一种制氧工序余热回收利用系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及钢铁行业节能技术领域，尤其涉及一种制氧工序余热回收利用系统及方法。包括空压机一级压缩、空压机二级压缩、空压机三级压缩、一级换热器、二级换热器、三级换热器、制氧机、制冷用户、供热用户、1#热泵机组、2#热泵机组、冷却塔、给水池、高温蓄水槽、低温液体换热器、流量计和以上设备之间连接的各种阀门。制氧工序余热回收利用方法包含两种运行模型，一是低温换热器非运行模式，二是低温换热器运行模式。本发明专利技术对空压机冷却水余热进行直接高效利用，解决了低温液氧加热存在的非计划、间歇式及瞬间加热量大的问题，实现了制氧工序余热在生产、生活中的有效利用。提高系统余热利用效率，具有节约能源、降低维护成本等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种制氧工序余热回收利用系统及方法
本专利技术涉及钢铁行业节能
，尤其涉及一种制氧工序余热回收利用系统及方法。
技术介绍
钢铁企业在冶炼生产过程中需要大量高纯氧气、氮气等能源介质，因此大型钢铁企业通常有自己的制氧生产工序，拥有多台制氧机及氧气管网，制氧机生产的氧气通过管网送给各个耗氧用户；当制氧工序中某台制氧机出现跳机故障，所生产氧气量无法满足下游耗氧用户需求时，会造成氧气管网压力不足，制氧机的跳机故障一般最长需要15～20小时进行恢复；为保证下游耗氧用户生产稳定，生产厂通常会备有多台液氧罐用于存储大量液氧，当氧气管网压力不足时可将液氧罐中备用存放的液氧加热成常温气体输送到氧气管网中，即通过热源加热方式将液氧从零下183℃加热升温至20℃送入管网供给耗氧用户。由于对低温液氧的加热属于非计划、间歇式加热，而且瞬间加热量大；目前，国内大多氧气厂采用水浴式换热方式对液氧进行加热，加热热源一般为蒸汽，这种加热方式会消耗大量高品质能源，增加企业生产成本。在制氧生产过程中有多台空压机；空压机在运行时，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占很小的一部分，约15％左右。约85％的耗电转化为热量存在于压缩气体中，并通过风冷或者水冷的方式排放到空气中去。如果将压缩气体的这部分余热加以回收，就近用于氧气工序的生产、生活供热，即可以提高能源利用效率，又可以减低企业成本；同时也有利于减少燃煤量，降低燃煤对环境的污染。目前，国内针对制氧工序的空压机余热回收及利用开展了多项研究与应用。通过查新，检索到一些相关的专利，如专利CN106762557A公开一种基于空压机余热回收的智能供热水设备；该专利技术通过在换热器与热用户之间增加缓存储热设备实现了智能供热水。该方法虽然实现了供热系统的稳定性，但中间换热、储热设备过多造成系统的热损失较大。专利CN108150422A公开了空压机余热回收利用系统，该系统通过回收空压机余热以热水方式驱动溴化锂吸收式冷水机组制取冷水；但对于驱动溴化锂吸收式冷水机组后的热水(一般在70℃～75℃左右)没有利用，使其能源利用率较低。专利CN107178934A公开一种空压机余热深度回收利用系统，该系统的空压机三级压缩分别经过三级换热，换热后高温水进入余热取热装置经过再次换热转化为高温余热水进入余热深度回收利用系统；该系统没有提及空压机一级压缩后空气温度较低，余热回收后无法有效利用的问题。综上所述，制氧工序余热回收利用系统及方法还存在一些问题。主要体现在，现有制氧工序空压机余热利用系统、方法没有考虑到实际运行中空压机一级压缩后空气温度较低，余热回收后无法有效利用；同时对于空压机余热回收如何有效适应热用户需求波动上，没有给解决方案。而且制氧工序余热资源在回收后主要用于生活供热，而生活供热通常受到供热量及供热半径限制，无法充分利用制氧工序的大量余热资源。因此，探寻更加实用有效的制氧工序余热回收利用系统及方法，使得制氧工序余热能够就近充分用于氧气工序的生产、生活供热是非常必要的。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种制氧工序余热回收利用系统及方法。实现了制氧工序余热能够就近充分用于氧气工序的生产、生活供热，利用空压机余热有效适应了热用户的需求波动。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种制氧工序余热回收利用系统包括空压机一级压缩、空压机二级压缩、空压机三级压缩、一级换热器、二级换热器、三级换热器、制氧机、制冷用户、供热用户、1#热泵机组、2#热泵机组、冷却塔、给水池、高温蓄水槽、低温液体换热器、流量计和以上设备之间连接的各种阀门。其中空压机一级压缩出口与一级换热器气侧入口连接，一级换热器气侧出口与空压机二级压缩入口连接，空压机二级压缩出口与二级换热器气侧入口连接，二级换热器气侧出口与空压机三级压缩入口连接，空压机三级压缩出口与三级换热器气侧入口连接，三级换热器气侧出口与制氧机入口连接。一级换热器水侧出口通过开关调节阀与1#热泵机组入口连接，同时以并联方式通过开关阀与供热用户入口连接；二、三级换热器水侧出口通过开关阀与制冷用户入口连接；制冷用户出口与高温蓄水槽入口连接；1#热泵机组出口通过开关阀与高温蓄水槽入口连接，1#热泵机组驱动热源出口通过开关阀与冷却塔入口连接；高温蓄水槽出口也以并联方式分别通过开关阀与低温液体换热器入口和供热用户入口连接。供热用户出口以并联方式分别通过开关调节阀和开关阀连接2#热泵机组驱动热源入口与冷却塔入口；低温液体换热器的出口以并联方式分别通过开关调节阀和开关阀连接1#热泵机组的驱动热源入口、2#热泵机组入口和冷却塔入口；2#热泵机组出口通过开关阀与供热用户入口连接，2#热泵机组驱动热源出口通过开关阀与冷却塔入口连接。冷却塔出口经过流量计，通过开关调节阀与给水池入口连接，并与给水池出口汇聚与一级换热器、二级换热器、三级换热器的水侧入口连接；流量计的反馈信号与给水池连接，控制给水池进、出口开关调节阀。一种制氧工序余热回收利用方法包含两种运行模型，一是低温换热器非运行模式，二是低温换热器运行模式。低温换热器非运行模式：对于10万Nm3/h～20万Nm3/h的三级压缩空压机组，常温常压空气经过空压机一级压缩后温度达70℃～100℃，进入一级换热器与30℃～35℃冷却水进行换热，换热后压缩空气温度为35℃～40℃并进入空压机二级压缩、空压机三级压缩，二级压缩空气和三级压缩空气温度可达100℃～120℃，在压缩后进入二级换热器、三级换热器换热，最后经过三级压缩及冷却的空气进入制氧机。设计高温蓄水槽的蓄水量为1500Nm3～2000Nm3，蓄水量可满足低温液体换热器运行一次所需水量。进入一级换热器的冷却水经过换热后温度为55℃～65℃，通过开关阀进入供热用户的入口；进入二级换热器和三级换热器的冷却水经换热升温至80℃～90℃后，通过开关阀进入制冷用户作为热源驱动溴化锂制冷机组，产生冷量供用户所需。驱动溴化锂机组制冷后，热水温度降至70℃～75℃流出制冷用户进入高温蓄水槽。进入高温蓄水槽中的70℃～75℃热水的30％～60％(流量比)流出高温蓄水槽通过开关调节阀与一级换热器出来的温度为55℃～65℃低温水汇聚作为供热水进入供热用户，其余40％～70％(流量比)的70℃～75℃热水留在高温蓄水槽中；供热后水温降至40℃～50℃流出供热用户，通过开关阀进入冷却塔降温至30℃～35℃，从开关阀流出经过流量计重新作为空压机冷却水进行循环使用；由于40％～70％(流量比)的热水留在高温蓄水槽中，需要给水池通过开关调节阀进行等量补水；在以上运行过程中供热用户属于低负荷运行。系统运行25～35小时后，1500Nm3～2000Nm3高温蓄水槽中的蓄水量达到可满足低温液体换热器运行一次所需水量；此时调整高温蓄水槽的出水量，进入高温蓄水槽中的70℃～75℃热水100％流出高温蓄水槽与一级换热器出来的温度为55℃～65℃低温水汇聚作为供热水进入供热用户；经过这样一个循环运行后，供给供热用户的热水量达到稳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制氧工序余热回收利用系统，其特征在于，包括空压机一级压缩、空压机二级压缩、空压机三级压缩、一级换热器、二级换热器、三级换热器、制氧机、制冷用户、供热用户、1#热泵机组、2#热泵机组、冷却塔、给水池、高温蓄水槽、低温液体换热器、流量计与阀门；/n空压机一级压缩、一级换热器气侧、空压机二级压缩、二级换热器气侧、空压机三级压缩、三级换热器气侧及制氧机串行连接；/n一级换热器水侧出口与1#热泵机组入口连接，同时以并联方式与供热用户入口连接；二、三级换热器水侧出口与制冷用户入口连接；制冷用户出口与高温蓄水槽入口连接；/n1#热泵机组出口与高温蓄水槽入口连接，1#热泵机组驱动热源出口与冷却塔入口连接；高温蓄水槽出口也以并联方式分别与低温液体换热器入口和供热用户入口连接；供热用户出口以并联方式分别连接2#热泵机组驱动热源入口与冷却塔入口；/n低温液体换热器的出口以并联方式分别连接1#热泵机组的驱动热源入口、2#热泵机组入口和冷却塔入口；2#热泵机组出口与供热用户入口连接，2#热泵机组驱动热源出口与冷却塔入口连接；/n冷却塔出口经过流量计与给水池入口连接，并与给水池出口汇聚与一级换热器、二级换热器、三级换热器的水侧入口连接；流量计的反馈信号与给水池连接，控制给水池进、出口开关调节阀。/n...

【技术特征摘要】
1.一种制氧工序余热回收利用系统，其特征在于，包括空压机一级压缩、空压机二级压缩、空压机三级压缩、一级换热器、二级换热器、三级换热器、制氧机、制冷用户、供热用户、1#热泵机组、2#热泵机组、冷却塔、给水池、高温蓄水槽、低温液体换热器、流量计与阀门；
空压机一级压缩、一级换热器气侧、空压机二级压缩、二级换热器气侧、空压机三级压缩、三级换热器气侧及制氧机串行连接；
一级换热器水侧出口与1#热泵机组入口连接，同时以并联方式与供热用户入口连接；二、三级换热器水侧出口与制冷用户入口连接；制冷用户出口与高温蓄水槽入口连接；
1#热泵机组出口与高温蓄水槽入口连接，1#热泵机组驱动热源出口与冷却塔入口连接；高温蓄水槽出口也以并联方式分别与低温液体换热器入口和供热用户入口连接；供热用户出口以并联方式分别连接2#热泵机组驱动热源入口与冷却塔入口；
低温液体换热器的出口以并联方式分别连接1#热泵机组的驱动热源入口、2#热泵机组入口和冷却塔入口；2#热泵机组出口与供热用户入口连接，2#热泵机组驱动热源出口与冷却塔入口连接；
冷却塔出口经过流量计与给水池入口连接，并与给水池出口汇聚与一级换热器、二级换热器、三级换热器的水侧入口连接；流量计的反馈信号与给水池连接，控制给水池进、出口开关调节阀。


2.一种基于权利要求1所述系统的制氧工序余热回收利用方法，其特征在于，具体包括两种运行模型，一是低温换热器非运行模式，二是低温换热器运行模式；
1)低温换热器非运行模式：
将常温常压空气经过空压机一级压缩，压缩后温度在70℃～100℃，进入一级换热器与冷却水进行换热，换热冷却后压缩空气进入空压机二级压缩、空压机三级压缩，二级压缩空气和三级压缩空气温度达100℃～120℃，在压缩后进入二级换热器、三级换热器换热，最后经过三级压缩及冷却的空气进入制氧机；设定高温蓄水槽的蓄水量为1500Nm3～2000Nm3；
进入一级换热器的冷却水经过换热后温度为55℃～65℃，进入供热用户的入口；进入二级换热器和三级换热器的冷却水经换热升温至80℃～90℃后，进入制冷用户作为热源驱动溴化锂制冷机组，产生冷量供用户所需；
驱动溴化锂机组制冷后，热水温度降至70℃～75℃，流出进入高温蓄水槽；其中30％～60％的热水流出高温蓄水槽与一级换热器出来的温度为55℃～65℃低温水汇聚作为供热水进入供热用户，其余40％～70％的热水留在高温蓄水槽中；
供热后水温降至40℃～50℃流出供热用户，进入冷却塔降温至30℃～35℃，从开关阀流出经过流量计重新作为空压机冷却水进行循环使用；
系统运行25～35小时后，调整高温蓄水槽的出水量，进入高温蓄水槽中的70℃～75℃热水100％流出高温蓄水槽与一级换热器出来的温度为55℃～65℃低温水汇聚作为供热水进入供热用户；
供热用户回水温度降至40℃～50℃流出，进入冷却塔降温至30℃～35℃循环使用；流量计检测回水量，当回水量低于总量2％～5％时，反馈回给水池的开关调节阀进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，倪健勇，马光宇，刘冬杰，武吉，陈鹏，王永，胡绍伟，张天赋，王东山，
申请(专利权)人：鞍钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21