[发明专利]降低空分设备综合电单耗的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种降低空气分离设备综合电单耗的装置及方法。更具体的说，是针对采用深冷分离工艺进行空气分离的设备。

背景技术

空分设备广泛应用于冶金 、石油 、化工 、电子、玻璃和机械等工业部门，氧气 、氮气及稀有气体产品已成为国民经济不可缺少的“动力”产品。随着大石化、大化肥、大煤化工和大冶金工业的不断发展，我国已成为世界上建没空分设备项目最多、空分技术发展最活跃的国家之一，工业气体未来前景广阔。

空分装置是用来把空气中的各组分气体进行分离的装置，主流程为：外部空气通过过滤后，进入原料压缩机进行压缩，压缩空气经预冷系统冷却后，去分子筛除去水分、二氧化碳、碳氢化合物等杂质后，一部分空气送往精馏塔上塔，另一部分进入膨胀机经膨胀制冷后，送入下塔。通过分馏塔，依据各组分沸点不同分离出氧、氮、氩以及其他惰性气体产品。

空分装置是一种高能耗设备，我国每年用于空分设备的能源消耗很大,其中化工行业制氧能耗约占总能耗的10％，大型现代化钢铁企业的空分设备生产电耗约占整个企业电耗的1/7。目前我国空分设备的能源消耗约占空分产品成本的70%-80% 。空分设备的耗能大户是压缩机，占到空分装置能耗的80%左右，主要包括原料空气压缩机、产品压缩机（氧压机、氮压机）、增压机。目前空分装置的压缩存在以下两点问题：（1）由于各种压缩机设计选型取最热天工况、最冷天工况、平均工况三个点，在某些进风温湿度条件下的运行效率很高，而实际年均的系统运行效率并不高；（2）设计参数与实际运行参数的差异，空分装置大马拉小车比较普遍，导致年均的系统运行效率并不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种降低空分设备综合电单耗的装置及方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种降低空分设备综合电单耗的方法，空分设备包括空压机、氧压机、氮压机和增压机，该方法是利用余热回收装置将从空分设备中各机组回收的压缩热用于制备冷冻水，并通过换热器用冷冻水对各机组的进口介质进行降温除湿；同时，利用控制器对换热器的换热量进行调节，从而实现对各机组进口介质的温度和湿度的控制，保持各机组进口介质在最佳气体状态，实现空分设备综合电单耗降低的目的；所述最佳气体状态是指：各机组进口介质气体的温度与空分设备运行当地冬季的气温差值在±2℃以内，相对湿度差值在±5%以内。

本发明中，所述余热回收装置制备冷冻水时，其制冷量Q_c为：

Q_c=COP×(Q_i+A)    （1）

该式中，COP为余热回收装置所能实现的制冷量和输入功率的比值，单位：kW/kW；Q_i为余热回收装置从空压机、氧压机、氮压机、增压机中回收的压缩热产生热水的热量，单位：kW；A为余热回收装置消耗的电功率，单位：kW；；

余热回收装置产生冷冻水的流量W_c为：

W_c=3600×Q_c/[C_c×ρ_c(t_c1-t_c2)]    （2）

该式中，Q_c为不考虑热损失时，余热回收装置用于产生冷冻水的制冷量，单位：kW；C_c为冷冻水比热，单位：kJ/(kg·K)；ρ_c为热水密度，单位：kg/m3；t_c1为冷冻水进口温度，单位：K；t_c2为冷冻水出口温度，单位：K；

该方法中，根据换热器的热交换效率和析湿系数选择换热器，换热器能满足下列要求：该换热器能达到的热交换效率应该等于空分设备进口气体介质处理过程需要的热交换效率，且该换热器能达到的析湿系数应该等于空分设备进口气体介质处理过程需要的析湿系数；其中，

热交换效率ε₁为：

ε₁=（t₁-t₂）/(t₁- t_c2)    （3）

该式中，t₁、t₂为处理前后空分设备进口气体介质的干球温度，单位：K；t_c2为式（2）中的冷冻水出口温度，单位：K；

析湿系数ξ为：