民，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33