[发明专利]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

说明书

技术领域

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

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 ℃）的能量需要回收以及气体压缩机的进气需要高效冷却。

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，Organic Rankine 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。

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℃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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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；