一种压缩机余热发电系统

本发明属工业节能技术领域，具体涉及一种压缩机余热发电系统。

压缩机是工业上广泛应用的基础性设备，它将原动（通常是电动机）的机械能转换成流体压力能的装置，是工业现代化的基础产品。目前，世面上广泛应用的压缩机以容积型和速度型为主，特别是以螺杆式多级压缩机和离心式多级压缩机为主要产品。

以空气压缩机为例，空气通过进气过滤器将大气中的灰尘或杂质滤除后，由进气控制阀进入压缩机主机，在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合，经压缩后的混合气体从压缩腔排入油气分离罐，从而分别得到高温高压的油、气。由于机器工作温度的要求，这些高温高压的油、气必须送入各自的冷却系统，其中压缩空气经冷却器冷却后，最后送入使用系统；而高温高压的润滑油经冷却器冷却后，返回油路进入下一轮循环；根据计算，在上述过程中，高温高压的油所携带的热量大约相当于空气压缩机功耗的70%，温度通常在80℃—100℃之间。空气压缩机自身的散热系统给高温高压的油、气降温的过程中，大量的热能就被无端的浪费了；空压机运行产生的余热，如果不交换掉，可引起电机高温及排气高温，不但影响空压机的使用寿命，更影响压缩空气的质量；如直接由冷却系统将热量排放，不但浪费了能源，更会造成热污染。

CO2的临界温度低（364.2K），临界压力低（7.28Mpa），价格便宜，广泛易得，无毒无害，活性低，化学性能稳定等一系列优良特点，成为工业发电和制冷领域的焦点。

超临界二氧化碳发电系统是以超临界二氧化碳液体为郎肯循环系统的工质，以二氧化碳透平专用涡轮机为核心技术的最新余热发电技术。此发电系统在余热发电方面有较宽泛的应用优势，各项技术指标都优于在用的水蒸汽浪肯循环系统和当前最先进的有机郎肯循环系统，特别是在发电效率和设备体积方面有着明显的优势。超临界二氧化碳热机是一种平台技术，目前可提供的功率范围为250kWe至50MWe的设计，效率可达30%。应用范围包括燃气轮机、固定式动力发电机组、工业废热回收、太阳能热量、地热、混合内燃机等的循环热能。

如何将压缩机与超临界二氧化碳发电系统有机结合，回收相当一部分电能，还能消除循环冷却水水分蒸发，改善环境，成为亟待解决的技术难题。

附图所示为本发明提供的一种压缩机余热发电系统，它主要由循环水泵，第一级压缩机，第一油出口管路，第一油进口管，第一油泵，第一油水换热器，第一气水换热器，第二级压缩机，第二油出口管路，第二油进口管，第二油泵，第二油水换热器，第二气水换热器，第三级压缩机，第三油出口管路，第三油进口管，第三油泵，第三油水换热器，第三气水换热器，超临界CO2压缩机，超临界CO2吸热器，超临界CO2专用涡轮，励磁发电机和超临界CO2冷凝器所组成，其工作过程是这样的：

过滤后的洁净空气经第一压缩机压缩后，压力升高，温度升高，进入第一气水换热器，放热于冷却水后降温再进入第二压缩机，压力进一步升高，同时温度再次升高，然后进入第二气水换热器，放热于冷却水后降温再进入第三压缩机，压力进一步升高，同时温度再次升高，然后进入第三气水换热器，放热于冷却水后降温后得到高压空气，第一级压缩机出口的润滑油在第一油出口管中经第一油泵泵入第一油水换热器，放热后温度降低经第一油进口管回到第一压缩机，第二级压缩机出口的润滑油在第二油出口管中经第二油泵泵入第二油水换热器，放热后温度降低经第二油进口管回到第二压缩机，第三级压缩机出口的润滑油在第三油出口管中经第三油泵泵入第三油水换热器，放热后温度降低经第三油进口管回到第三压缩机，循环水经循环水泵增压后分别泵送入第一油水水换热器，第二油水水换热器和第三油水水换热器，吸热后温度达到60~80℃，进入超临界CO2吸热器放热，在超临界CO2吸热器中吸热后的超临界CO2进入超临界CO2专用涡轮，膨胀做功，一部分功用来带动超临界CO2压缩机，另一部分带动励磁发电机发电，膨胀后的超临界CO2温度和压力均降低，后进入超临界CO2冷凝器，放热于冷却水后，进入超临界CO2压缩机，压缩至超临界状态后再进入超临界CO2吸热器，如此循环。

01—循环水泵，11—第一级压缩机，12—第一油出口管路，13—第一油进口管路，14—第一油泵，15—第一油水换热器，16—第一气水换热器，21—第二级压缩机，22—第二油出口管路，23—第二油进口管路，24—第二油泵，25—第二油水换热器，26—第二气水换热器，31—第三级压缩机，32—第三油出口管路，33—第三油进口管路，34—第三油泵，35—第三油水换热器，36—第三气水换热器，41—超临界CO2压缩机，42—超临界CO2吸热器，43—超临界CO2专用涡轮，44—励磁发电机，45—超临界CO2冷凝器，

附图所示为本发明提供的一种压缩机余热发电系统示意图。

附图所示为本发明提供的一种压缩机余热发电系统，它主要由循环水泵01，第一级压缩机11，第一油出口管路12，第一油进口管13，第一油泵14，第一油水换热器15，第一气水换热器16，第二级压缩机21，第二油出口管路22，第二油进口管23，第二油泵24，第二油水换热器25，第二气水换热器26，第三级压缩机31，第三油出口管路32，第三油进口管33，第三油泵34，第三油水换热器35，第三气水换热器36，超临界CO2压缩机41，超临界CO2吸热器42，超临界CO2专用涡轮43，励磁发电机44和超临界CO2冷凝器45所组成，

其工作过程是这样的：

过滤后的洁净空气经第一压缩机11压缩后，压力升高，温度升高，进入第一气水换热器16，放热于冷却水后降温再进入第二压缩机21，压力进一步升高，同时温度再次升高，然后进入第二气水换热器26，放热于冷却水后降温再进入第三压缩机31，压力进一步升高，同时温度再次升高，然后进入第三气水换热器36，放热于冷却水后降温后得到高压空气；第一级压缩机11出口的润滑油在第一油出口管12中经第一油泵14泵入第一油水换热器15，放热后温度降低经第一油进口管13回到第一压缩机11，第二级压缩机21出口的润滑油在第二油出口管22中经第二油泵24泵入第二油水换热器25，放热后温度降低经第二油进口管23回到第二压缩机21，第三级压缩机31出口的润滑油在第三油出口管32中经第三油泵34泵入第三油水换热器35，放热后温度降低经第三油进口管33回到第三压缩机31，循环水经循环水泵01增压后分别泵送入第一油水水换热器15，第二油水水换热器25和第三油水水换热器35，吸热后温度达到60~80℃，进入超临界CO2吸热器42放热，在超临界CO2吸热器42中吸热后的超临界CO2进入超临界CO2专用涡轮43，膨胀做功，一部分功用来带动超临界CO2压缩机41，另一部分带动励磁发电机44发电，膨胀后的超临界CO2温度和压力均降低，后进入超临界CO2冷凝器45，放热于冷却水后，进入超临界CO2压缩机41，压缩至超临界状态后再进入超临界CO2吸热器42，如此循环。

本发明采用最简单的工艺，最少的部件，最少的传热环节，省去了原有的循环水冷却系统，充分实现了对空压机润滑油系统热能的高效回收利用，并与超临界CO2发电系统有机结合，回收了大量的电能，具有广泛的应用性和可复制性。