[发明专利]一种制氧工序余热梯级利用系统及方法

说明书

本发明涉及钢铁行业节能技术领域，尤其涉及一种制氧工序余热梯级利用系统及方法。包括空压机一级压缩、空压机二级压缩、空压机三级压缩、一级换热器、二级换热器、三级换热器、制氧机、制冷用户、供暖用户、热泵机组、冷却塔、给水池、高温蓄水槽、低温液体换热器、流量计和以上设备之间连接的各种阀门。一种制氧工序余热梯级利用方法包含两种运行模型，一是低温换热器非运行模式；二是低温换热器运行模式。实现了制氧工序余热能够梯级用于氧气工序的生产、生活供热，利用空压机余热有效适应了热用户的需求波动。

技术领域

本发明涉及钢铁行业节能技术领域，尤其涉及一种制氧工序余热梯级利用系统及方法。

背景技术

钢铁企业在冶炼生产过程中需要大量高纯氧气、氮气等能源介质，因此大型钢铁企业通常有自己的制氧生产工序，拥有多台制氧机及氧气管网，制氧机生产的氧气通过管网送给各个耗氧用户；当制氧工序中某台制氧机出现跳机故障，所生产氧气量无法满足下游耗氧用户需求时，会造成氧气管网压力不足，制氧机的跳机故障一般最长需要15～20小时进行恢复；为保证下游耗氧用户生产稳定，生产厂通常会备有多台液氧罐用于存储大量液氧，当氧气管网压力不足时可将液氧罐中备用存放的液氧加热成常温气体输送到氧气管网中，即通过热源加热方式将液氧从零下183℃加热升温至20℃送入管网供给耗氧用户。由于对低温液氧的加热属于非计划、间歇式加热，而且瞬间加热量大。目前，国内大多氧气厂采用水浴式换热方式对液氧进行加热，加热热源一般为蒸汽，这种加热方式会消耗大量高品质能源，增加企业生产成本。

在制氧生产过程中有多台空压机；空压机在运行时，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占很小的一部分，约15％左右。约85％的耗电转化为热量存在于压缩气体中，并通过风冷或者水冷的方式排放到空气中去。如果将压缩气体的这部分余热加以回收，就近用于氧气工序的生产、生活供热，即可以提高能源利用效率，又可以减低企业成本；同时也有利于减少燃煤量，降低燃煤对环境的污染。

目前，国内针对制氧工序的空压机余热回收及利用开展了多项研究与应用。通过查新，检索到一些相关的专利，如专利CN106762557A公开一种基于空压机余热回收的智能供热水设备；该发明通过在换热器与热用户之间增加缓存储热设备实现了智能供热水。该方法虽然实现了供热系统的稳定性，但中间换热、储热设备过多造成系统的热损失较大。专利CN108150422A公开了空压机余热回收利用系统，该系统通过回收空压机余热以热水方式驱动溴化锂吸收式冷水机组制取冷水；但对于驱动溴化锂吸收式冷水机组后的热水(一般在70℃～75℃左右)没有利用，使其能源利用率较低。专利CN107178934A公开一种空压机余热深度回收利用系统，该系统的空压机三级压缩分别经过三级换热，换热后高温水进入余热取热装置经过再次换热转化为高温余热水进入余热深度回收利用系统；该系统没有提及空压机一级压缩后空气温度较低，余热回收后无法有效利用的问题。

综上所述，制氧工序余热在利用系统及方法还存在一些问题。主要体现在，现有制氧工序空压机余热利用系统、方法没有考虑到实际运行中空压机一级压缩后空气温度较低，余热回收后无法有效利用；同时对于空压机余热回收如何有效适应热用户需求波动上，没有给解决方案。而且制氧工序余热资源在回收后主要用于生活供热，而生活供热通常受到供热量及供热半径限制，无法充分利用制氧工序的大量余热资源。因此，探寻更加实用有效的制氧工序余热梯级利用系统及方法，使得制氧工序余热能够就近充分用于氧气工序的生产、生活供热是非常必要的。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种制氧工序余热梯级利用系统及方法。实现了制氧工序余热能够梯级用于氧气工序的生产、生活供热，利用空压机余热有效适应了热用户的需求波动。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：