[发明专利]冷却气体压缩机进口气体的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压缩机的辅助设备，尤其涉及一种冷却气体压缩机进口气体的系统和方法。

背景技术

空气或其它工质的压缩机每一级的功耗在压比一定的情况下与进口绝对温度成正比；如进口温度降低10％，则能耗降低10％。这是任何气动设计改进、压缩机驱动系统优化都难以实现的。常用多级工业压缩机级后排气温度一般为100℃左右，为了降低下一级的能耗一般采用级间冷却系统。现有冷却系统采用环境水将上一级排气温度降低到环境温度，然后冷却后的气体进入到下一级，被进一步压缩。

现有级后余热一般被排放到大气中，不仅造成能源浪费，而且造成热污染。采用ORC余热发电是当前利用超低温余热(余热温度在90～110℃之间)的一种方法，但发电效率极低，一次性投入成本极高(约为15000元/kW)。发出的电由于不稳定，难以并入大电网，常被称为垃圾电。

降低压缩机进口气体温度的一种可选方法是利用电机驱动的制冷设备来实现，但由于制冷压缩机需要在高速运行，需要增速齿轮箱将工频电机的转速提高后才能驱动压缩机。这种方式造成了两个问题，一是齿轮箱的机械传动损失及高速齿轮旋转引起润滑油旋转的鼓风损失；二是润滑油进入制冷剂引起换热器性能降低，还需要额外的设备进行制冷剂和润滑油的分离。

利用余热的另一种方法是溴化锂吸收式制冷。吸收式制冷的COP很低，在上述温度条件下COP难以达到1.0(ARI工况下，离心水冷机组的COP已经超过7.0)。溴化锂属于盐类，对换热器有腐蚀作用，需要采用昂贵的材料，维修周期短。经常吸收式制冷机的寿命比压缩机还短。

综上可以看出，现有技术中还不存在能对压缩机的级后余热进行有效利用的方法和系统。

发明内容

本发明目的是提供一种冷却气体压缩机进口气体的系统和方法，其能降低气体压缩机各级进口气体温度，且能在不消耗额外动力的条件下把气体压缩机的各级进口温度降低到低压环境的温度，显著降低压缩机的功耗。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种冷却气体压缩机进口气体的系统，包括高压蒸发器、ORC透平、ORC压缩机、冷凝器、高压减压阀、低压减压阀、低压蒸发器、经济器和加压泵；

所述高压蒸发器、低压蒸发器和经济器均包括制冷剂入口、制冷剂出口、被冷却介质入口和被冷却介质出口；

所述冷凝器包括制冷剂入口、制冷剂出口、冷却介质入口和冷却介质出口；

所述高压蒸发器的被冷却介质入口连接于所述气体压缩机的排气口；

所述高压蒸发器的制冷剂出口连接于所述ORC透平的进气口；

所述ORC透平的排气口连接于所述冷凝器的制冷剂入口；

所述ORC透平驱动所述ORC压缩机旋转；

所述ORC压缩机的排气口连接于所述冷凝器的制冷剂入口；

所述冷凝器的制冷剂出口分别连接于所述高压减压阀的入口和加压泵的入口；

所述加压泵的出口连接于所述高压蒸发器的制冷剂入口；

所述高压减压阀的出口连接于所述经济器的制冷剂入口；

所述经济器的制冷剂出口连接于所述低压减压阀的入口；

所述经济器的制冷剂出口还连接于所述ORC压缩机的进气口；

所述低压减压阀的出口连接于所述低压蒸发器的制冷剂入口；

所述低压蒸发器的制冷剂出口连接于所述ORC压缩机的进气口；

所述经济器的被冷却介质出口连接于所述低压蒸发器的被冷却介质入口；

所述低压蒸发器的被冷却介质出口连接于所述气体压缩机的进气口。

本发明解决技术问题还采用如下技术方案：一种冷却多级压缩机进口气体的系统，包括高压蒸发器、ORC透平、ORC压缩机、冷凝器、高压减压阀、低压减压阀、低压蒸发器、经济器、加压泵和水冷却器；

所述高压蒸发器、低压蒸发器和经济器均包括制冷剂入口、制冷剂出口、被冷却介质入口和被冷却介质出口；

所述冷凝器包括制冷剂入口、制冷剂出口、冷却介质入口和冷却介质出口；

所述水冷却器包括被冷却介质入口、被冷却介质出口、冷却介质入口和冷却介质出口；

所述高压蒸发器的被冷却介质入口连接于多级压缩机的级出口；

所述高压蒸发器的被冷却介质出口连接于所述水冷却器被冷却介质的入口；

所述高压蒸发器的制冷剂出口连接于所述ORC透平的进气口；

所述ORC透平的排气口连接于所述冷凝器的制冷剂入口；

所述ORC透平驱动所述ORC压缩机旋转；