CN116557097A - 气体压缩能量回收***及回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种气体压缩能量回收***及回收方法，所述***包括螺杆压缩机、电动机、离合器、螺杆膨胀机、气体分离装置；所述电动机设有两个输出轴，所述电动机通过第一输出轴连接所述螺杆压缩机，所述电动机的第二输出轴通过离合器连接螺杆膨胀机；所述螺杆压缩机的输入端接收混合气体，混合气体经过螺杆压缩机压缩后输出至所述气体分离装置的输入端；所述气体分离装置将混合气体分离为第一气体及第二气体，将第一气体通过第一排气口输出，将第二气体输入螺杆膨胀机推动螺杆膨胀机做功。本发明提出的气体压缩能量回收***及回收方法，可提高高炉尾气二氧化碳分离循环利用效率，降低设备投资，节约设备占地。
Description
技术领域
本发明属于能量回收利用技术领域，涉及一种能量回收***，尤其涉及一种气体压缩能量回收***及回收方法。
背景技术
CCUS(CarbonCapture，UtilizationandStorage)碳捕获、利用与封存是应对全球气候变化的关键技术之一，受到世界各国的高度重视，纷纷加大研发力度。降低钢铁工业中碳排放更是受到社会广泛的关注。
高炉排放混合尾气通过胺液吸收法在较高的压力下可以获得较高的二氧化碳分离效率。通过螺杆压缩机将混合气压缩到一定的压力下进入胺液吸收塔，二氧化碳被吸收后，剩余混合气大部分为燃料气体，需要经过减压送回到高炉燃烧，继续为高炉提供热值。
喷液双螺杆压缩机因其同时具备旋转式和容积的特点，可以压缩含液，含尘气体，适应进排气工况的波动能力较强，在煤气压缩过程已有广泛的应用。螺杆膨胀机在蒸汽压差发电邻域已有较成熟的应用。然而，现有压缩机通过减压阀减压，压力能没有得到回收，从而使得***整体能耗较大，无法满足如今节能减排的需要。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的气体压缩能量回收方式，以便克服现有气体压缩能量回收方式存在的上述至少部分缺陷。
发明内容
本发明提供一种气体压缩能量回收***及回收方法，可提高高炉尾气二氧化碳分离循环利用效率，降低设备投资，节约设备占地。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：
一种气体压缩能量回收***，所述***包括：螺杆压缩机、电动机、离合器、螺杆膨胀机、气体分离装置；
所述电动机设有两个输出轴，所述电动机通过第一输出轴连接所述螺杆压缩机，所述电动机的第二输出轴通过离合器连接螺杆膨胀机；
所述螺杆压缩机的输入端接收混合气体，混合气体经过螺杆压缩机压缩后输出至所述气体分离装置的输入端；所述气体分离装置将混合气体分离为第一气体及第二气体，将第一气体通过第一排气口输出，将第二气体输入螺杆膨胀机推动螺杆膨胀机做功；
在螺杆膨胀机转速高于电动机转速的状态下，离合器自动投入，螺杆膨胀机通过离合器连接电动机，驱动电动机动作；在螺杆膨胀机转速低于电动机转速的状态下，离合器自动脱开。
作为本发明的一种实施方式，所述气体压缩能量回收***进一步包括压力变送器、背压调节阀及主控电路；
所述气体分离装置的输入端连有压力变送器，所述气体分离装置的输出端连接背压调节阀；
所述主控电路根据压力变送器输出的数据控制背压调节阀的工作，从而控制气体分离装置的操作压力和螺杆压缩机的工作背压，进而实时控制气体的分离效率和装置的能耗水平。
作为本发明的一种实施方式，所述气体压缩能量回收***进一步包括进口调节阀、先导调节阀、快关阀、转速传感器；
所述螺杆膨胀机出轴端设置转速传感器，所述螺杆膨胀机的进口端设置进口调节阀、先导调节阀、快关阀；
所述进口调节阀、先导调节阀并联设置后通过快关阀连接所述螺杆膨胀机的进口端，通过进口调节阀、先导调节阀的并联组合根据转速传感器控制螺杆螺杆膨胀机的转速缓慢变化，实现螺杆膨胀机缓慢平稳操作；
当需要停止螺杆膨胀机转动运行时，通过快关阀紧急切断气源，迅速使得螺杆螺杆膨胀机停止转动。
作为本发明的一种实施方式，在背压调节阀和螺杆膨胀机出口管线之间设置旁路调节阀；当螺杆膨胀机停止运行时，二氧化碳分离装置排出的气体越过螺杆膨胀机直接进入下游管网；在螺杆膨胀机出口设置止回阀，避免气体倒流进入螺杆膨胀机。
作为本发明的一种实施方式，所述气体压缩能量回收***包括至少一第二螺杆压缩机及至少一第二电动机，各第二电动机连接对应第二螺杆压缩机；所述第二螺杆压缩机的出气端均连接至所述气体分离装置。
作为本发明的一种实施方式，所述螺杆压缩机、电动机、离合器、螺杆膨胀机采用同轴串联布置；所述螺杆压缩机采用喷液双螺杆压缩机；所述电动机采用双出轴结构；所述螺杆膨胀机采用双螺杆无油膨胀机。
作为本发明的一种实施方式，所述离合器采用超越型离合器，当螺杆膨胀机转速高于电动机转速，离合器自动投入，当螺杆膨胀机转速低于电动机转速，离合器自动脱开。
根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种上述气体压缩能量回收***的能量回收方法，所述能量回收方法包括：
混合气体输送至螺杆压缩机的输入端，混合气体经过螺杆压缩机压缩后输出至气体分离装置的输入端；气体分离装置将混合气体分离为第一气体及第二气体，将第一气体通过第一排气口输出，将第二气体输入螺杆膨胀机推动螺杆膨胀机做功；
在螺杆膨胀机转速高于电动机转速的状态下，离合器自动投入，螺杆膨胀机通过离合器连接电动机，驱动电动机动作；在螺杆膨胀机转速低于电动机转速的状态下，离合器自动脱开。
本发明的有益效果在于：本发明提出的气体压缩能量回收***及回收方法，可提高高炉尾气二氧化碳分离循环利用效率，降低设备投资，节约设备占地；此外，本发明可以利用螺杆膨胀机带动螺杆压缩机动作，从而节省能源。
附图说明
图1为本发明一实施例中气体压缩能量回收***的组成示意图。
图2为本发明另一实施例中气体压缩能量回收***的组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。
说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明，本申请的实现方式不受步骤实现的顺序限制。
说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接。
本发明揭示了一种气体压缩能量回收***，图1为本发明一实施例中气体压缩能量回收***的组成示意图；请参阅图1，所述***包括：螺杆压缩机1、电动机2、离合器3、螺杆膨胀机4、气体分离装置5。所述电动机2设有两个输出轴，所述电动机2通过第一输出轴连接所述螺杆压缩机1，所述电动机2的第二输出轴通过离合器3连接螺杆膨胀机4。
所述螺杆压缩机1的输入端接收混合气体，混合气体经过螺杆压缩机1压缩后输出至所述气体分离装置5的输入端；所述气体分离装置5将混合气体分离为第一气体及第二气体，将第一气体(如可以是二氧化碳气体，当然也可以是其他气体)通过第一排气口输出，将第二气体(经气体分离装置5分离二氧化碳之后剩余的其他气体)输入螺杆膨胀机4推动螺杆膨胀机4做功。
在螺杆膨胀机4转速高于电动机2转速的状态下，离合器3自动投入，螺杆膨胀机4通过离合器3连接电动机2，驱动电动机2动作；在螺杆膨胀机4转速低于电动机2转速的状态下，离合器3自动脱开。
在本发明的一实施例中，所述气体压缩能量回收***进一步包括压力变送器6、背压调节阀7及主控电路。所述气体分离装置5的输入端连有压力变送器6，所述气体分离装置5的输出端连接背压调节阀7。所述主控电路分别连接压力变送器6、背压调节阀7，所述主控电路根据压力变送器6输出的数据控制背压调节阀7的工作，从而控制气体分离装置5的操作压力和螺杆压缩机1的工作背压，进而实时控制气体的分离效率和装置的能耗水平(如可以根据压力变送器6输出的数据自动调节阀门开度，从而控制目标压力)。
在本发明的一实施例中，所述气体压缩能量回收***进一步包括进口调节阀9、先导调节阀10、快关阀11、转速传感器12。所述螺杆膨胀机4出轴端设置转速传感器12，所述螺杆膨胀机4的进口端设置进口调节阀9、先导调节阀10、快关阀11。
所述进口调节阀9、先导调节阀10并联设置后通过快关阀11连接所述螺杆膨胀机4的进口端，通过进口调节阀9、先导调节阀10的并联组合根据转速传感器12控制螺杆螺杆膨胀机4的转速缓慢变化(如可以先通过先导调节阀10精确调节，待先导调节阀10全开后再使用进口调节阀9)，实现螺杆膨胀机4缓慢平稳操作。当需要停止螺杆膨胀机4转动运行时，通过快关阀11紧急切断气源，迅速使得螺杆螺杆膨胀机4停止转动。
在本发明的一实施例中，在背压调节阀7和螺杆膨胀机4出口管线之间设置旁路调节阀8；当螺杆膨胀机4停止运行时，二氧化碳分离装置5排出的气体越过螺杆膨胀机4直接进入下游管网；在螺杆膨胀机4出口设置止回阀13，避免气体倒流进入螺杆膨胀机4。
所述螺杆压缩机1、电动机2、离合器3、螺杆膨胀机4采用同轴串联布置；所述螺杆压缩机采用喷液双螺杆压缩机；所述电动机采用双出轴结构；所述螺杆膨胀机采用双螺杆无油膨胀机。所述离合器3可以采用超越型离合器，当螺杆膨胀机4转速高于电动机转速，离合器自动投入，当螺杆膨胀机4转速低于电动机2转速，离合器3自动脱开。
图2为本发明另一实施例中气体压缩能量回收***的组成示意图；请参阅图2，在本发明的另一实施例中，所述气体压缩能量回收***包括至少一第二螺杆压缩机及至少一第二电动机，各第二电动机连接对应第二螺杆压缩机；所述第二螺杆压缩机的出气端均连接至所述气体分离装置，从而将多台单独压缩机气体并联进入螺杆膨胀机进行能量回收。
本发明进一步揭示一种上述气体压缩能量回收***的能量回收方法，所述能量回收方法包括：
混合气体输送至螺杆压缩机的输入端，混合气体经过螺杆压缩机压缩后输出至气体分离装置的输入端；气体分离装置将混合气体分离为第一气体及第二气体，将第一气体通过第一排气口输出，将第二气体输入螺杆膨胀机推动螺杆膨胀机做功；
在螺杆膨胀机转速高于电动机转速的状态下，离合器自动投入，螺杆膨胀机通过离合器连接电动机，驱动电动机动作；在螺杆膨胀机转速低于电动机转速的状态下，离合器自动脱开。
在本发明能量回收***的一种使用场景中，螺杆压缩机1利用电动机将设定混合气体压缩后输出至所述气体分离装置5；所述气体分离装置5将混合气体分离为第一气体(如可以是二氧化碳气体)及第二气体，将第一气体通过第一排气口输出，将第二气体输入螺杆膨胀机4推动螺杆膨胀机4做功。在螺杆膨胀机4转速高于电动机2转速的状态下，离合器3自动投入，螺杆膨胀机4通过离合器3连接电动机2，驱动电动机2动作；在螺杆膨胀机4转速低于电动机2转速的状态下，离合器3自动脱开。本发明可以利用螺杆膨胀机带动螺杆压缩机动作，从而节省能源。
综上所述，本发明提出的气体压缩能量回收***及回收方法，可提高高炉尾气二氧化碳分离循环利用效率，降低设备投资，节约设备占地；此外，本发明可以利用螺杆膨胀机带动螺杆压缩机动作，从而节省能源。
需要注意的是，本申请可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施；例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一些实施例中，本申请的软件程序可以通过处理器执行以实现上文步骤或功能。同样地，本申请的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中；例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本申请的一些步骤或功能可采用硬件来实现；例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (8)
1.一种气体压缩能量回收***，其特征在于，所述***包括：螺杆压缩机、电动机、离合器、螺杆膨胀机及气体分离装置；
所述电动机设有两个输出轴，所述电动机通过第一输出轴连接所述螺杆压缩机，所述电动机的第二输出轴通过离合器连接螺杆膨胀机；
所述螺杆压缩机的输入端接收混合气体，混合气体经过螺杆压缩机压缩后输出至所述气体分离装置的输入端；所述气体分离装置将混合气体分离为第一气体及第二气体，将第一气体通过第一排气口输出，将第二气体输入螺杆膨胀机推动螺杆膨胀机做功；
在螺杆膨胀机转速高于电动机转速的状态下，离合器自动投入，螺杆膨胀机通过离合器连接电动机，驱动电动机动作；在螺杆膨胀机转速低于电动机转速的状态下，离合器自动脱开。
2.根据权利要求1所述的气体压缩能量回收***，其特征在于：
所述气体压缩能量回收***进一步包括压力变送器、背压调节阀及主控电路；
所述气体分离装置的输入端连有压力变送器，所述气体分离装置的输出端连接背压调节阀；
所述主控电路根据压力变送器输出的数据控制背压调节阀的工作，从而控制气体分离装置的操作压力和螺杆压缩机的工作背压，进而实时控制气体的分离效率和装置的能耗水平。
3.根据权利要求2所述的气体压缩能量回收***，其特征在于：
所述气体压缩能量回收***进一步包括进口调节阀、先导调节阀、快关阀、转速传感器；
所述螺杆膨胀机出轴端设置转速传感器，所述螺杆膨胀机的进口端设置进口调节阀、先导调节阀、快关阀；
所述进口调节阀、先导调节阀并联设置后通过快关阀连接所述螺杆膨胀机的进口端，通过进口调节阀、先导调节阀的并联组合根据转速传感器控制螺杆螺杆膨胀机的转速缓慢变化，实现螺杆膨胀机缓慢平稳操作；
当需要停止螺杆膨胀机转动运行时，通过快关阀紧急切断气源，迅速使得螺杆螺杆膨胀机停止转动。
4.根据权利要求3所述的气体压缩能量回收***，其特征在于：
在背压调节阀和螺杆膨胀机出口管线之间设置旁路调节阀；当螺杆膨胀机停止运行时，二氧化碳分离装置排出的气体越过螺杆膨胀机直接进入下游管网；在螺杆膨胀机出口设置止回阀，避免气体倒流进入螺杆膨胀机。
5.根据权利要求1所述的气体压缩能量回收***，其特征在于：
所述气体压缩能量回收***包括至少一第二螺杆压缩机及至少一第二电动机，各第二电动机连接对应第二螺杆压缩机；所述第二螺杆压缩机的出气端均连接至所述气体分离装置。
6.根据权利要求1所述的气体压缩能量回收***，其特征在于：
所述螺杆压缩机、电动机、离合器、螺杆膨胀机采用同轴串联布置；所述螺杆压缩机采用喷液双螺杆压缩机；所述电动机采用双出轴结构；所述螺杆膨胀机采用双螺杆无油膨胀机。
7.根据权利要求1所述的气体压缩能量回收***，其特征在于：
所述离合器采用超越型离合器。
8.一种权利要求1至7任一所述气体压缩能量回收***的能量回收方法，其特征在于，所述能量回收方法包括：
混合气体输送至螺杆压缩机的输入端，混合气体经过螺杆压缩机压缩后输出至气体分离装置的输入端；气体分离装置将混合气体分离为第一气体及第二气体，将第一气体通过第一排气口输出，将第二气体输入螺杆膨胀机推动螺杆膨胀机做功；
在螺杆膨胀机转速高于电动机转速的状态下，离合器自动投入，螺杆膨胀机通过离合器连接电动机，驱动电动机动作；在螺杆膨胀机转速低于电动机转速的状态下，离合器自动脱开。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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