利用高压低温流体发电及回收低品位废热和冷却压缩机进口气体的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用高压低温流体发电及回收低品位废热和冷却压缩机进口气体的方法和系统。
【背景技术】
[0002]在钢铁，石油石化企业和工业园区内有很多高压低温流体(气体，液体)源，如空气分离制氧装置排出的氮气等，现在这些高温低压流体源多数是没有利用而被直接排到环境中的，造成很大的能量损失，同时在这些企业和工业园区中有大量低品位废热源(温度〈150 °C)的能量需要回收以及气体压缩机的进气需要高效冷却。
[0003]回收低品位废热能量是件困难的事，通常是用有机朗肯循环(ORC，OrganicRankine Cycle)来转换低品位废热能量到电能或制冷，如专利号为201420082166.8，名称为一种非恒定废热双级有机朗肯循环发电系统的中国专利。但是有机朗肯循环设备的初始投资很高(约15000元/kwh)，现阶段很难推广应用。这样的低品位废热直接排到环境造成大量能量浪费也会引起严重的热污染。
[0004]气体压缩机压缩气体时，如从空气制氧过程，空气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90°C左右，为了降低下一级的能耗一般采用级间冷却系统。现有冷却系统采用具有环境温度的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。
[0005]综上可以看出，现有技术中还不存在回收高压低温流体能量发电同时回收低品位废热和冷却压缩机进口气体的方法和系统。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种利用高压低温流体发电及回收低品位废热和冷却压缩机进口气体的方法和系统，能有效利用高压低温流体能量发电，同时回收低品位废热及冷却压缩机进口气体进一步显著降低压缩机的功耗。
[0007]本发明解决上述问题所采用的技术方案是:一种利用高压低温流体发电及回收低品位废热和冷却压缩机进口气体的方法，其特征在于:包括膨胀发电过程，回收低品位废热过程和冷却压缩机进口气体过程；a、膨胀发电过程为:将高压低温流体送入膨胀机，经膨胀机做功后流体内能转换为旋转机械能，然后发电装置利用该旋转机械能发电，再经电力输出装置输出；
b、回收低品位废热过程为:将低品位废热送入冷却换热器，冷却换热器中的低品位废热和预热换热器中的高压低温气体换热，冷却换热器中的低品位废热把热量传递给预热换热器中的高压低温气体；该高压低温流体为膨胀发电过程中的高压低温流体； C、冷却压缩机进口气体过程为:将压缩机进口气体送入冷却换热器，冷却换热器中的压缩机进口气体和预热换热器中的高压低温气体换热，冷却换热器中的压缩机进口气体把热量传递给预热换热器中的高压低温气体；该高压低温流体为膨胀发电过程中的高压低温流体；
其中，回收低品位废热过程和/或冷却压缩机进口气体过程与膨胀发电过程同时进行。
[0008]本发明回收低品位废热过程与膨胀发电过程同时进行时，低品位废热进入冷却换热器参与换热，高压低温流体进入预热换热器参与换热；高压低温流体被预热换热器加热后送入膨胀机进行发电。
[0009]本发明冷却压缩机进口流体过程与膨胀发电过程同时进行时，压缩机进口气体进入冷却换热器参与换热，高压低温流体进入预热换热器参与换热；高压低温流体被预热换热器加热后送入膨胀机进行发电或者变为低压常温流体排放出去。
[0010]本发明回收低品位废热过程和冷却压缩机进口气体过程与膨胀发电过程同时进行时，低品位废热进入一级冷却换热器，高压低温流体进入一级预热换热器，该级冷却换热器和该级预热换热器进行换热，高压低温流体被预热换热器加热后送入膨胀机进行发电；压缩机进口气体进入另一级冷却换热器，发电后的高压低温流体进入另一级预热换热器，该级冷却换热器和该级预热换热器进行换热，高压低温流体被预热换热器加热后送入膨胀机进行发电或者变为低压常温气体排放出去。
[0011]一种利用高压低温流体发电及回收低品位废热和冷却压缩机进口气体的系统，其特征在于:包括膨胀发电机构和换热机构；
膨胀发电机构包括膨胀机，发电装置和电力输出装置；膨胀机与发电装置连接；发电装置与电力输出装置连接；膨胀发电机构为两级以上时，这些膨胀发电机构依照高压低温流体的流动方向前后依次连接，前一级膨胀发电机构膨胀机的流体出口与后一级膨胀发电机构膨胀机的流体入口连通；
换热机构包括冷却换热器、预热换热器、泵和冷却环路；冷却换热器、预热换热器、泵依次设置在冷却环路中；冷却换热器中的流体与冷却环路中的流体换热，冷却环路中的流体与预热换热器中的流体换热，使得冷却换热器中的流体和预热换热器中的流体换热，冷却换热器中的流体把热量传递给预热换热器中的流体；换热机构为两级以上时，这些换热机构依照高压低温流体的流动方向前后设置；
换热机构的预热换热器与膨胀发电机构的膨胀机连接。
[0012]本发明所述的膨胀发电机构为两级，按照前后次序设为第一级膨胀发电机构和第二级膨胀发电机构；所述的换热机构为两级，按照前后次序设为第一级换热机构和第二级换热机构。
[0013]本发明第一级换热机构的冷却换热器的流体出口与第二级换热机构的冷却换热器的流体入口连通；第一级换热机构的预热换热器的流体出口与第一级膨胀发电机构的膨胀机的流体入口连通；第二级换热机构的预热换热器的流体入口与第一级膨胀发电机构的膨胀机的流体出口连通，第二级换热机构的预热换热器的流体出口与第二级膨胀发电机构的膨胀机的流体入口连通。
[0014]本发明第一级换热机构的预热换热器的流体进口与第一级膨胀发电机构的膨胀机的流体出口连通，第一级换热机构的预热换热器的流体出口与第二级膨胀发电机构的膨胀机的流体进口连通；第二级换热机构的预热换热器的流体入口与第二级膨胀发电机构的膨胀机的流体出口连通；第一级换热机构的冷却换热器的流体进口与第二级换热机构的冷却换热器的流体出口连通。
[0015]本发明第一级换热机构的预热换热器的流体出口与第一级膨胀发电机构的膨胀机的流体入口连通；第二级换热机构的预热换热器的流体入口与第二级膨胀发电机构的膨胀机的流体出口连通。
[0016]本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果:可以简单效率地回收高压低温的流体能量，同时效率回收了低品位的废热能量，以及将压缩机进口气体温度降低到低于环境的温度，进而显著降低了压缩机的电耗，可以根据实际情况有效地实施本发明到钢铁、石油石化及工业园区中即可带来显著的节能减排效果。
【附图说明】
[0017]图1为本发明实施例1的工作过程的结构示意图。
[0018]图2为本发明实施例2的工作过程的结构示意图。
[0019]图3为本发明实施例3的工作过程的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
[0021]参见图1?图3，本发明实施例的系统包括膨胀发电机构和换热机构。
[0022]膨胀发电机构包括膨胀机3、发电装置和电力输出装置4。
[0023]膨胀机3与发电装置连接；发电装置与电力输出装置4连接；这样就构成了一级膨胀发电机构。
[0024]膨胀发电机构为两级以上时，这些膨胀发电机构依照高压低温流体的流动方向前后依次连接，前一级膨胀发电机构膨胀机3的流体出口与后一级膨胀发电机构膨胀机3的流体入口连通，构成两级以上膨胀发电机构；将这些膨胀发电机构按照前后次序依次定义为第一级膨胀发电机构、第二级膨胀发电机构……第η级膨胀发电机构。本实施例中，膨胀发电机构为两级，构成两级膨胀发电机构。
[0025]可以根据高压低温流体的能量品质设计出一级或两级以上的膨胀发电机构。
[0026]以上两级膨胀发电机构的膨胀发