全文摘要
本实用新型涉及一种应用于尿素装置的能量输出系统，该尿素装置包括二氧化碳多段式离心压缩机，该多段式离心压缩机包括若干个低压段和若干个高压段，两个相邻段之间设有一段间冷却器，在末端高压段与次末端高压段之间设有亚临界二氧化碳输出管路和输入管路，该输出管路依次连接增压机、预热器、加热器和膨胀机，经过膨胀机做功后的二氧化碳气体依次通过预热器、冷却器、亚临界二氧化碳输入管路进入段间冷却器，最后进入末端高压段。本实用新型在不改变原有尿素合成装置的主工艺及设备的情况下，利用了布雷顿循环原理的高效性，使得系统投入低，能源输出效率高，具有非常好的经济效益。
主设计要求
1.一种应用于尿素装置的能量输出系统，该尿素装置包括二氧化碳多段式离心压缩机(10)，该多段式离心压缩机包括若干个低压段(11)和若干个高压段(12)，两个相邻段之间设有一段间冷却器，其特征在于：在末端高压段与次末端高压段之间设有亚临界二氧化碳输出管路和输入管路，该输出管路依次连接增压机(20)预热器(30)、加热器(40)和膨胀机(50)，经过膨胀机做功后的二氧化碳气体依次通过预热器(30)、冷却器(60)、亚临界二氧化碳输入管路进入段间冷却器最后进入末端高压段或者经过膨胀机做功后的二氧化碳气体依次通过预热器(30)、冷却器(60)、亚临界二氧化碳输入管路回到增压机(20)内循环使用。
设计方案
1.一种应用于尿素装置的能量输出系统，该尿素装置包括二氧化碳多段式离心压缩机(10)，该多段式离心压缩机包括若干个低压段(11)和若干个高压段(12)，两个相邻段之间设有一段间冷却器，其特征在于：在末端高压段与次末端高压段之间设有亚临界二氧化碳输出管路和输入管路，该输出管路依次连接增压机(20)预热器(30)、加热器(40)和膨胀机(50)，经过膨胀机做功后的二氧化碳气体依次通过预热器(30)、冷却器(60)、亚临界二氧化碳输入管路进入段间冷却器最后进入末端高压段或者经过膨胀机做功后的二氧化碳气体依次通过预热器(30)、冷却器(60)、亚临界二氧化碳输入管路回到增压机(20)内循环使用。
2.根据权利要求1所述的应用于尿素装置的能量输出系统，其特征在于：所述多段式离心压缩机(10)为四段式离心压缩机，该四段式离心压缩机包括一个高压缸和一个低压缸，其中低压缸包括两个低压段(11)分别为第一段和第二段，高压缸包括两个高压段(12)分别为第三段和第四段，所述第一段和第二段之间、第二段和第三段之间设有低压段间冷却器(13)，所述第三段和第四段之间设有高压段间冷却器(14)。
3.根据权利要求1所述的应用于尿素装置的能量输出系统，其特征在于：所述膨胀机(50)连接发电机(51)，所述增压机(20)由电动机(21)带动。
4.根据权利要求1所述的应用于尿素装置的能量输出系统，其特征在于：所述亚临界二氧化碳输出管路和输入管路之间设有调节阀(70)。
5.根据权利要求1所述的应用于尿素装置的能量输出系统，其特征在于：所述冷却器(60)上设有冷却液进口和冷却液出口，所述加热器(40)上设有热源进口和热源出口。
6.根据权利要求1所述的应用于尿素装置的能量输出系统，其特征在于：所述冷却器(60)和压缩机末端高压段之间依次设有调节阀(70)和单向阀(80)。
7.根据权利要求1所述的应用于尿素装置的能量输出系统，其特征在于：所述冷却器(60)和增压机(20)之间依次设有调节阀(70)和单向阀(80)。
8.根据权利要求1所述的应用于尿素装置的能量输出系统，其特征在于：所述膨胀机(50)和增压机(20)分别另设管路连通压缩机首端低压段的二氧化碳入口处用于回收膨胀机和增压机轴封处泄漏的少量二氧化碳。
9.根据权利要求8所述的应用于尿素装置的能量输出系统，其特征在于：所述回收膨胀机和增压机轴封处泄漏的少量二氧化碳的管路上依次设有调节阀(70)和单向阀(80)。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及能量输出系统，具体涉及一种应用于尿素装置的能量输出系统。
背景技术
尿素装置是民生化工领域应用非常广泛的化工装置系统，二氧化碳压缩机是其中必不可少的核心设备。尿素装置中最常见的二氧化碳压缩机是离心式四段压缩机，高、低压缸布置。其中，高压缸三段出口二氧化碳气体一般为亚临界状态，经过段间冷却后进入高压缸四段。布雷顿循环的原理是利用二氧化碳在超临界状态下特殊的物理性质，实现能量输入和输出。
如何利用现有尿素装置中的亚临界状态下的二氧化碳气体来实现布雷顿循环，从而实现能量的高效输出，目前尚无此方面的相关研究成果公开。
实用新型内容
为了克服上述缺陷，本实用新型提供一种应用于尿素装置的能量输出系统，通过将现有尿素装置中的二氧化碳气体引出并将其增压至超临界状态，从而形成布雷顿循环实现能量输出。
本实用新型为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种应用于尿素装置的能量输出系统，该尿素装置包括二氧化碳多段式离心压缩机，该多段式离心压缩机包括若干个低压段和若干个高压段，两个相邻段之间设有一段间冷却器，在末端高压段与次末端高压段之间设有亚临界二氧化碳输出管路和输入管路，该输出管路依次连接增压机、预热器、加热器和膨胀机，经过膨胀机做功后的二氧化碳气体依次通过预热器、冷却器、亚临界二氧化碳输入管路进入段间冷却器最后进入末端高压段或者经过膨胀机做功后的二氧化碳气体依次通过预热器、冷却器、亚临界二氧化碳输入管路回到增压机内循环使用。
优选地，所述多段式离心压缩机为四段式离心压缩机，该四段式离心压缩机包括一个高压缸和一个低压缸，其中低压缸包括两个低压段分别为第一段和第二段，高压缸包括两个高压段分别为第三段和第四段，所述第一段和第二段之间、第二段和第三段之间设有低压段间冷却器，所述第三段和第四段之间设有高压段间冷却器。
优选地，所述膨胀机连接发电机，所述增压机由电动机带动。
优选地，所述亚临界二氧化碳输出管路和输入管路之间设有调节阀。
优选地，所述冷却器上设有冷却液进口和冷却液出口，所述加热器上设有热源进口和热源出口。
优选地，所述冷却器和压缩机末端高压段之间依次设有调节阀和单向阀。
优选地，所述冷却器和增压机之间依次设有调节阀和单向阀。
优选地，所述膨胀机和增压机分别另设管路连通压缩机首端低压段的二氧化碳入口处用于回收膨胀机和增压机轴封处泄漏的少量二氧化碳。
优选地，所述回收膨胀机和增压机轴封处泄漏的少量二氧化碳的管路上依次设有调节阀和单向阀。
本实用新型的有益效果是：本实用新型利用现有的尿素合成装置来实现布雷顿循环，从而实现高效的能量输出，具体为将离心压缩机中高压缸第三段出口的亚临界二氧化碳气体引入到超临界二氧化碳增压机进行增压，使得二氧化碳气体达到超临界状态，利用预热器和加热器对超临界二氧化碳加热，然后超临界二氧化碳气体进入膨胀机进行膨胀发电或者作为驱动其他设备的动力源；膨胀后的二氧化碳气体经过预热器和冷却器回收剩余能量后，进入尿素合成装置的压缩机的高压缸的第三、四段之间的冷却器，依然回到尿素合成系统或者恢复温度的二氧化碳回到增压机内循环使用。本实用新型在不改变原有尿素合成装置的主工艺及设备的情况下，利用了布雷顿循环原理的高效性，使得系统投入低、输出效率高，具有非常好的经济效益。
附图说明
图1为本实用新型中实施例1的结构示意图；
图2为本实用新型中实施例2的结构示意图；
图中：10-离心压缩机，11-低压段，12-高压段，13-低压段间冷却器，14-高压段间冷却器，20-增压机，21-电动机，30预热器， 40-加热器，50-膨胀机，51-发电机，60-冷却器，70-调节阀，80- 单向阀。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1：如图1所示，一种应用于尿素装置的能量输出系统，该尿素装置包括二氧化碳多段式离心压缩机10，该多段式离心压缩机包括若干个低压段11和若干个高压段12，两个相邻段之间设有一段间冷却器，在末端高压段与次末端高压段之间设有亚临界二氧化碳输出管路和输入管路，该输出管路依次连接增压机20、预热器30、加热器40和膨胀机50，经过膨胀机做功后的二氧化碳气体依次通过预热器30、冷却器60、亚临界二氧化碳输入管路进入段间冷却器，最后进入末端高压段。本实用新型利用现有的尿素合成装置来实现布雷顿循环，从而实现高效的能源生产，具体为利用尿素合成装置中的二氧化碳离心压缩机来实现，以四段式离心压缩机为例，末端高压段与次末端高压段即为高压缸的第四段和第三段，将离心压缩机中第三段出口的亚临界二氧化碳气体引入到超临界二氧化碳增压机进行增压，使得二氧化碳气体达到超临界状态，利用预热器和加热器对超临界二氧化碳加热，然后二氧化碳气体进入膨胀机进行膨胀发电或者作为驱动其他设备的动力源；膨胀后的二氧化碳气体经过预热器和冷却器回收剩余能量后，进入尿素合成装置的压缩机的第三、四段之间的冷却器后，依然回到尿素合成系统。本实用新型在不改变原有尿素合成装置的主工艺及设备的情况下，利用了布雷顿循环原理的高效性，使得系统投入低，能源输出效率高，具有非常好的经济效益。
在本实施例中，所述多段式离心压缩机10为四段式离心压缩机，该四段式离心压缩机包括一个高压缸和一个低压缸，其中低压缸包括两个低压段11分别为第一段和第二段，高压缸包括两个高压段12分别为第三段和第四段，所述第一段和第二段之间、第二段和第三段之间设有低压段间冷却器13，所述第三段和第四段之间设有高压段间冷却器14。如图1所示，图中的一段、二段、三段、四段分别为第一段、第二段、第三段和第四段，图中的箭头表示二氧化碳的流向，图中的封闭虚线框表示新增的设备，亚临界二氧化碳输出管路和输入管路设于第三段和第四段之间，且设于高压段间冷却器14之前。
其中，所述膨胀机50连接发电机51，所述增压机20由电动机 21带动。增压机20由电动机带动消耗电能，膨胀机输出电能，但膨胀机输出电能远远大于增压机消耗的电能，这主要是由于超临界二氧化碳特殊的物理特征来实现的，所以利用本系统具有良好的经济效益。所述亚临界二氧化碳输出管路和输入管路之间设有调节阀 70。所述冷却器60上设有冷却液进口和冷却液出口，所述加热器 40上设有热源进口和热源出口。所述冷却器60和压缩机末端高压段之间依次设有调节阀70和单向阀80。亦即在冷却器60和压缩机第四段之间依次设有调节阀和单向阀，单向阀的流通方向为从冷却器流向压缩机，有效防止了二氧化碳的反向流通。
所述膨胀机50和增压机20分别另设管路连通压缩机首端低压段的二氧化碳入口处用于回收膨胀机和增压机轴封处泄漏的少量二氧化碳。亦即膨胀机和增加机通过管路连接压缩机第一段，通过增压机和膨胀机轴封泄漏出的少量二氧化碳经过专设的管路送返原系统中，不会造成因二氧化碳损失而影响原尿素的合成工艺。所述回收二氧化碳的管路上依次设有调节阀70和单向阀80。该回收二氧化碳的管路分为总管路和分支管路，膨胀机和增压机分别设有各自的分支管路，两个分支管路与总管路连接，通过总管路将二氧化碳送回压缩机首端低压段(亦即第一段)的二氧化碳入口处，每个分支管路上各设有一调节阀，总管路上设有调节阀和单向阀；单向阀的流通方向为膨胀机或增压机流向压缩机，从而防止二氧化碳的反向流通。
实施例2：如图2所示，与实施例1唯一不同的是，经过膨胀机做功后的二氧化碳气体依次通过预热器30、冷却器60、亚临界二氧化碳输入管路回到增压机20内循环使用，即经增压机增压后经过预热器30、加热器40后进入膨胀机做功，本实施例中从尿素装置中引出一定量的二氧化碳后，二氧化碳气体不再回到尿素合成系统中，而在新增设备形成的系统中循环利用,尿素装置通过调节阀70为本实施例系统补充运行过程中损耗的少量二氧化碳气体。
本实用新型的操作过程：步骤如下：
步骤一：将二氧化碳离心压缩机10次末端高压段(亦即本实施例中的第三段)出口的亚临界二氧化碳气体引出至增压机20，增压机20将亚临界二氧化碳气体压缩成超临界状态，并送至预热器 30；
步骤二：在预热器30中，超临界二氧化碳吸收来自膨胀机乏气的热量，然后进入加热器40，被外界的热源进一步加热；
步骤三：被加热后的二氧化碳进入超临界二氧化碳膨胀机50 做功，膨胀机输出能量至发电机产生电能或输出动力能用于驱动其他设备；
步骤四：在膨胀机50中做功后的乏气依次经过预热器30和冷却器60进行能量回收后，其温度降至二氧化碳离心压缩机次末端高压段(亦即第三段)的原出口温度，流入高压段间冷却器14和二氧化碳离心压缩机末端高压段(亦即第四段)，进而回到尿素合成装置用于合成尿素。在本实施例中恢复为亚临界状态的二氧化碳流入高压段间冷却器14、离心压缩机的第四段，最后回到尿素合成装置或者恢复温度的二氧化碳回到增压机内循环使用。
具体实施案例：针对国内某30万吨合成氨，52万吨尿素装置，采用本实用新型的能量输出系统，经过测算，每小时可发电约4200 千瓦，超临界二氧化碳增压机的驱动电机耗电量为每小时约1000 千瓦，所以整个系统每小时可净发电3200千瓦，经济性非常好。
应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920016979.X
申请日:2019-01-07
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:32(江苏)
授权编号:CN209800037U
授权时间:20191217
主分类号:F01K7/32
专利分类号:F01K7/32;F01K25/10;F04D25/16
范畴分类:28A;
申请人:苏州欧拉透平机械有限公司
第一申请人:苏州欧拉透平机械有限公司
申请人地址:215400 江苏省苏州市太仓市娄东街道禅寺路18号3幢
发明人:王鹏亮;金鼎铭
第一发明人:王鹏亮
当前权利人:苏州欧拉透平机械有限公司
代理人:盛建德;孙海燕
代理机构:32311
代理机构编号:昆山中际国创知识产权代理有限公司 32311
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计