单螺杆压缩机系统、启动方法及双效蒸发系统 |
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| 申请号 | CN201910954880.9 | 申请日 | 2019-10-09 | 公开(公告)号 | CN110566464B | 公开(公告)日 | 2024-04-16 |
| 申请人 | 中国科学院理化技术研究所; | 发明人 | 张化福; 杨俊玲; 张振涛; 张钰; 张骥; 越云凯; 徐鹏; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 压缩机 设备技术领域，提供了一种单 螺杆压缩机 系统、启动方法及双效 蒸发 系统，该单螺杆压缩机系统，包括： 蒸汽 压缩 子系统、供油子系统以及供 水 子系统；所述 蒸汽压 缩子系统包括依次连通的第一补偿器、压缩机、第二补偿器以及汽液分离器；所述供油子系统用于为所述压缩机提供油液，以使压缩机实现稳定的油路润滑；所述供水子系统用于为所述压缩机提供水源，以保障 转子 与 叶轮 之间的润滑。该单螺杆压缩机系统可实现蒸汽撬装式，现场使用无需再次安装，运输和使用方便，能够保证压缩机稳定运转。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种单螺杆压缩机系统，其特征在于，包括：蒸汽压缩子系统、供油子系统以及供水子系统； |
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| 说明书全文 | 单螺杆压缩机系统、启动方法及双效蒸发系统技术领域背景技术[0002] 余热蒸汽压缩增焓循环利用的核心是重新利用它自身产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求，是一项高效节能技术。压缩机作为蒸汽压缩增焓循环利用的核心设备，在余热蒸汽循环利用过程中起到无法替代的作用。 [0003] 当前，对单螺杆压缩机用于蒸汽的压缩增焓循环利用方面，虽有一些基础研究，但在大规模推广应用方面，还没有得到验证，没有形成稳定可靠的单螺杆压缩机系统产品及使用方法。 发明内容[0004] (一)要解决的技术问题 [0006] (二)技术方案 [0008] 所述蒸汽压缩子系统包括依次连通的第一补偿器、压缩机、第二补偿器以及汽液分离器；所述供油子系统用于为所述压缩机提供油液，以使压缩机实现稳定的油路润滑；所述供水子系统用于为所述压缩机提供水源，以保障转子与叶轮之间的润滑。 [0009] 其中，所述蒸汽压缩子系统还包括与所述第一补偿器的入口相连通的第一过滤器； [0011] 其中，所述供水子系统包括水箱、第三过滤器以及供水泵；所述供水泵的出水口设置有第一流量传感器。 [0012] 其中，所述供油子系统包括依次连通的油箱、第二过滤器以及供油泵；所述供油泵的出油口设置有第三压力传感器。 [0013] 其中，所述单螺杆压缩机系统还包括控制柜，所述控制柜包括控制器；所述汽液分离器上设置有第二压力传感器和第二温度传感器； [0014] 所述第二压力传感器、所述第二温度传感器和所述第三压力传感器均与所述控制器相连。 [0016] 第二方面，本发明提供一种上述技术方案所提供的单螺杆压缩机系统的启动方法，包括： [0017] 开启供油子系统，供油压力值为280～320kPA，且供油压力值与气液分离器的压力值的差值大于100kPA； [0018] 开启供水子系统，供水流量值与压缩机的机型相适配； [0019] 逐步调整所述压缩机的工作频率；其中，初始频率设定为5～10Hz，工作平稳后，频率每次增加5Hz，每次间隔为2～5min，直至满足正常工艺需求，最高可变频至100Hz。 [0020] 其中，还包括：供油油温小于80℃；供水温度值与气液分离器的温度值的差值小于等于5℃。 [0021] 其中，还包括：所述压缩机的压缩比小于25，所述压缩机的排汽温度值小于200℃。 [0022] 第三方面，本发明提供一种双效蒸发系统，包括上述技术方案所提供的单螺杆压缩机系统，所述双效蒸发系统还包括第一效蒸发系统和第二效蒸发系统； [0023] 所述第一效蒸发系统的蒸汽出口与所述第二效蒸发系统的蒸汽进口相连通，所述第二效蒸发系统的蒸汽出口与第一补偿器的入口相连通，汽液分离器的蒸汽出口与所述第一效蒸发系统的蒸汽入口相连通。 [0024] (三)有益效果 [0025] 本发明提供的单螺杆压缩机系统、启动方法及双效蒸发系统，第一步，开启供油子系统，供油压力值为280～320kPA，且供油压力值与气液分离器的压力值的差值大于100kPA；第二步，开启供水子系统，供水流量值与压缩机的机型相适配；第三步，逐步调整压缩机的工作频率；其中，初始频率设定为5～10Hz，工作平稳后，频率每次增加5Hz，每次间隔为2～5min，直至满足正常工艺需求，最高可变频至100Hz。该单螺杆压缩机系统可实现蒸汽撬装式，现场使用无需再次安装，运输和使用方便，能够保证压缩机稳定运转。 附图说明 [0026] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0027] 图1是本发明实施例提供的单螺杆压缩机系统的结构示意图； [0028] 图2是本发明实施例提供的双效蒸发系统的结构示意图； [0029] 图3是本发明实施例提供的单螺杆压缩机系统的启动方法的流程图； [0030] 其中，1、第一效蒸发系统；2、第二效蒸发系统；3、单螺杆压缩机系统；301、第一过滤器；302、第一压力传感器；303、第一温度传感器；304、第一补偿器；305、压缩机；306、第二补偿器；307、汽液分离器；308、第二压力传感器；309、第二温度传感器；310、水箱；311、第一液位传感器；312、第一调节阀；313、第三过滤器；314、供水泵；315、第一流量传感器；316、油箱；317、第三温度传感器；318、第二调节阀；319、第二过滤器；320、供油泵；321、第三压力传感器。 具体实施方式[0031] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0032] 图1是本发明实施例提供的单螺杆压缩机系统的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的单螺杆压缩机系统3，包括：蒸汽压缩子系统、供油子系统以及供水子系统； [0033] 蒸汽压缩子系统包括依次连通的第一补偿器304、压缩机305、第二补偿器306以及汽液分离器307；供油子系统用于为压缩机305提供油液，以使压缩机305实现稳定的油路润滑；供水子系统用于为压缩机305提供水源，以保障转子与叶轮之间的润滑。 [0034] 可以理解的是，蒸汽压缩子系统可实现对废热蒸汽的高效压缩，以达到增焓回收再利用；供水子系统为压缩机提供稳定水源，保障转子与叶轮之间的润滑作用，防止干摩擦；供油子系统为压缩机提供稳定的润滑油，以实现对压缩机的机封和轴承的润滑、冷却。 [0035] 在本发明实施例中，第一步，开启供油子系统，供油压力值为280～320kPA，且供油压力值与气液分离器的压力值的差值大于100kPA；第二步，开启供水子系统，供水流量值与压缩机的机型相适配；第三步，逐步调整压缩机的工作频率；其中，初始频率设定为5～10Hz，工作平稳后，频率每次增加5Hz，每次间隔为2～5min，直至满足正常工艺需求，最高可变频至100Hz。该单螺杆压缩机系统可实现对余热蒸汽的压缩增焓与热能循环利用，具有噪音低、效率高、操作压力高、压缩温差大、操作灵活以及可实现无极调速等优点。 [0036] 需要说明的是，供水流量值与压缩机的机型对应如下，5m3/min的机型对应供水流3 3 量值在200～400L/h，10m/min的机型对应供水流量值在300～600L/h，20m/min的机型对应 3 3 供水流量值在500～1200L/h，35m/min的机型对应供水流量值在800～2000L/h，56m /min的 3 机型对应供水流量值在1200～3500L/h，110m/min的机型对应供水流量值在2500～5000L/h。 [0037] 需要说明的是，补偿器习惯上也叫膨胀节或伸缩节。属于一种补偿元件。利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器等由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化，或补偿管线、导管、容器等的轴向、横向和角向位移。也可用于降噪减振。在现代工业中用途广泛。供热上，为了防止供热管道升温时，由于热伸长或温度应力而引起管道变形或破坏，需要在管道上设置补偿器，以补偿管道的热伸长，从而减小管壁的应力和作用在阀件或支架结构上的作用力。 [0039] 压缩机305主要参数：压缩机吸汽温度为60℃，排汽温度为110℃，流量为1.0t/h，配套电机功率为185kW； [0041] 在上述实施例的基础上，蒸汽压缩子系统还包括与第一补偿器304的入口相连通的第一过滤器301； [0042] 连通第一过滤器301和第一补偿器304的管路上设置有第一压力传感器302和第一温度传感器303。 [0043] 在本发明实施例中，外界废热蒸汽通过第一过滤器301的过滤之后再进入第一补偿器304。 [0044] 需要说明的是，第一过滤器301采用丝网过滤器，筒体尺寸为 筒体高度H＝800mm，保温层厚度为50mm，丝网厚度为100mm，丝网类型为标准HP型304不锈钢丝网。第一温度传感器303采用传感变送一体式温度变送器，输出4～20mA电流信号，温度量程范围为0～200℃，温度探头杆长为150mm。第一压力传感器302采用精小型压力变送器，输出 4～20mA电流信号，绝压量程范围为0～400kPA。 [0045] 在上述实施例的基础上，供水子系统包括水箱310、第三过滤器313以及供水泵314；供水泵的出水口设置有第一流量传感器315。 [0046] 在本发明实施例中，水箱310的主要配置参数：采用卧式筒体结构，筒体尺寸为筒体长度L＝800mm，材质为304不锈钢，保温层厚度50mm，保温层采用聚氨酯发泡。第三过滤器313的主要配置：采用Y型过滤器，过滤器的通径采用 过滤 3 器的精度30～40目。供水泵314配置为，采用多级离心泵，型式为卧式或者立式，流量为8m /h，扬程为25米，配套电机功率为4kW。第一流量传感器315的配置为，采用金属转子或者涡轮流量计，输出4～20mA电流信号，流量量程范围为0～1000L/h。 [0047] 可以理解的是，水箱上设置有供水管道，供水管道上设置有第一调节阀312，水箱上还设置有第一液位传感器311。第一调节阀312的配置采用电动超小型调节阀，阀门通径为DN15，配电动执行机构，输入输出信号为4～20mA电流信号，驱动电源电压为220V。第一液位传感器311的配置为，采用磁翻板或者双法兰液位计型式，输出4～20mA电流信号，液位量程范围为0～600mm。第三过滤器313设置在供水泵314的入口位置，将供水液中的固体颗粒杂质过滤去除，保障供水的清洁。 [0048] 需要说明的是，气液分离器的出水口与水箱的进水口相连通。 [0049] 在上述实施例的基础上，供油子系统包括依次连通的油箱316、第二过滤器319以及供油泵320；供油泵的出油口设置有第三压力传感器321。 [0050] 在本发明实施例中，油箱316配置为，采用立式筒体，筒体尺寸为筒体长度L＝600mm，材质为304不锈钢，保温层厚度50mm，保温层采用聚 氨酯发泡，油箱内设置冷却盘管，盘管尺寸为： 盘管布置圆直径为 第二过滤器319的主要配置：采用Y型过滤器，过滤器的通径采用 过滤 器的精度30‑40目。供油泵320配置为，采用此轮泵或柱塞泵，流量为2m3/h，扬程为40米，配套电机功率为2.2kW。第三压力传感器321的配置为采用精小型压力变送器，输出4～20mA电流信号，绝压量程范围为0～400kPA。 [0051] 可以理解的是，油箱316上设置有冷却水输入通道和冷却水输出通道，冷却水输入通道上设置有第二调节阀318，油箱316上还设置有第三温度传感器317。第二调节阀318的配置为采用电动超小型调节阀，阀门通径为DN15，配电动执行机构，输入输出信号为4～20mA电流信号，驱动电源电压为220V。第三温度传感器317的配置为采用传感变送一体式温度变送器，输出4～20mA电流信号，温度量程范围为0～200℃，温度探头杆长为150mm。第二过滤器319用于将油液中的固体颗粒杂质过滤，保障供油的清洁。 [0052] 需要说明的是，压缩机305的出油口与油箱316的进油口相连通。 [0053] 在上述实施例的基础上，单螺杆压缩机系统3还包括控制柜，控制柜包括控制器；汽液分离器307上设置有第二压力传感器308和第二温度传感器309； [0054] 第二压力传感器308、第二温度传感器309和第三压力传感器321均与控制器相连。 [0055] 在本发明实施例中，第二压力传感器308的配置为，采用精小型压力变送器，输出4～20mA电流信号，绝压量程范围为0～400kPA。第二温度传感器309采用传感变送一体式温度变送器，输出4～20mA电流信号，温度量程范围为0～200℃，温度探头杆长为150mm。 [0056] 可以理解的是，第一压力传感器302、第一温度传感器303、第二压力传感器308、第二温度传感器309、第三压力传感器321、第一流量传感器315、第三温度传感器317、第二调节阀318、第一液位传感器311以及第一调节阀312均与控制器相连。 [0057] 具体地，第一压力传感器302、第一温度传感器303、第二压力传感器308、第二温度传感器309连接到控制器，监控压缩机的运行状态，保障压缩机稳定运行； [0058] 第一流量传感器315和第三压力传感器321连接到控制器，保障压缩机运转稳定；第一液位传感器311和第一调节阀312连接到控制器，保障水箱液位稳定，第三温度传感器 317和第二调节阀318连接到控制器，保障油箱油温稳定。 [0059] 开启供油子系统，供油压力值为280～320kPA，稳定运转时同时确保第三压力传感器的压力采集数值应比第二压力传感器的压力采集数值高100kPA；压缩机供油油温应小于80℃，即第三温度传感器采集的温度数据应小于80℃，否则压缩机发出报警信号；压缩机供水温度应与第二温度传感器采集的温度数据一致，其差值不大于5℃，确保供应高温水；压缩机的压缩比(即第二压力传感器与第一压力传感器采集压力的比值)应小于25，压缩机排汽温度(即第二温度传感器采集的温度)应小于200℃。 [0060] 进一步地，控制器设置油压报警与保护功能，系统正常的运行时，供油压力需要保证在第一设定值的水平，在供油泵320上设置的第三压力传感器321采集的压力信号传入控制器中，通过控制器与第一设定值进行对比判断，当低于第一设定值时，控制器发出报警指令，提示供油压力过高，需要人工干预，以提高供油压力，若持续一段时间报警，仍然无法解除，此时应与压缩机进行连锁，压缩机停机。 [0061] 进一步地，控制器应设置油温报警与保护功能，系统正常的运行时，油箱温度需要保证在第二设定值以下，在油箱316上设置的第三温度传感器317采集的温度信号传入控制器中，通过控制器与第二设定值进行判断，当高于第二设定值时，控制器发出指令，加大第二调节阀318的开度，增加冷却水的流量，降低油温，当高于第二设定值时，控制器发出报警信号，提示油箱316中的油温过高，需要人工干预，以降低油温，若持续一段时间报警，仍然无法解除，此时应与压缩机连锁，压缩机停机。 [0062] 进一步地，控制器应设置供水流量报警与保护功能，系统正常的运行时，供水流量需要保证在第三设定值的水平，在供水泵314上设置的第一流量传感器315采集的流量信号传入控制器中，通过控制柜与第三设定值进行对比判断，当低于第三设定值时，控制器发出报警指令，提示供水流量过低，需要人工干预，以提高供水流量，若持续一段时间报警，仍然无法解除，此时应与压缩机连锁，压缩机停机。 [0063] 进一步地，控制器应设置水箱液位报警与保护功能，系统正常的运行时，水箱液位需要保证在第四设定值水平，在水箱310上设置的第一液位传感器311采集的液位信号传入控制器中，通过控制器与第四设定值进行判断，当高于第四设定值时，控制器发出指令，减小第一调节阀312的开度，当低于第四设定值时，增加第一调节阀312的开度，当高于第二设定值时，控制器发出低位报警信号，提示水箱液位过低，若持续一段时间报警，仍然无法解除，此时应与供水泵连锁，供水泵停机。 [0064] 在上述实施例的基础上，控制柜还包括用于控制压缩机的启动频率的变频器。 [0065] 在本发明实施例中，开启变频器，初始频率给定5～10Hz，平稳后，每次频率增加5Hz，每次间隔为2～5min，直至满足正常工艺需求，最高可变频至100Hz。 [0066] 本发明实施例所提供的单螺杆压缩机系统，可实现对废热蒸汽的高效压缩，实现废热蒸汽温度和压力的提升，以达到压缩增焓回收利用的目的，供油子系统和和供水子系统为蒸汽压缩子系统的稳定运转提供运行保障，确保压缩机系统可持续、稳定、高效运转；可实现蒸汽撬装式，现场使用无需再次安装，运输和使用方便；具备完整的监测、报警、保护控制逻辑，保障压缩机稳定运转。可广泛应用于化工、环保、制药、印染等行业，尤其适用于中药厂双效浓缩系统的节能改造，节能效率在50～80％，可应用于乙醇‑水体系等大温差组分精馏系统，以及化工过程产品浓缩、环保领域高盐废水零排放蒸发等，发展空间巨大和应用前景广阔。 [0067] 图3是本发明实施例提供的单螺杆压缩机系统的启动方法的流程图，如图3所示，本发明实施例提供的单螺杆压缩机系统的启动方法，包括： [0068] S1，开启供油子系统，供油压力值为280～320kPA，且供油压力值与气液分离器的压力值的差值大于100kPA； [0069] 第三压力传感器的压力采集数值应比第二压力传感器的压力采集数值高100kPA。 [0070] S2，开启供水子系统，供水流量值与压缩机的机型相适配； [0071] 其中，5m3/min的机型对应供水流量值在200～400L/h，10m3/min的机型对应供水流3 3 量值在300～600L/h，20m/min的机型对应供水流量值在500～1200L/h，35m /min的机型对 3 3 应供水流量值在800～2000L/h，56m /min的机型对应供水流量值在1200～3500L/h，110m /min的机型对应供水流量值在2500～5000L/h。 [0072] S3，逐步调整所述压缩机的工作频率；其中，初始频率设定为5～10Hz，工作平稳后，频率每次增加5Hz，每次间隔为2～5min，直至满足正常工艺需求，最高可变频至100Hz。 [0073] 开启变频器，初始频率给定5～10Hz，平稳后，每次频率增加5Hz，每次间隔为2～5min，直至满足正常工艺需求，最高可变频至100Hz。 [0074] 在上述实施例的基础上，还包括：供油油温小于80℃；供水温度值与气液分离器的温度值的差值小于等于5℃。 [0075] 在本发明实施例中，压缩机供油油温应小于80℃，即第三温度传感器采集的温度数据应小于80℃，否则压缩机发出报警信号。压缩机供水温度应与第二温度传感器采集的温度数据一致，其差值不大于5℃，确保供应高温水 [0076] 在上述实施例的基础上，还包括：压缩机的压缩比小于25，压缩机的排汽温度值小于200℃。 [0077] 在本发明实施例中，压缩机的压缩比(即第二压力传感器与第一压力传感器采集压力的比值)应小于25，压缩机排汽温度(即第二温度传感器采集的温度)应小于200℃。 [0078] 图2是本发明实施例提供的双效蒸发系统的结构示意图，如图2所示，本发明实施例提供的双效蒸发系统，包括：上述各实施例所提供的单螺杆压缩机系统，双效蒸发系统还包括第一效蒸发系统1和第二效蒸发系统2； [0079] 第一效蒸发系统的蒸汽出口与第二效蒸发系统的蒸汽进口相连通，第二效蒸发系统的蒸汽出口与第一过滤器的入口相连通，汽液分离器的蒸汽出口与第一效蒸发系统的蒸汽入口相连通。 [0080] 在本发明实施例中，第一效蒸发系统1的换热面积为20m2，蒸发温度为60℃，蒸发2 压力为19.5kPA；第二效蒸发系统2的换热面积为20m ，蒸发温度为85℃，蒸发压力为 57.9kPA；其中，蒸发器换热管采用规格为 设备材质为304不锈钢。 [0081] 本发明实施例提供的双效蒸发系统可应用于现有中药生产过程中的双效节能改造，每一效蒸发器的换热温差控制在20～30℃，相对传统双效蒸发系统，该双效蒸发系统的节能百分比在50～80％。 [0082] 以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。 [0083] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。 |
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