[发明专利]一种集成化多元气体供应系统

说明书

本发明公开了一种集成化多元气体供应系统，涉及气体供应设备技术领域，包括：富氧压缩组件包括依次连接的第一过滤器、富氧压缩机、第一后处理单元和富氧储气罐；空气分离组件包括依次连接的第二过滤器、第一空气压缩机、第二后处理单元、膜分离组件和富氮储气罐，富氧气体回流至富氧压缩组件；空气压缩组件包括依次连接的第三过滤器、第二空气压缩机、第三后处理单元和压缩空气储气罐；富氧溢流阀，经第一后处理单元处理过的富氧成品气输至富氧储气罐或者通过富氧溢流阀溢流至压缩空气储气罐；富氮溢流阀，富氮气体输至富氮储气罐或者通过富氮溢流阀溢流至压缩空气储气罐。本申请可同时供应富氧、富氮气体和压缩空气，且能耗低，运行效率高。

技术领域

本发明涉及气体供应设备技术领域，具体涉及一种集成化多元气体供应系统。

背景技术

目前，对于大多数涉及到燃烧工艺的流程工业，往往利用空气分离技术，如传统深冷空气分离、变压吸附(PSA)、真空变压吸附(VPSA)和膜法等技术建立起的气体供应站，以此来供应其所需的氧气、氮气、氩气等气体。然而，现有的气体供应站，大多数是以氧气与氮气为主供气，投资规范较大、运行单耗高、无法同时为用户提供大规模压缩空气，尤其是基于深冷法的气体供应站还存在运行费用高、维护费用高和安全要求高等缺陷。

同时，现有的气体供应站因存在调节范围窄，投资强度大、运维要求高，往往只能集中式建设，且需要配套架设相对复杂的管网实现远距离输送。但在实际使用过程中，大多数流程工业的终端用户往往都具有分散性，如钢铁行业，铁前工艺和钢后工艺属于不同的区段，这种分散性使得气体供应站在气体的供给与输配中需要配置复杂的管网。一方面，用户的用气量需求不一定是恒定的，大多数为周期性或者拟周期性甚至属于具有一定随机性的变化特征，需要的气体流量也不一定很大；另一方面压缩空气站与传统的空气分离站往往是独立建设。由此可知，传统集中式建设的大型气体供应站不可避免的会出现输配能耗高、跑冒滴漏多，难以适应多工况的自动调节。

此外，实际用户需求的复杂变化、用户分布的离散特征、富氧气体应用需求的日益增长，都对气体供应站提出了更高的要求，以此适应碳达峰碳中和的趋势。比如，以钢铁行业中的喷煤工艺为例，喷煤流程需要气体供应站提供富氮气体，来保持喷煤前煤粉处于多相流的沸腾状态，以确保喷煤的高效与稳定。同时喷煤工艺的喷枪需要压缩空气将煤粉喷出。由于喷煤工艺对煤粉的喷出特性有要求，所以其对应的压缩空气压力通常在0.8MPa以上，根据不同的高炉特征和工艺需求，甚至达到1.3MPa。也就是说，高炉炼铁工艺中，喷煤是一个既需要其它气体又需要压缩空气的工艺。一个钢铁企业通常有多座高炉，且这些高炉通常都具有一定的离散分布特征，对于富氧气体、富氮气体和压缩空气的需求量大、复杂性高。

在实际使用过程中，为了确保高炉的稳定顺行，对应的压缩空气压缩机与高炉通常采用一对一供应的方式。然而，这种一对一的方式中，压缩空气对应空压机的选型，一般设计选型富余量都需要经过两重放大，以此适应后续新增产能的发展，而这两重放大导致多数现场的压缩机处于低效运行。如果压缩机采用离心空压机，其进口导叶开度都相对较小，严重的甚至会出现放空现象；如果压缩机采用螺杆空压机，则存在卸载率较高现象。考虑高炉生产工艺本身的变化，这种低效供给系统本身还存在波动性。同时，对于需求量不大的氮气，却需要通过对应管网，通过气体供应站远程供给。这就属于双重浪费，一方面压缩空气对应的设备运行效率低下，能耗居高不下，而对应的氮气却需要由气体供应站供给。

又比如，各种水泥、陶瓷以及玻璃窑炉在实际运行过程中，为了确保对应窑炉燃烧的高效节能、降低温室气体排放，也需要采取富氧运行，这种富氧气体建立于富氧空气和普通压缩空气的双重体系之上。这种窑炉所需的富氧气体要求氧浓度较低，如果采用传统的深冷法、或者PSA(VPSA)法制取富氧气体，存在投资强度大、运行能耗高、难以适应窑炉的用气周期性变化等问题，且对气体站的可靠稳定顺行也尤为重要。

由此可知，对于具有分布离散性特征、气体需求多样性以及气体用量存在波动性的用气终端用户，现有气体供应站存在输配损失大、设备能耗高、系统能效低、运行成本高等问题，难以满足不同流程工业对于气体需求的多样性、高能效、高品质等的要求。