一种利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩装置及其方法

摘要

本发明公开了一种本发明公开了一种利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩装置及其方法，属于空压机以及压缩空气储能领域，解决空气压缩能耗高、效率低的问题。本发明回收空压机余热，对液态工质加热，工质温度升高并蒸发，蒸气与大量常温大气混合并冷却，凝结成雾滴，雾滴与大气混合进入空气压缩装置，在空气压缩时雾滴吸热，降低空气的温升，压缩空气与雾滴经气液分离装置后，液体介质循环利用，压缩空气进入储气装置。达到降低压缩空气能耗和提高压缩效率的目的。

说明书

技术领域

本发明属于压缩空气系统以及压缩空气储能领域。涉及压缩空气系统运行效率提升的装置及其方法。

背景技术

压缩空气是现代工业生产的主要动力传输介质和可再生能源能量存储的主要介质。然而，工业气动系统中空气压缩的能耗大，消耗的电力约占全国总用电量的9％；可再生能源压缩空气储能系统储能效率低，大量可再生能源被舍弃，如2019年“三弃电量”高达514.6亿千瓦时。其原因是大多数压缩空气系统及压缩空气储能系统都是基于绝热压缩，气体压缩时间短，气体导热系数小，气体温度迅速上升，压缩功增加，并转换为热量，大约有一半的电力转换成了热量并散失。现有液体冷却空气压缩技术，如水雾冷却、液体活塞等，其缺点是：(1)能耗高，如产生微米级水雾的能耗占压缩能耗高达15％；(2)结构复杂且不稳定，如液体活塞的使用需要增加一套液压装置，同时气液混合改变了液体的弹性模量，降低了设备的稳定性。

因此，空气压缩的能耗高和压缩效率低，如何提供一种高效空气压缩装置及其方法，是我国空气压缩节能事业亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩装置及其方法，回收空压机余热制得蒸气，蒸气凝结成雾滴，雾滴与大气混合进入压缩装置，在空气压缩时雾滴吸热，降低空气的温升，以提高空压机效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩装置，其特征在于，包括空气压缩系统、雾滴发生系统和余热回收系统；

所述余热回收系统回收所述空气压缩系统的压缩热、产生蒸气，蒸气在所述雾滴发生系统中冷凝，产生的雾滴进入所述空气压缩系统；

优选的，在上述一种利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩装置，所述空气压缩系统包括：压缩装置(2)、第一气液分离装置(4-1)和储气装置(5)；

所述压缩装置(2)的进气口与雾滴发生装置(11)底端连接，所述压缩装置(2)的排气口依次连接热交换装置(3)、所述第一气液分离装置(4-1)和所述储气装置(5)；

空气及雾滴从雾滴发生装置(11)流出，进入压缩装置(2)中压缩，经所述热交换装置(3)冷却，经所述第一气液分离装置(4-1)气液分离，压缩空气(6)进入所述储气装置(5)；

优选的，在上述一种利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩装置，所述的雾滴发生系统包括：雾滴发生装置(11)，蒸气注入装置(12)和空气注入装置(13)；

所述雾滴发生装置(11)上部连接所述蒸气注入装置(12)、下部连接所述空气注入装置(13)；

蒸气注入装置(12)中的蒸气与空气注入装置(13)中的空气在雾滴发生装置(11)中混合，蒸气凝结成雾滴(14)，在重力的作用下，聚集在雾滴发生装置(11)底端。

优选的，在上述一种利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩装置，所述余热回收系统包括：液体介质输送装置(7)、蒸气输送装置(9)、第二气液分离装置(4-2)和热交换装置(3)；

所述液体输送装置(7)与所述第一气液分离装置(4-1)的液体输出端和所述第二气液分离装置(4-2)的液体输出端连接，所述热交换装置(3)与所述蒸气输送装置(9)和所述液体输送装置(7)连接；

本发明还公开了一种利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩方法，包括雾滴发生方法，余热回收方法，以及雾滴冷却空气压缩方法，回收空压机余热制得蒸气，蒸气凝结成雾滴，雾滴与大气混合进入压缩装置，在空气压缩时雾滴吸热，降低空气的温升。

优选的，在上述一种利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩方法，所述余热雾滴发生方法包括：

经蒸气注入装置(12)的蒸气和空气注入装置(13)注入的空气在雾滴发生装置(11)中交汇，空气吸热，密度降低，在浮力作用下，上升，蒸气介质(10)遇冷空气凝结成雾滴(14)，在空气的冷却下温度接近常温，在重力作用下，下降，在雾滴发生装置(11)底部聚集；

优选的，在上述一种利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩方法，所述余热回收方法包括：

所述液体介质(8)在所述热交换装置(3)中与压缩空气进行换热，蒸发形成蒸气介质(10)，将余热回收至蒸气中；

优选的，在上述一种利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩方法，所述雾滴冷却空气压缩包括：

所述压缩装置(2)中，雾滴(14)与高温的压缩空气接触进行充分的热交换，雾滴(14)吸热，降低压缩空气的温升。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明雾滴发生与空气压缩系统于一体，实现了压缩热的回收与利用，相比较传统的具有水雾发生功能的空气压缩系统其不仅节省了产生水雾的能耗，同时也降低了空气的压缩功，综合能耗降低至少20％，提高了能量利用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩装置及其方法原理图。

在图中：

1.管路，2.压缩装置，3.热交换装置，4-1.第一气液分离装置，4-2.第二气液分离装置，5.储气装置，6.压缩空气，7.液体介质输送装置，8.液体介质，9.蒸气输送装置，10.蒸气介质，11.雾滴发生装置，12.蒸气注入装置，13.空气注入装置，14.雾滴

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本实施例公开了一种利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩装置，包括空气压缩系统、雾滴发生系统和余热回收系统；

余热回收系统回收空气压缩系统的压缩热、产生蒸气，蒸气在雾滴发生系统中冷凝，产生的雾滴进入空气压缩系统；

进一步的，空气压缩系统包括：压缩装置(2)、第一气液分离装置(4-1)和储气装置(5)；

压缩装置(2)的进气口与雾滴发生装置(11)底端连接，压缩装置(2)的排气口依次连接热交换装置(3)、第一气液分离装置(4-1)和储气装置(5)；

空气及雾滴从雾滴发生装置(11)流出，进入压缩装置(2)中压缩，经所述热交换装置(3)冷却，经第一气液分离装置(4-1)气液分离，压缩空气(6)进入储气装置(5)；

进一步的，雾滴发生系统包括：雾滴发生装置(11)，蒸气注入装置(12)和空气注入装置(13)；

雾滴发生装置(11)上部连接所述蒸气注入装置(12)、下部连接所述空气注入装置(13)；

蒸气注入装置(12)中的蒸气与空气注入装置(13)中的空气在雾滴发生装置(11)中混合，蒸气凝结成雾滴(14)，在重力的作用下，聚集在雾滴发生装置(11)底端。

进一步的，余热回收系统，包括：液体介质输送装置(7)、蒸气输送装置(9)、第二气液分离装置(4-2)和热交换装置(3)；

液体输送装置(7)与第一气液分离装置(4-1)的液体输出端和第二气液分离装置(4-2)的液体输出端连接，热交换装置(3)与蒸气输送装置(9)和液体输送装置(7)连接；

一种利用余热雾滴发生和雾滴冷却空气压缩方法以下的具体实施例进行说明。

为了降低空气压缩过程中压缩空气的温度，雾滴冷却是一种有效的降温途径，以提高压缩效率，具体方式如下：

液体介质(8)在热交换装置(3)中与压缩空气进行换热，蒸发形成蒸气介质(10)，将余热回收至蒸气中。

经蒸气注入装置(12)的蒸气和空气注入装置(13)注入的空气在雾滴发生装置(11)中交汇，空气吸热，密度降低，在浮力作用下，上升，蒸气介质(10)遇冷空气凝结成雾滴(14)，在空气的冷却下温度接近常温，在重力作用下，下降，在雾滴发生装置(11)底部聚集。

压缩装置(2)中，雾滴(14)与高温的压缩空气接触进行充分的热交换，雾滴(14)吸热，降低压缩空气的温升。

部分未冷凝为雾滴的蒸气随空气进入第二气液分离装置(4-2)，经冷凝和分离后的工质进入液体介质输送装置(7)，分离后的空气排入大气。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方案而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。