一种真空泵余热用于TSA吸附塔的装置及方法与流程

本发明涉及余热回收节能，具体涉及一种真空泵余热用于tsa吸附塔的装置及方法。

背景技术：

1、在天然气提氦、lng-bog提氦工艺中，tsa变温吸附技术是高纯氦气提纯、杂质脱除、吸附剂再生的核心关键工艺。tsa工艺分为低温吸附、升温解析再生两个核心周期：吸附阶段塔体整体处于低温环境，保证杂质高效吸附；吸附饱和后必须快速、均匀升温，才能实现吸附剂解析再生，为下一周期吸附做准备。

2、目前行业内所有提氦装置tsa再生工艺全部依赖电加热或蒸汽加热，电伴热、加热器能耗占整套提氦装置能耗的30%以上，是装置最大能耗短板。

3、同时，提氦装置配套真空机组需要24小时不间断抽真空作业，真空泵高速转子摩擦、气体压缩做功会持续产生大量废热。传统工艺均采用工业冷却水直排方式强制降温，泵体产生的巨量余热直接排入循环水池完全浪费，同时消耗大量水资源与冷却能耗；且真空泵长期高温运行，极易出现密封老化、真空度衰减、故障率高、停机检修频繁等问题，严重影响提氦装置连续稳产。

4、现有技术中，尚无将真空泵废热与tsa低温复热工艺进行耦合利用的技术方案，行业普遍存在：设备产热白白浪费、工艺用热高价耗电、能量供需严重错配的技术空白。

5、因此，需要对真空泵余热用于tsa吸附塔的装置及方法进行开发设计，解决以上存在的问题是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种真空泵余热用于tsa吸附塔的装置及方法解决传统提氦装置tsa再生能耗高、真空泵冷却能耗大、余热无法利用、设备稳定性差的行业痛点，实现系统能量内部闭环回收、双向节能。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种真空泵余热用于tsa吸附塔的装置，包括真空泵余热采集模块、tsa吸附塔复热换热模块和智能温控稳压调节模块；

4、所述真空泵余热采集模块包覆安装在提氦装置真空机组外壁上，用于收集真空泵连续运行产生的机械废热与气体压缩废热，所述真空泵余热采集模块的换热介质出口与所述tsa吸附塔复热换热模块连通；

5、所述tsa吸附塔复热换热模块包覆设置于tsa吸附塔的塔体外壁，利用循环介质携带的余热对低温吸附后的所述tsa吸附塔进行整体升温复热；

6、所述tsa吸附塔复热换热模块的换热介质出口回流接入所述真空泵余热采集模块的换热介质进口，形成闭环能量回收回路；

7、所述智能温控稳压调节模块用于根据换热温度调节换热介质的流速。

8、优选地，所述真空泵余热采集模块为水冷夹套，所述水冷夹套贴合所述提氦装置真空机组的壳体和/或轴承腔体和/或密封腔体高发热区域设置，所述tsa吸附塔复热换热模块为换热夹套。

9、优选地，所述智能温控稳压调节模块包括设置在所述水冷夹套的介质出口的泵体温度传感器、设置在所述换热夹套的介质出口的塔体温度传感器、设置在所述换热夹套和所述水冷夹套之间的变频循环水泵、设置在所述变频循环水泵的进口和出口的电动比例调节阀、以及与所述泵体温度传感器、塔体温度传感器、变频循环水泵和电动比例调节阀通信连接的控制器。

10、优选地，所述水冷夹套和所述换热夹套内均设置有螺旋导流板，所述螺旋导流板沿所述水冷夹套和所述换热夹套的周向和轴向呈螺旋状延伸，将夹套内腔分隔成螺旋形流道。

11、优选地，所述水冷夹套和所述换热夹套内均匀分布若干扰流钉，所述扰流钉垂直于tsa吸附塔的外壁面和所述提氦装置真空机组的外壁面设置。

12、优选地，所述水冷夹套的介质出口与所述换热夹套的介质入口之间设置有蓄热式换热器，所述蓄热式换热器内填充有相变蓄热材料。

13、优选地，所述水冷夹套和所述换热夹套的外壁上均设置有保温层。

14、优选地，所述换热介质为软化水。

15、本发明还公开了一种真空泵余热用于tsa吸附塔的方法，包括以下步骤：

16、提氦装置真空机组连续工作，由真空泵余热采集模块采集余热，循环介质吸热升温；

17、升温后的循环介质输送至tsa吸附塔复热换热模块；

18、利用循环介质携带的余热对低温状态的tsa吸附塔进行恒温复热，完成吸附剂升温、杂质解析、吸附剂再生工艺过程；

19、释放热量后的低温循环介质回流至真空泵余热采集模块，再次吸收余热，持续循环；

20、通过智能温控稳压调节模块实时调节水流量，维持提氦装置真空机组恒温运行、tsa吸附再生温度稳定。

21、优选地，所述tsa吸附塔吸附阶段塔体处于低温状态，系统储存余热，所述tsa吸附塔再生阶段集中释放余热供热，实现错峰能量利用。

22、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

23、通过真空泵余热采集模块、tsa吸附塔复热换热模块与智能稳压调节模块的协同配合，构建了闭环式余热回收利用系统，首先利用包覆于真空机组外壁的余热采集模块，同步捕获机械摩擦热与气体压缩热，突破了传统单一气路或水路换热的局限，使低品位废热的采集率大幅提升；其次，采集的热量通过循环介质直接输送至包覆于tsa吸附塔外壁的复热换热模块，以外壁整体加热的方式替代传统内部盘管或外部热风加热，不仅消除了塔内空间占用和气流分布不均的问题，更通过大面积、均匀的壁面传热显著提高了塔体升温速率和温度场均匀性，从而强化了解析效果、缩短了再生周期；在此基础上，智能温控稳压调节模块根据实时换热温度动态调节介质流速，既避免了解析初期热冲击过大和末期热量过剩导致的能量浪费，又有效平抑了真空泵负荷波动引起的供热不稳定性，确保吸附塔在整个解析周期内获得平稳、精准的热量供给；实现了tsa解析工序的低能耗、高均匀性和高稳定性运行，对降低生产成本和减少碳排放具有突出的实际意义。

1.一种真空泵余热用于tsa吸附塔的装置，其特征在于，包括真空泵余热采集模块、tsa吸附塔复热换热模块和智能温控稳压调节模块；

2.根据权利要求1所述的真空泵余热用于tsa吸附塔的装置，其特征在于，所述真空泵余热采集模块为水冷夹套（2），所述水冷夹套（2）贴合所述提氦装置真空机组（1）的壳体和/或轴承腔体和/或密封腔体高发热区域设置，所述tsa吸附塔复热换热模块为换热夹套（6）。

3.根据权利要求2所述的真空泵余热用于tsa吸附塔的装置，其特征在于，所述智能温控稳压调节模块包括设置在所述水冷夹套（2）的介质出口的泵体温度传感器（3）、设置在所述换热夹套（6）的介质出口的塔体温度传感器（7）、设置在所述换热夹套（6）和所述水冷夹套（2）之间的变频循环水泵（4）、设置在所述变频循环水泵（4）的进口和出口的电动比例调节阀（8）、以及与所述泵体温度传感器（3）、塔体温度传感器（7）、变频循环水泵（4）和电动比例调节阀（8）通信连接的控制器（10）。

4.根据权利要求2所述的真空泵余热用于tsa吸附塔的装置，其特征在于，所述水冷夹套（2）和所述换热夹套（6）内均设置有螺旋导流板，所述螺旋导流板沿所述水冷夹套（2）和所述换热夹套（6）的周向和轴向呈螺旋状延伸，将夹套内腔分隔成螺旋形流道。

5.根据权利要求4所述的真空泵余热用于tsa吸附塔的装置，其特征在于，所述水冷夹套（2）和所述换热夹套（6）内均匀分布若干扰流钉，所述扰流钉垂直于tsa吸附塔（5）的外壁面和所述提氦装置真空机组（1）的外壁面设置。

6.根据权利要求2所述的真空泵余热用于tsa吸附塔的装置，其特征在于，所述水冷夹套（2）的介质出口与所述换热夹套（6）的介质入口之间设置有蓄热式换热器，所述蓄热式换热器内填充有相变蓄热材料。

7.根据权利要求2所述的真空泵余热用于tsa吸附塔的装置，其特征在于，所述水冷夹套（2）和所述换热夹套（6）的外壁上均设置有保温层。

8.根据权利要求1所述的真空泵余热用于tsa吸附塔的装置，其特征在于，所述换热介质为软化水。

9.一种真空泵余热用于tsa吸附塔的方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的真空泵余热用于tsa吸附塔的方法，其特征在于，所述tsa吸附塔（5）吸附阶段塔体处于低温状态，系统储存余热，所述tsa吸附塔（5）再生阶段集中释放余热供热，实现错峰能量利用。