本发明属于压缩空气系统技术领域，尤其是涉及一种压缩空气系统节能装置及其使用方法。
背景技术：
压缩空气广泛应用于生产过程。为获得压缩空气，需要动力驱动压缩机运转，消耗一定量的能源。而根据热力学原理，压缩机进口空气温度越高，单位质量的空气消耗的压缩功就越多，能耗就越高。此外，同样根据热力学原理和工程实践，空气被压缩后，温度显著升高，压缩比较高时，温度会升高到影响压缩机安全运行的程度。为降低压缩机能耗，同时也为保护压缩机，工程上在获得压缩空气时，常采用多级压缩、中间冷却的方法，使压缩过程接近等温压缩，压缩机每一级进气温度都被冷却到接近常温，从而降低压缩功耗，节约能源。此外，由于空气中含有水蒸汽，压缩过程中空气中的水蒸汽也连同空气一同被压缩，然后在冷却过程中大部分水蒸汽冷凝成液体排出，但是在空气压缩过程中，水蒸汽也一同被压缩，白白消耗了压缩功。因此，在压缩空气系统中，对压缩机进气进行冷却、降温，同时却除其中所含的部分水蒸汽，可以从两个方面降低压缩机功耗，节约能源。由于冷却塔等自然冷源不能提供温度足够低的冷却水，因此压缩空气系统中常规的冷却措施效果有限，为进一步提高冷却效果，降低压缩空气系统能耗，有必要采用温度更低的冷源对空气进行冷却。但为获得低于自然冷源的低温也需要消耗能源，这就成为矛盾。
为了解决现有技术存在的问题，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种螺杆式空气压缩机热能回收利用节能系统[申请号：201320087924.0]，包括：螺杆式空气压缩机和热交换器；进口和螺杆式空气压缩机连通，第一出口和热交换器连通的第一温控阀，第一温控阀的第二出口和螺杆式空气压缩机连通；与热交换器连通的风冷却器，风冷却器的出口与螺杆式空气压缩机连通；供水装置，通过电磁阀与热交换器的进水口相连通，当螺杆式空气压缩机工作时，电磁阀开启；保温水箱，与热交换器的出水口连通等。
上述的方案在一定程度上改进了现有技术的部分问题，但是，该方案还至少存在以下缺陷：只采用风冷却器进行冷却，冷却效果差、压缩功耗大等问题。
技术实现要素：
本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，降低压缩空气生产能耗的压缩空气系统节能装置。
本发明的第二个目的是针对上述问题，提供一种设计合理，使用效果好的压缩空气系统节能装置的使用方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本发明的压缩空气系统节能装置，包括与压缩机组连接的换热机组，换热机组分别与流有高温冷却流体的高温冷却流体通道组件和流有低温冷却流体的低温冷却流体通道组件连接，低温冷却流体通道组件、高温冷却流体通道组件分别与多级制冷结构双向连接，压缩机组的进气端设有空气预处理结构，空气预处理结构与多级制冷结构双向连接。高温冷却流体通道组件、低温冷却流体通道组件和空气预处理结构分别与多级制冷结构连接，提高了对压缩空气的温度和湿度控制，降低了压缩空气过程中所消耗的能耗。
在上述的压缩空气系统节能装置中，多级制冷结构包括与高温冷却流体通道组件双向连接的发生器，发生器与吸收器双向连接，发生器单向连接于冷凝器，冷凝器单向连接于蒸发器，蒸发器双向连接于空气预处理结构，蒸发器双向连接于低温冷却流体通道组件，蒸发器单向连接于吸收器。由发生器、吸收器、冷凝器和蒸发器组成的多级制冷结构提高了高温冷却流体、低温冷却流体和进入压缩机组之前的空气的冷却处理效果。
在上述的压缩空气系统节能装置中，发生器和吸收器之间连有分别与发生器、吸收器双向连接的溶液热交换器，溶液热交换器和吸收器之间设有至少一个溶液泵。溶液热交换器的设置进一步提高了对高温冷却流体热量的吸收。
在上述的压缩空气系统节能装置中，冷凝器和蒸发器之间串接有至少一个调节阀和至少一个膨胀阀。通过调节阀的节流作用和膨胀阀的降压作用方便了多级制冷结构中的工质的流量、流速的调节操作。
在上述的压缩空气系统节能装置中，空气预处理结构包括依次相连的过滤网、表冷器和挡水板，表冷器与多级制冷结构双向连接，表冷器与多级制冷结构之间设有至少一个第一循环水泵；高温冷却流体通道组件与多级制冷结构之间设有至少一个第二循环水泵；压缩机组包括若干个顺序排列的空气压缩机，换热机组包括设于每空气压缩机的出气端的换热器，空气压缩机与换热器一一对应设置，换热机组的两端和换热器之间分别通过法兰串接，相连接的两个所述的法兰之间夹设有连接面垫片。过滤网、表冷器和挡水板的设置提高了未压缩空气的质量，为压缩机组进一步降低了功耗提供了保障，连接面垫片的设置以防止不同管程的冷却流体混合。
在上述的压缩空气系统节能装置中，低温冷却流体通道组件与多级制冷结构的双向连接中的低温冷却流体流往多级制冷结构方向的连接中接有至少一个冷却器和至少一个第一循环水泵。冷却器和第一循环水泵的设置进一步降低了低温冷却流体的温度。
在上述的压缩空气系统节能装置中，高温冷却流体通道组件包括连接换热机组进口端的高温冷却流体进口接管、连接换热机组出口端的高温冷却流体出口接管和穿设于换热机组内部的串联式高温冷却流体多管程件，串联式高温冷却流体多管程件的两端分别连接于高温冷却流体进口接管、高温冷却流体出口接管的一端，高温冷却流体进口接管、高温冷却流体出口接管的另一端之间连有多级制冷结构；低温冷却流体通道组件包括连接换热机组进口端的低温冷却流体进口接管、连接换热机组出口端的低温冷却流体出口接管和穿设于换热机组内部的串联式低温冷却流体多管程件，串联式低温冷却流体多管程件的两端分别连接低温冷却流体进口接管、低温冷却流体出口接管的一端，低温冷却流体进口接管、低温冷却流体出口接管的另一端之间连有多级制冷结构。串联式高温冷却流体多管程件和串联式低温冷却流体多管程件的设置提高了空间利用率，同时冷却效果得到进一步提高。
在上述的压缩空气系统节能装置中，串联式高温冷却流体多管程件包括若干个由至少一块隔板分隔开的高温冷却流体布管通道，所有的高温冷却流体布管通道前后串接在一起，串联式高温冷却流体多管程件上位于高温冷却流体进入端的高温冷却流体布管通道与高温冷却流体进口接管密封连通、位于高温冷却流体排出端的高温冷却流体布管通道与高温冷却流体出口接管密封连通；串联式低温冷却流体多管程件包括若干个由至少一块隔板隔开的低温冷却流体布管通道，所有的低温冷却流体布管通道前后串接在一起，串联式低温冷却流体多管程件上位于低温冷却流体进入端的低温冷却流体布管通道与低温冷却流体进口接管密封连通、位于低温冷却流体排出端的低温冷却流体布管通道与低温冷却流体出口接管密封连通。高温冷却流体布管通道和低温冷却流体布管通道由隔板分割开，结构简单，制造方便。
本压缩空气系统节能装置的使用方法，本方法包括下述步骤：
一、空气预处理：进入压缩机组的空气在进入之前先进入空气预处理结构进行降温、除湿处理；二、换热：让压缩机组中的压缩后的空气进入换热机组进行降温、除湿处理，使压缩后的空气与压缩前的空气保持等温，同时低温冷却流体通道组件中流动的低温冷却流体、高温冷却流体通道组件中流动的高温冷却流体通过换热处理后获得较高的温度；三、多级冷却：从低温冷却流体通道组件中流出的低温冷却流体、高温冷却流体通道组件中流出的高温冷却流体分别流入多级制冷结构进行冷却处理,经冷却处理的低温冷却流体和高温冷却流体重新流入换热机组，进入步骤二。步骤一的处理提高了未压缩空气的质量，步骤二和步骤三的处理提高了压缩机组中被压缩的空气的热量交换率，降低了压缩功耗。
上述的压缩空气系统节能装置的使用方法中，步骤三中，低温冷却流体通道组件中的低温冷却流体在流入多级制冷结构之前，先进入冷却器进行冷却处理。进一步提高了低温冷却流体的冷却效果。
与现有技术相比，本压缩空气系统节能装置及其使用方法的优点在于：换热机组内由于穿设有分别与多级制冷结构连接的流有高温冷却流体的高温冷却流体通道组件和流有低温冷却流体的低温冷却流体通道组件，大大提高了压缩空气热量的吸收率，从而使压缩机组进气得到冷却、除湿，降低了压缩能耗。
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1提供了本发明实施例中的工作原理图。
图2提供了本发明实施例中的低温冷却流体冷却的工作原理图。
图3提供了本发明实施例中的串联式高温冷却流体多管程件为3回程且串联式低温冷却流体多管程件为5回程的压缩机组和换热机组的结构示意图。
图4是沿着图3的线A-A观察到的剖视图。
图5是沿着图3的线B-B观察到的剖视图。
图6是沿着图3的线C-C观察到的剖视图。
图7是沿着图3的线D-D观察到的剖视图。
图8是沿着图3的线E-E观察到的剖视图。
图9是沿着图3的方向F观察到的视图。
图10提供了本发明实施例中的串联式高温冷却流体多管程件为3回程且串联式低温冷却流体多管程件为3回程的压缩机组和换热机组的结构示意图。
图11是沿着图10的线A-A观察到的剖视图。
图12是沿着图10的线B-B观察到的剖视图。
图13是沿着图10的线C-C观察到的剖视图。
图14是沿着图10的线D-D观察到的剖视图。
图15是沿着图10的线E-E观察到的剖视图。
图16是沿着图10的方向F观察到的视图。
图中，发生器44、吸收器33、冷凝器11、蒸发器22、溶液热交换器88、溶液泵35、调节阀6、膨胀阀7、过滤网8、表冷器9、挡水板10、第一循环水泵25、第二循环水泵55、空气压缩机c、换热器h、法兰cf、冷却器66、高温冷却流体进口接管g1、高温冷却流体出口接管g2、低温冷却流体进口接管G1、低温冷却流体出口接管G2、隔板B、高温冷却流体布管通道t、低温冷却流体布管通道T。
具体实施方式
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。
如图1至16所示，本压缩空气系统节能装置，包括与压缩机组连接的换热机组，换热机组分别与流有高温冷却流体的高温冷却流体通道组件和流有低温冷却流体的低温冷却流体通道组件连接，低温冷却流体通道组件、高温冷却流体通道组件分别与多级制冷结构双向连接，压缩机组的进气端设有空气预处理结构，空气预处理结构与多级制冷结构双向连接，高温冷却流体通道组件、低温冷却流体通道组件和空气预处理结构分别与多级制冷结构连接，提高了对压缩空气的温度和湿度控制，降低了压缩空气过程中所消耗的能耗。
具体地，这里的多级制冷结构包括与高温冷却流体通道组件双向连接的发生器44，发生器44与吸收器33双向连接，发生器44单向连接于冷凝器11，冷凝器11单向连接于蒸发器22，冷凝器11双向连接于空气预处理结构，蒸发器22双向连接于低温冷却流体通道组件，蒸发器22单向连接于吸收器33，由发生器44、吸收器33、冷凝器11和蒸发器22组成的多级制冷结构提高了高温冷却流体、低温冷却流体和进入压缩机组之前的空气的冷却处理效果；这里的发生器44和吸收器33之间连有分别与发生器44、吸收器33双向连接的溶液热交换器88，溶液热交换器88和吸收器33之间设有至少一个溶液泵35，溶液热交换器88的设置进一步提高了对高温冷却流体热量的吸收；这里的冷凝器11和蒸发器22之间串接有至少一个调节阀6和至少一个膨胀阀7，通过调节阀6的节流作用和膨胀阀7的降压作用方便了多级制冷结构中的工质的流量、流速的调节操作；这里的空气预处理结构包括依次相连的过滤网8、表冷器9和挡水板10，表冷器9与多级制冷结构双向连接，表冷器9与多级制冷结构之间设有至少一个第一循环水泵25；高温冷却流体通道组件与多级制冷结构之间设有至少一个第二循环水泵55；压缩机组包括若干个顺序排列的空气压缩机c，换热机组包括设于每空气压缩机c的出气端的换热器h，空气压缩机c与换热器h一一对应设置，换热机组的两端和换热器h之间分别通过法兰cf串接，相连接的两个所述的法兰cf之间夹设有连接面垫片，过滤网8、表冷器9和挡水板10的设置提高了未压缩空气的质量，为压缩机组进一步降低了功耗提供了保障，连接面垫片的设置以防止不同管程的冷却流体混合。
进一步地，这里的低温冷却流体通道组件与多级制冷结构的双向连接中的低温冷却流体流往多级制冷结构方向的连接中接有至少一个冷却器66和至少一个第一循环水泵25，冷却器66和第一循环水泵25的设置进一步降低了低温冷却流体的温度；这里的高温冷却流体通道组件包括连接换热机组进口端的高温冷却流体进口接管g1、连接换热机组出口端的高温冷却流体出口接管g2和穿设于换热机组内部的串联式高温冷却流体多管程件，串联式高温冷却流体多管程件的两端分别连接于高温冷却流体进口接管g1、高温冷却流体出口接管g2的一端，高温冷却流体进口接管g1、高温冷却流体出口接管g2的另一端之间连有多级制冷结构；低温冷却流体通道组件包括连接换热机组进口端的低温冷却流体进口接管G1、连接换热机组出口端的低温冷却流体出口接管G2和穿设于换热机组内部的串联式低温冷却流体多管程件，串联式低温冷却流体多管程件的两端分别连接低温冷却流体进口接管G1、低温冷却流体出口接管G2的一端，低温冷却流体进口接管G1、低温冷却流体出口接管G2的另一端之间连有多级制冷结构，串联式高温冷却流体多管程件和串联式低温冷却流体多管程件的设置提高了空间利用率，同时冷却效果得到进一步提高；这里的串联式高温冷却流体多管程件包括若干个由至少一块隔板B分隔开的高温冷却流体布管通道t，所有的高温冷却流体布管通道t前后串接在一起，串联式高温冷却流体多管程件上位于高温冷却流体进入端的高温冷却流体布管通道t与高温冷却流体进口接管g1密封连通、位于高温冷却流体排出端的高温冷却流体布管通道t与高温冷却流体出口接管g2密封连通；串联式低温冷却流体多管程件包括若干个由至少一块隔板B隔开的低温冷却流体布管通道T，所有的低温冷却流体布管通道T前后串接在一起，串联式低温冷却流体多管程件上位于低温冷却流体进入端的低温冷却流体布管通道T与低温冷却流体进口接管G1密封连通、位于低温冷却流体排出端的低温冷却流体布管通道T与低温冷却流体出口接管G2密封连通，高温冷却流体布管通道t和低温冷却流体布管通道T由隔板B分割开，结构简单，制造方便。
工作原理：
本装置运行时，压缩机组内的若干空气压缩机c依次压缩，换热机组内的与空气压缩机c一一对应的换热器h串联。第一个空气压缩机c排出的压缩空气首先进入第一个换热器h，在第一个换热器h内，压缩空气被两股流体冷却，其中高温冷却流体回收压缩空气热能用以驱动多级制冷结构，低温冷却流体进一步冷却压缩空气，降低其温度、湿度，压缩空气被第一个换热器h中的流体冷却后，进入第二个空气压缩机c继续压缩，温度、压力升高后排入第二个换热器h，在第二个换热器h内，压缩空气被两股流体冷却，其中来自第一个换热器h的高温冷却流体回收压缩空气热能用以驱动多级制冷结构，来自第一个换热器的低温冷却流体进一步冷却压缩空气，降低其温度、湿度，压缩空气被第二个换热器h中的流体冷却后，进入第三个空气压缩机c进一步压缩后排出，进入第三个换热器h，在第三个换热器h内，压缩空气被两股流体冷却，其中来自第二个换热器h的高温冷却流体回收压缩空气热能用以驱动多级制冷结构，来自第二个换热器的低温冷却流体进一步冷却压缩空气，降低其温度、湿度，之后压缩空气去后处理装置，高温冷却流体依次流经三个换热器h，吸收压缩空气高温部分热能后，由第二循环水泵55打入发生器44，在发生器44内的浓度低的工质吸热后蒸发，产生的蒸汽进入冷凝器11，被冷凝器11中的冷却水冷却凝结为液体后经调节阀6再经膨胀阀7节流降压后进入蒸发器22，喷淋在蒸发器22内经蒸发吸热，产生制冷效应，冷却蒸发器22内的冷媒水，同时浓度低的工质由于在发生器44内吸热蒸发，浓缩成为浓度高的工质后，其经溶液热交换器88与来自吸收器33的浓度低的工质换热后，由溶液泵35打入吸收器33，喷淋在吸收器33内，吸收来自蒸发器22的冷剂蒸汽，吸收冷剂蒸汽后，成为浓度低的工质，浓度低的工质经溶液热交换器88与来自发生器44的高温的浓度高的工质换热后，进入发生器33浓缩，同时位于表冷器9中的冷媒水经第一循环水泵25打入蒸发器22中，被蒸发器22内的来自冷凝器11的冷剂水吸热后冷却，温度降低后，再次进入表冷器9，而为压缩的外界空气在进入压缩机组之前先经过空气预处理结构内的滤网8过滤去除杂质后，再流经表冷器9，与表冷器内的冷媒水换热后，温度、湿度均降低，再流经挡水板10后，进入压缩机组内的若干个呈依次排列的空气压缩机c进行多次压缩；如图2所示，位于低温冷却流体通道组件内的低温冷却流体流经换热机组后，冷却了压缩空气，其温度升高后，先进入冷却器66，被初步冷却后再经第一循环水泵25打入蒸发器22，被进一步冷却降温后，再次进入换热机组，冷却压缩空气；高温冷却流体的流动路线为先是通过高温冷却流体进口接管g1进入串联式高温冷却流体多管程件中的若干个串接在一起的高温冷却流体布管通道t内，然后进入高温冷却流体出口接管g2，接着从高温冷却流体出口接管g2流出并再次进入高温冷却流体进口接管g1，从而形成一个循环回路，同理低温冷却流体的流动路线为先是通过低温冷却流体进口接管G1进入串联式低温冷却流体多管程件中的若干个串接在一起的低温冷却流体布管通道T内，然后进入低温冷却流体出口接管G2，接着从低温冷却流体出口接管G2流出并再次进入低温冷却流体进口接管G1内，从而形成另一个循环回路。
本压缩空气系统节能装置的使用方法，包括下述步骤：一、空气预处理：进入压缩机组的空气在进入之前先进入空气预处理结构进行降温、除湿处理；二、换热：让压缩机组中的压缩后的空气进入换热机组进行降温、除湿处理，使压缩后的空气与压缩前的空气保持等温，同时低温冷却流体通道组件中流动的低温冷却流体、高温冷却流体通道组件中流动的高温冷却流体通过换热处理后获得较高的温度；三、多级冷却：从低温冷却流体通道组件中流出的低温冷却流体、高温冷却流体通道组件中流出的高温冷却流体分别流入多级制冷结构进行冷却处理,经冷却处理的低温冷却流体和高温冷却流体重新流入换热机组，进入步骤二，步骤一的处理提高了未压缩空气的质量，步骤二和步骤三的处理提高了压缩机组中被压缩的空气的热量交换率，降低了压缩功耗，
进一步地，步骤三中，低温冷却流体通道组件中的低温冷却流体在流入多级制冷结构之前，先进入冷却器66进行冷却处理，进一步提高了低温冷却流体的冷却效果。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了发生器44、吸收器33、冷凝器11、蒸发器22、溶液热交换器88、溶液泵35、调节阀6、膨胀阀7、过滤网8、表冷器9、挡水板10、第一循环水泵25、第二循环水泵55、空气压缩机c、换热器h、法兰cf、冷却器66、高温冷却流体进口接管g1、高温冷却流体出口接管g2、低温冷却流体进口接管G1、低温冷却流体出口接管G2、隔板B、高温冷却流体布管通道t、低温冷却流体布管通道T等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。