[发明专利]一种冷凝分离式气波增压装置与方法

说明书

本发明公开一种冷凝分离式气波增压装置与方法，属于气体射流实现引射增压的技术领域。该装置在大膨胀比工况下，可利用膨胀降温后的高压入射气体作为冷源，为装置最终产气进行冷凝脱湿；可直接回收高压入射气体膨胀所产生的压缩功对管内气体进行升压，并利用升压后的气体对低压气体进行引射增压，有效改善了直接利用高压气进行引射增压时效率低下等问题，实现高压气体能量的高效利用；利用单个转子完成冷源生产与引射增压过程，可节约装置制造成本，优化设备结构尺寸；喷嘴调节板等部件可实现装置喷嘴间偏角的外部调节，方便设备的安装与调试。本发明可广泛应用于煤层气等天然气资源的开采与净化等领域。

技术领域

本发明涉及一种冷凝分离式气波增压装置与方法，属于气体射流增压的技术领域。

背景技术

利用压力波实现气体间能量传递的气波技术是新型的压力能综合利用技术，主要应用于天然气的脱湿净化、低温气源的生产制造、低压煤层气井的开采、低压气增压集输等领域。利用高压气体压力能实现引射增压的传统设备有膨胀机-压缩机组、涡轮增压机以及静态引射器等。膨胀机-压缩机组及涡轮增压机等设备结构复杂、加工维护费用高且带液运行能力差，而静态引射器虽然为结构简单的静设备，但效率低，易造成大量的压力能浪费。

通过气波技术研制的气波增压机则具备设备机构简单，可带液运行等优点，并且相比于静态引射器高低压气体直接掺混的能量传递方式，气波增压机通过压力波进行能量交换，其等熵效率也相对更高。但目前已有气波增压机如专利轴流式射流气波增压器CN201220115597.0、径流式射流气波增压器CN201210081102.1等均存在大膨胀比工况下引射率、效率较低的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种冷凝分离式气波增压装置及其工作方法。针对现有技术中存在的问题，在大膨胀比工况下，先利用高压气体膨胀制造冷源，并回收部分其膨胀所产生的压缩功以获得用于引射的高压回气，待对被引射低压气完成引射增压后，利用高压气体膨胀所产生的冷源对中压产气进行冷凝脱湿，得到最终的中压干气，实现高压气体能量的高效利用。

本发明采用的技术方案是：

在传动轴的带动下，波转子在底座与中压支撑板间旋转，各振荡管下端依次与高压喷嘴接通，高压气射入振荡管内，使管内原有气体升温升压为高温气；待振荡管上端旋至与高温出气喷嘴接通时，高温气体依次经由振荡管上端开口、高温喷嘴调节板和高温出气喷嘴，喷射进入高温出气腔；高温气流出高温出气腔后，可通过高温出气调节阀调节其压力；高温出气流经调节阀后进入热量回收器释放热能，再进入高压回气腔成为高压回气；波转子继续旋转，振荡管下端与低温出气喷嘴接通时，高压气体膨胀做功转化而成的低温气体经由低温出气喷嘴排入低温出气腔；在驱动风机的带动下，低温出气进入气体换热器，释放冷量后进入低压回气腔，再进入振荡管内作为低压回气推动低温气体排出；波转子继续旋转，振荡管下端与高压回气喷嘴接通，此时高压回气腔内的高压回气射入振荡管内，压缩管内气体，使管内气体升压为中压产气；当振荡管旋转至与低压进气喷嘴接通时，低压进气腔内的低压进气被振荡管内高压气体膨胀后所形成的低压区抽吸进入振荡管内，实现对低压进气的引射；待振荡管继续旋至与中压产气喷嘴接通时，中压气体经由中压产气喷嘴、导流通道进入中压产气腔；中压气体从中压产气腔流出后进入气体换热器，利用低温出气在此释放的能量实现冷凝，在流经气液分离器时，中压产气完成脱湿，至此完成整个冷凝分离式气波增压流程。

当用于引射增压低压气体的高压气源压力远远大于低压被引射气体时，通过本发明所述冷凝式气波增压方法，可使用于引射增压的高压气源压力降低，且具体压力值还可通过高温出气调节阀进行控制，从而使引射增压过程可在效率较优的膨胀比下进行。本发明提供的冷凝式气波增压方法可克服传统气波增压器在大膨胀比下性能受限的缺陷，保证设备在较大膨胀比下具有较优的引射增压效果，提升设备的适用范围和等熵工作效率。本发明提供的冷凝气波增压方法还可以避免高压气体能量的浪费，高压气膨胀过程输出的能量被有效回收用于引射低压气体，而膨胀过程产生的冷量也被利用于设备最终产物的冷凝脱湿。