Система осушки воздуха компрессорной станции (варианты)
Полезная модель относится к системам подготовки воздуха на компрессорных станциях промышленных предприятий, в частности к осушке воздуха. Задача полезной модели - снижение энергетических затрат при производстве сжатого воздуха. Данная задача решается за счет того, что в системе осушки воздуха, содержащей компрессор станции, адсорберы, соединенные с коллектором подачи очищаемого и с коллектором отвода очищенного и осушенного воздуха, линии подвода и отвода продувочного воздуха, нагреватель продувочного воздуха, вихревую трубу и рекуперативный теплообменник, (в зависимости от варианта выполнения предлагаемой системы осушки) согласно полезной модели по первому варианту теплообменник установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия продувочного воздуха теплообменника одним концом соединена с коллектором кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу, горячий конец которой соединен через нагреватель с магистралью горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец вихревой трубы соединен с входом в первую ступень компрессора; или согласно полезной модели по второму варианту теплообменник установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия продувочного воздуха теплообменника одним концом соединена с коллектором кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу, горячий конец которой соединен через нагреватель с магистралью горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец вихревой трубы через свою нагреваемую
линию, проходящую через теплообменник соединен с горячим концом вихревой трубы; или согласно полезной модели по третьему варианту один теплообменник установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия продувочного воздуха теплообменника одним концом соединена с коллектором кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу, горячий конец которой соединен через нагреватель с магистралью горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец вихревой трубы через второй теплообменник, установленный в линии отвода продувочного воздуха, соединен с горячим концом вихревой трубы.
3 с.п.ф-лы, 3 ил.
Полезная модель относится к системам подготовки воздуха на компрессорных станциях промышленных предприятий, в частности к осушке воздуха.
Адсорбционные осушители с горячей регенерацией, чаще всего эксплуатируемые на компрессорных воздушных станциях промышленных предприятий, имеют высокую энергоемкость процесса регенерации адсорбента и потери сжатого очищенного воздуха на регенерацию адсорбента до 18%.
Известны адсорбционные системы осушки с горячей регенерацией адсорбента, имеющие два или несколько адсорберов, линии подвода осушаемого и осушенного воздуха, линии подвода и отвода воздуха для продувки регенерируемого адсорбера, нагреватель воздуха регенерации и запорно-регулирующую арматуру (Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. - М.: Химия, 1984, - 352 с). Недостатком таких систем осушки является потеря энергии давления сжатого воздуха, направляемого на регенерацию адсорбента.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому техническому решению является установка для адсорбционной осушки газа (авт.св. СССР №1679054 МПК F04В 39/16, В01D 53/26, опубл. 23.09.1991), содержащая компрессор, линии всасывания и нагнетания с двумя адсорберами, нагреватель газа, рекуперативный теплообменник, вихревую трубу и другие элементы схемы.
Недостатками данного устройства является несоответствие (запаздывание) процесса регенерации тепла в теплообменнике-утилизаторе
началу горячей продувки, нерациональное использование вихревой трубы и возврат увлажненного продувочного газа на вход в компрессор, что снижает эффективность работы устройства.
В основу предлагаемого технического решения поставлена задача - разработать дешевую, простую в реализации и эксплуатации схему системы адсорбционной осушки воздуха, обеспечивающую снижение энергетических затрат.
Данная задача решается за счет того, что в системе осушки воздуха, содержащей компрессор станции, адсорберы, соединенные с коллектором подачи очищаемого и с коллектором отвода очищенного и осушенного воздуха, линии подвода и отвода продувочного воздуха, нагреватель продувочного воздуха, вихревую трубу и рекуперативный теплообменник, согласно полезной модели теплообменник установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия продувочного воздуха теплообменника одним концом соединена с коллектором кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу, горячий конец которой соединен через нагреватель с магистралью горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец вихревой трубы соединен с входом в первую ступень компрессора.
Кроме того, данная задача может быть решена за счет того, что в системе осушки воздуха, содержащей компрессор станции, адсорберы, соединенные с коллектором подачи очищаемого и с коллектором отвода очищенного и осушенного воздуха, линии подвода и отвода продувочного воздуха, нагреватель продувочного воздуха, вихревую трубу и рекуперативный теплообменник, согласно полезной модели теплообменник установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия продувочного воздуха теплообменника одним концом соединена с коллектором кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу, горячий конец которой соединен через
нагреватель с магистралью горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец вихревой трубы через свою нагреваемую линию, проходящую через теплообменник соединен с горячим концом вихревой трубы.
Еще данная задача может быть решена за счет того, что в системе осушки воздуха, содержащей компрессор станции, адсорберы, соединенные с коллектором подачи очищаемого и с коллектором отвода очищенного и осушенного воздуха, линии подвода и отвода продувочного воздуха, нагреватель продувочного воздуха, вихревую трубу и рекуперативный теплообменник, согласно полезной модели один теплообменник установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия продувочного воздуха теплообменника одним концом соединена с коллектором кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу, горячий конец которой соединен через нагреватель с магистралью горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец вихревой трубы через второй теплообменник, установленный в линии отвода продувочного воздуха, соединен с горячим концом вихревой трубы.
Сущность заявленного технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1, 2, 3 изображены схемы вариантов систем.
Вариант системы по схеме фиг.1.
Система осушки воздуха компрессорной станции, основанная на горячей регенерации (нагревной адсорбции), содержит компрессор 1 стации, адсорберы 2 и 3, соединенные с коллектором 4 подачи очищаемого и с коллектором 5 отвода очищенного и осушенного воздуха, линии 6 подвода и линии 7 отвода продувочного воздуха, нагреватель 8 продувочного воздуха, теплообменник 9 и вихревую трубу 10. В этой системе теплообменник 9 установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия 11 продувочного воздуха теплообменника 9
одним концом соединена с коллектором 5 кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу 10, горячий конец 12 которой соединен через нагреватель 8 с линией 6 горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец 13 вихревой трубы соединен с входом в первую ступень компрессора. Вариант системы по схеме фиг.2.
Система осушки воздуха компрессорной станции, основанная на горячей регенерации (нагревной адсорбции), содержит компрессор 1 стации, адсорберы 2 и 3, соединенные с коллектором 4 подачи очищаемого и с коллектором 5 отвода очищенного и осушенного воздуха, линии 6 подвода и линией 7 отвода продувочного воздуха, нагреватель 8 продувочного воздуха, теплообменник 9 и вихревую трубу 10. В этой системе теплообменник 9 установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия 11 продувочного воздуха через теплообменник 9 одним концом соединена с коллектором 5 кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу 10, горячий конец 12 которой соединен через нагреватель 8 с линией 6 горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец 13 вихревой трубы через свою нагреваемую линию 14, проходящую через теплообменник 9 соединен с горячим концом 12 вихревой трубы.
Вариант системы по схеме 3.
Система осушки воздуха компрессорной станции, основанная на горячей регенерации (нагревной адсорбции), содержит компрессор 1 станции, адсорберы 2 и 3, соединенные с коллектором 4 подачи очищаемого и с коллектором 5 отвода очищенного и осушенного воздуха, линии 6 подвода и линии 7 отвода продувочного воздуха, нагреватель 8 продувочного воздуха, вихревую трубу 9 и теплообменники 10 и 14. В этой системе один теплообменник 10 установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия 11 продувочного воздуха
теплообменника 10 одним концом соединена с коллектором 5 кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу 9, горячий конец 12 которой соединен через нагреватель 8 с линией 6 горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец 13 вихревой трубы через второй теплообменник 14, установленный в линии 7 отвода продувочного воздуха, соединен с горячим концом 12 вихревой трубы.
Работа системы осушки по варианту (фиг.1) заключается в следующем.
В то время как адсорбер 2 находится в рабочем режиме осушки влажного воздуха, производится регенерация адсорбента в адсорбере 3. При этом сухой очищенный воздух из коллектора 5 с давлением 0,6...1,0 МПа поступает в теплообменник 9, установленный на выходе из последней ступени компрессора 1, где он нагревается до 50...70°С и направляется на вход вихревой трубы 10. В вихревой трубе 10 при падении давления до 0,05...0,1 МПа сухой очищенный воздух разделяется на холодный и горячий потоки. Горячий поток с температурой 150...180°С направляется к нагревателю 8, где при необходимости он может догреваться до требуемой температуры, соответствующей режиму горячей продувки, а холодный поток из вихревой трубы с температурой +10...20°С направляется на вход в компрессор 1, где после сжатия он, будучи сухим, способствует снижению влажности поступающего на осушку воздуха. После прогрева адсорбента вихревая труба 10 отключается и продувка адсорбера холодным воздухом осуществляется обычным способом путем его отбора из коллектора 5. После восстановления динамической активности адсорбента в адсорбере 2 он вводится в работу, а адсорбер 3 переводится в режим регенерации.
При работе этой схемы на вход вихревой трубы 10 подается воздух с более высокой температурой, что способствует более высокой степени подогрева воздуха в горячем протоке вихревой трубы. Это позволяет
подогреть воздух, идущий на регенерацию адсорбента с меньшими затратами электроэнергии в подогревателе или вообще без затрат.
Работа системы осушки по варианту (фиг.2) заключается в следующем.
В то время как адсорбер 2 находится в рабочем режиме осушки влажного воздуха, производится регенерация адсорбента в адсорбере 3. При этом сухой очищенный воздух из коллектора 5 с давлением 0,6...1,0 МПа поступает в теплообменник 9, установленный на выходе из последней ступени компрессора, где он нагревается до 50...70°С и направляется на вход вихревой трубы 10. В вихревой трубе 10 при падении давления до 0,05...0,1 МПа сухой очищенный воздух разделяется на холодный и горячий потоки. Горячий поток с температурой 150...180°С по пути к нагревателю смешивается с холодным потоком из вихревой трубы, причем до смешения холодный поток из вихревой трубы, проходит через теплообменник 9 и нагревается до температуры 50...60°С. Таким образом, весь воздух из вихревой трубы 10 с температурой 130...160°С поступает к нагревателю 8, где при необходимости он может догреваться до требуемой температуры, соответствующей режиму горячей продувки. После прогрева адсорбента вихревая труба 10 отключается и продувка адсорбера холодным воздухом осуществляется обычным способом путем его отбора из коллектора 5. После восстановления динамической активности адсорбента в адсорбере 3 он вводится в работу, а адсорбер 2 переводится в режим регенерации.
При работе этой схемы вихревая труба работает как тепловой насос, где в качестве первичного источника тепла выступает нагретый после сжатия в компрессоре воздух. Это позволяет подогреть воздух, идущий на регенерацию адсорбента с меньшими затратами электроэнергии в подогревателе или вообще без затрат.
Работа системы осушки по варианту (фиг.3) заключается в следующем.
В то время как адсорбер 2 находится в рабочем режиме осушки влажного воздуха, производится регенерация адсорбента в адсорбере 3. При
этом сухой очищенный воздух из коллектора 5 с давлением 0,6...1,0 МПа поступает в теплообменник 10, установленный на выходе из последней ступени компрессора, где он нагревается до 50...60°С и направляется на вход вихревой трубы 9. В вихревой трубе 9 при падении давления до 0,05...0,1 МПа сухой очищенный воздух разделяется на холодный и горячий потоки. Горячий поток с температурой 150...180°С по пути к нагревателю смешивается с холодным потоком из вихревой трубы. До смешения холодный поток из вихревой трубы 9, пройдя через теплообменник 14, установленный в магистрали 7 сброса продувочного воздуха из адсорберов, нагревается и с температурой 150...180°С смешивается с горячим потоком из вихревой трубы, после чего весь воздух из вихревой трубы с температурой 150...180°С поступает к нагревателю 8, где при необходимости он может догреваться до требуемой температуры, соответствующей режиму горячей продувки. После прогрева адсорбента вихревая труба 9 отключается и продувка адсорбера холодным воздухом осуществляется обычным способом путем его отбора из коллектора 5. После восстановления динамической активности адсорбента в адсорбере 3 он вводится в работу, а адсорбер 2 переводится в режим регенерации.
При работе этой схемы вихревая труба работает как тепловой насос, где в качестве первичного источника тепла выступает нагретый в процессе десорбции адсорбента сбрасываемый в атмосферу воздух. Это позволяет подогреть воздух, идущий на регенерацию адсорбента с меньшими затратами электроэнергии в подогревателе или вообще без затрат.
Сравнение существенных признаков заявленного технического решения (вариантов систем) и известных систем позволяет считать предложенные варианты технического решения, соответствующими критериям: «новизна» и «промышленная применимость» для полезной модели.
1. Система осушки воздуха, содержащая компрессор станции, адсорберы, соединенные с коллектором подачи очищаемого и с коллектором отвода очищенного и осушенного воздуха, линии подвода и отвода продувочного воздуха, нагреватель продувочного воздуха, вихревую трубу и рекуперативный теплообменник, отличающаяся тем, что теплообменник-утилизатор установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия продувочного воздуха теплообменника одним концом соединена с коллектором кондиционного осушенного воздуха, а другим концом с входом в вихревую трубу, горячий конец которой соединен через нагреватель с магистралью горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец вихревой трубы соединен с входом в первую ступень компрессора.
2. Система осушки воздуха, содержащая компрессор станции, адсорберы, соединенные с коллектором подачи очищаемого и с коллектором отвода очищенного и осушенного воздуха, линии подвода и отвода продувочного воздуха, нагреватель продувочного воздуха, вихревую трубу и рекуперативный теплообменник, отличающаяся тем, что теплообменник-утилизатор установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия продувочного воздуха теплообменника одним концом соединена с коллектором кондиционного осушенного воздуха, а другим концом - с входом в вихревую трубу, горячий конец которой соединен через нагреватель с магистралью горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец вихревой трубы через свою нагреваемую линию, проходящую через теплообменник-утилизатор, соединен с горячим концом вихревой трубы.
3. Система осушки воздуха, содержащая компрессор станции, адсорберы, соединенные с коллектором подачи очищаемого и с коллектором отвода очищенного и осушенного воздуха, линии подвода и отвода продувочного воздуха, нагреватель продувочного воздуха, вихревую трубу и рекуперативный теплообменник, отличающаяся тем, что один теплообменник установлен на выходе из последней ступени компрессора, причем нагреваемая линия продувочного воздуха теплообменника одним концом соединена с коллектором кондиционного осушенного воздуха, а другим концом - с входом в вихревую трубу, горячий конец которой соединен через нагреватель с магистралью горячей продувки регенерируемого адсорбера, а холодный конец вихревой трубы через второй теплообменник, установленный в линии отвода продувочного воздуха, соединен с горячим концом вихревой трубы.
