一种基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统
阅读说明：本技术 一种基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统 (compressed air preparation system based on total heat recovery of thermoelectric unit ) 是由 吕洪炳 王静毅 张东明 陈理帅 严秋雨 包伟龙 李艾 沈子祁 于 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统,包括压缩空气制备系统、热电机组汽水系统、热电机组汽轮机发电系统和空压机驱动系统；热电机组汽轮机发电系统包括发电汽轮机和同轴相连的发电机；空压机驱动系统包括齿轮箱和空压机驱动汽轮机。本发明的有益效果是：与分散式压缩空气制备系统相比,本发明提供的基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统采用热电机组的汽轮机驱动空压机,排汽全通过热电机组汽水系统实现余热的全回收或者直接对外供热,避免了常规机组冷凝器的冷端损失,提高了整体能源效率,较常规背压机压缩空气系统具有更高的灵活性,为压缩空气制备系统提供了节能方案。(The invention relates to an compressed air preparation system based on total heat recovery of a thermoelectric unit, which comprises a compressed air preparation system, a thermoelectric unit steam-water generation system and an air compressor driving system, wherein the thermoelectric unit steam-water generation system comprises a power generation steam turbine and a coaxially connected power generator, and the air compressor driving system comprises a gear box and an air compressor driving steam turbine.)
技术领域
本发明涉及热电机组和压缩空气制备，具体涉及一种基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统。
背景技术
空气由于具有良好的可压缩性，是储存压力能的良好介质，压力稳定，且由于压缩空气既容易获得，又便于贮存和输送，是一种重要的动力源，广泛应用于包括空分、冶金、化工、电力、制药、机械等基本全部工业生产行业中。
同样由于压缩空气易于获得的特点，大部分压缩空气用户均选择自备压缩空气制备系统，因单个用户的压缩空气用量较小，空压机规模小，单机制气效率较低。虽然近年来高效螺杆空压机的推广，压缩空气制取的能耗有一定程度的降低，但由于需配套预处理、干化、后处理、贮存等装置，能源、人力、材料等费用仍占据一定比例。对于部分单机压缩空气用量较大的工艺，虽然设置了汽动离心式空压机，但汽轮机采用了抽凝或纯凝的形式，有大量热量被冷端损失带走，能效水平具有较大提升空间。
我国的工业企业按规划大多按产业集聚成工业园区，在园区内基本有配套热电机组通过热电联产的方式为园区提供热力蒸汽。利用热电机组为园区提供集中压缩空气供应成为一种趋势。汽轮机拖动空压机集中供应压缩空气，与热电联产一样，能源综合利用效率高、折标煤耗下降、污染物也相应减少，并有利于集中处理和采用先进的处理技术。通过集中供应压缩空气，可有效替代区域内现有的分散小空压机，降低区域能耗总量，改善区域投资环境。
但是，由于工业企业压缩空气负荷波动，而大型汽动空压机的调节范围较小，在难以调节的情况下仍需配置电备用空压机，系统灵活性较差。我国大部分的电能基本由大型燃煤机组通过汽轮机拖动发电机发电，凝汽式汽轮机运行遵循朗肯循环原理，朗肯循环系统由水泵、锅炉、汽轮机和冷凝器等主要设备组成，排汽潜热在凝汽器内被循环冷却水带走，经冷却塔冷却后有一半以上的能量以冷端损失的形式而被浪费掉。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统，通过汽轮机驱动空压机，并通过对热电机组的优化设计实现余热的全热回收，减少冷端损失，提高压缩空气制备系统灵活性。
这种基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统，包括压缩空气制备系统、热电机组汽水系统、热电机组汽轮机发电系统和空压机驱动系统；压缩空气制备系统包括空气过滤器、空压机和干燥纯化装置；热电机组汽水系统包括补水泵、补水加热器、除氧器、给水泵、高压加热器和锅炉；热电机组汽轮机发电系统包括发电汽轮机和同轴相连的发电机；空压机驱动系统包括齿轮箱和空压机驱动汽轮机；空压机驱动汽轮机进口与发电汽轮机出口相连，空压机驱动汽轮机出口与补水加热器相连；齿轮箱两端通过轴承分别与空压机和空压机驱动汽轮机相连；发电汽轮机进口连接锅炉出口，发电汽轮机出口分别连接空压机驱动汽轮机、高压加热器和除氧器，发电汽轮机还连接发电机。
作为优选：空气过滤器、空压机和干燥纯化装置依次连接。
作为优选：空压机驱动汽轮机的出口排汽为乏汽或低压蒸汽，空压机驱动汽轮机连接低压蒸汽供热联箱。
作为优选：当空压机驱动汽轮机的出口排汽为乏汽时，则空压机驱动汽轮机中间级设置抽汽口和管道并与低压蒸汽供热联箱连接；当空压机驱动汽轮机的出口排汽为低压蒸汽时，则空压机驱动汽轮机出口与低压蒸汽供热联箱相连。
作为优选：发电汽轮机出口设置中压蒸汽供热联箱。
作为优选：补水泵进口与补水管道相连。
作为优选：补水泵、补水加热器、除氧器、给水泵、高压加热器和锅炉依次连接。
本发明的有益效果是：与分散式压缩空气制备系统相比，本发明提供的基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统采用热电机组的汽轮机驱动空压机，排汽全通过热电机组汽水系统实现余热的全回收或者直接对外供热，避免了常规机组冷凝器的冷端损失，提高了整体能源效率，较常规背压机压缩空气系统具有更高的灵活性，为压缩空气制备系统提供了节能方案。
附图说明
图1为实施例1的基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统的连接示意图；
图2为实施例2的基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统的连接示意图。
附图标记说明：1、空气过滤器；2、空压机；3、干燥纯化装置；4、齿轮箱；5、发电汽轮机；6、锅炉；7、发电机；8、空压机驱动汽轮机；9、高压加热器；10、给水泵；11、除氧器；12、补水加热器；13、补水泵；14、低压蒸汽供热联箱；15、中压蒸汽供热联箱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对于热电机组，通常蒸汽外输送后需要补充相应的锅炉水，如果利用汽轮机的乏汽对锅炉补水进行预加热，避免冷源损失，实现余热的全热回收，对于供热量较大的机组，可以将纯凝汽轮机改造为背压汽轮机，进一步提升热量的利用率。本发明提供的基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统，能够通过热电机组的中压蒸汽驱动汽轮机以带动空压机，中压蒸汽经过汽轮机做功后变为乏汽或低压蒸汽，排汽通过热电机组汽水系统余热回收和对外供热后完全消纳，避免冷端损失，降低压缩空气制备的整体能耗水平，提高能源利用效率。
所述基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统，包括压缩空气制备系统、热电机组汽水系统、热电机组汽轮机发电系统和空压机驱动系统；压缩空气制备系统包括空气过滤器1、空压机2和干燥纯化装置3；热电机组汽水系统包括补水泵13、补水加热器12、除氧器11、给水泵10、高压加热器9和锅炉6；热电机组汽轮机发电系统包括发电汽轮机5和同轴相连的发电机7；空压机驱动系统包括齿轮箱4和空压机驱动汽轮机8；空气过滤器1出口连接空压机2进口，空压机2出口连接干燥纯化装置3进口；空压机驱动汽轮机8的蒸汽进口与发电汽轮机5出口相连，空压机驱动汽轮机8出口为乏汽或低压蒸汽，出口与补水加热器12相连，对补水进行加热，实现余热的全回收，同时满足低压热负荷；空压机驱动汽轮机8出口还连接低压蒸汽供热联箱14；所述齿轮箱4两端通过轴承分别与空压机2和空压机驱动汽轮机8相连，实现汽轮机驱动空压机；发电汽轮机5进口连接锅炉6出口，发电汽轮机5出口分别连接空压机驱动汽轮机8、高压加热器9和除氧器11，发电汽轮机5出口也可设置中压蒸汽供热联箱15，发电汽轮机5还连接发电机7；补水泵13、补水加热器12、除氧器11、给水泵10、高压加热器9和锅炉6依次连接。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式做进一步的说明。本发明使用到的部件功能如下：
实施例1
在本实施例中，结合附图，对本发明的结构进行详细描述。
如图1所示，所述基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统，包括压缩空气制备系统、热电机组汽水系统、热电机组汽轮机发电系统和空压机驱动系统；压缩空气制备系统包括空气过滤器1、空压机2和干燥纯化装置3；热电机组汽水系统包括补水泵13、补水加热器12、除氧器11、给水泵10、高压加热器9和锅炉6；热电机组汽轮机发电系统包括发电汽轮机5和同轴相连的发电机7；空压机驱动系统包括齿轮箱4和空压机驱动汽轮机8。
所述压缩空气制备系统包括如下：
空气过滤器1，用于对外界空气中的颗粒、粉尘及机械运转产生的微小颗粒进行过滤，空气经过过滤后进入空压机2进口。
空压机2，空气经过压缩机组的多级压缩，压力升高达到后续工艺要求的数值，经过压缩的空气进入干燥纯化装置3进口。
干燥纯化装置3，根据后续工艺要求，脱除空气中的水分、碳氧化物等物质，通常可以采用冷干机、分子筛吸附式干燥机等。
作为本发明的优选实施方式，本实施例中的压缩空气制备系统按常规压缩空气要求设置，可根据实际工艺进一步优化调整。
所述热电机组汽水系统包括如下：
补水泵13，进口与补水管道相连，用于将经过水处理的除盐水加压输送至下级补水加热器。
补水加热器12，用于对锅炉补水进行预热，加热蒸汽为空压机驱动汽轮机8的出口排汽，蒸汽疏水和被加热的补水均进入除氧器11，通过将汽轮机的乏汽在补水加热器12中释放气化潜热，提高了补水温度，实现余热的回收。
除氧器11，用于对锅炉补水、蒸汽疏水等进行除氧，满足锅炉用水要求，加热蒸汽为发电汽轮机5(高背压汽轮机)的出口排汽。
给水泵10，用于对锅炉给水进行加压。
高压加热器9，用于对锅炉给水进行加热，充分利用发电汽轮机5的出口排汽。
锅炉6，利用燃煤、燃气或者其他热源将锅炉给水加热至过热蒸汽，进一步进入发电汽轮机5做功。
作为本发明的优选实施方式，本实施例中的热电机组汽水系统按最基本热电机组的设备设置，可根据实际机组配置进一步优化调整。
所述热电机组汽轮机发电系统包括如下：
发电压汽轮机5，用于将锅炉6产生的高压蒸汽的压力能转化为动能，驱动汽轮机，带动发电机7发电。
发电机7，与发电压汽轮机5同轴相连，将汽轮机的动能转化为电能。
作为本发明的优选实施方式，在热电机组周边有中压蒸汽负荷需求时，发电汽轮机5出口可设置中压蒸汽供热联箱15，供应中压蒸汽。
作为本发明的优选实施方式，本实施例中的发电汽轮机5可采用多级、多缸、中间回热等形式。
所述空压机驱动系统包括如下：
齿轮箱4，用于连接空压机2和空压机驱动汽轮机8，并将汽轮机输出轴的转速转换至与空压机匹配的转速。
空压机驱动汽轮机8，进口与发电汽轮机5相连，将上级汽轮机的排汽压力能转换为动能，并通过齿轮箱4驱动空压机2，空压机驱动汽轮机8的蒸汽出口排汽为低真空度乏汽，用于加热锅炉补水，在空压机驱动汽轮机8中间级设置抽汽口和管道，与低压蒸汽供热联箱14连接，为周边热用户提供低压蒸汽。
实施例2
在本实施例中，结合附图，对本发明的结构进行详细描述。
如图2所示，所述基于热电机组全热回收的压缩空气制备系统，在热电机组周边热负荷需求较大的情况下，可对空压机驱动汽轮机8进行优化选型，以下针对与实施例1有差异的部分进行说明。
空压机驱动汽轮机8，进口与发电汽轮机5相连，将上级汽轮机的排汽压力能转换为动能，并通过齿轮箱4驱动空压机2，空压机驱动汽轮机8的蒸汽出口排汽为低压蒸汽，压力满足周边热用户需求，同时低压蒸汽作为补水加热器12的热源，空压机驱动汽轮机8的排汽出口与补水加热器12和低压蒸汽供热联箱14相连。