一种气体压缩系统技术领域
本发明涉及一种气体压缩系统。
背景技术
气体压缩机是将常压气体压缩制成高压气体以提供气体压力能的机械，是气体压
缩系统的主体。例如：压缩介质为空气的压缩机简称为空压机，压缩介质为氮气的压缩机简
称为氮压机等等，以下统称为压缩机。压缩机按工作原理分为容积式压缩机和速度式压缩
机。容积式压缩机通过压缩气体体积使分子的密度增加来提高气体压力，速度式压缩机是
通过提高气体分子速度增加分子动能来提高气体压力。
目前常用的压缩机有螺杆式、活塞式、离心式、滑片式、涡旋式压缩机等等。据权威
机构检测，压缩机所消耗的电能仅有10%转化成压缩气体能，剩下的90%转化为热能和声能
等，热能通过气体压缩系统内的级间和末端的冷却器进入冷却水循环系统中进行冷却；升
温后冷却水再通过凉水塔降温后循环使用，同时热量排放到大气中造成能量的浪费。由此
可见，压缩气体的制造过程中对环境的破坏及能源的浪费是十分惊人的。
现有提高气体压缩系统效率的方法有以下几种：
1.提高传动效率：选择高质量、精度的带轮、皮带、端面齿等，负载不均匀时一次性更换
全部皮带，安装时认真调整中心距，保证所有皮带受到相同的张紧力，提高传动效率，从而
提升气体压缩系统的效率。
2. 降低摩擦功耗：活塞、缸套间的间隙大小和润滑情况影响着压缩机节能效果。
只有合适的间隙下才能保持有效的润滑。精密控制间隙，及时更换已有磨损的活塞环，保证
油液黏度合适、循环迅速，定期进行维护保养，降低摩擦功耗，提升气体压缩系统的效率。
3. 减少压力损失：气路系统包括滤风器、吸排气阀、冷却器等组成，能够将压缩气
体运输到使用设备。如果出现吸排气阀失修或修理不当等问题，会形成漏气，减少排气量，
从而降低压缩机运行节能效果，通过定时保养检修，减少气体压缩系统的气路中的压力损
失，提升气体压缩系统的效率。
4.提高交换热性能：压缩机压缩气体有等温压缩、绝热压缩、多变压缩三种，理论
上等温压缩能耗最小，但实际运行过程中都是多变压缩。
5.变频调速节能；变频调速节能通过在电网与电动机间安设变频器来实现电动机
的调速。通过变频器控制压缩机转速，满足轻载的运行需要，让排气量与用气量相匹配。通
过实践证明，使用变频调速方法能够提高压缩机轻载运行状态下的电动机的效率，减少气
体压缩系统的能量消耗，为企业创造更好的经济效益。该系统控制输出压力，将反馈信号接
到变频器上，再与给定信号做比较，由PID调节后将综合信号发送到输入给定端，按压力变
动量调整电动机的转速和功率。
6.多机组群控节能：在用气量很大并且用气负荷波动较大的场合，使用单台大容
量压缩机难以满足气量调节的需要，而常使用多台压缩机。多机组群控技术是在多台压缩
机运行条件下实现节能的有效方法之一，它根据实际用气量选定需要的机器和台数，消除
了不必要的浪费情况，具有显著的节能效果。
由此可见，压缩机设备本身、运行工况等因素都影响着气体压缩系统的效率。只有
全面分析、综合考虑，选择先进的技术、合理可行的方法和配套措施，才能确保压缩机处于
高效、节能、稳定、安全的运行状态。工作人员要在应用变频调速等先进技术和方法的同时，
认真做好设备的日常运行管理和维护保养工作，在保障生产的基础上节能减耗，以提高经
济效益和社会效益。
从以上传统提高气体压缩机节能效果的方法可以看出，均是从机械或电器变频方
等面改善压缩机的机械结构、电机效率的方法减少能耗提高效率，但是，都没有从根本上提
升气体压缩系统的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种效率高的气体压缩系统。
为实现上述目的，本发明气体压缩系统采用如下技术方案：
本发明的气体压缩系统包括压缩机，还包括用于与压缩机进行热交换的蒸发器，所述
蒸发器内装有吸热后能够分离出蒸气的换热介质，所述蒸发器通过管道连接有膨胀机并使
蒸发器内分离出的蒸气进入所述膨胀机中以驱动膨胀机输出机械能，所述膨胀机的动力输
出端连接有用于对压缩机进气口的处气体进行加压的压缩风机。在工作过程中，蒸发器与
压缩机产生进行热交换，将压缩机的余热吸收使蒸发器中的换热介质受热分离出蒸气，蒸
气通过管路进入膨胀机中驱动膨胀机工作，膨胀机的动力输出端驱动压缩风机工作以对压
缩机进口处的气体进行加压，这样就将压缩机的余热回收利用起来并通过膨胀机对压缩机
进口处的气体进行加压，提高了气体压缩系统的效率；
进一步的，所述压缩机的进气口处还设有冷却器，所述膨胀机的出气口与冷却器的进
气口连通以使膨胀机排出的低温气体能够送入冷却器中，这样通过冷却器对压缩机进气口
进行降温，进一步提升该气体压缩系统的效率；
进一步的，所述膨胀机为透平膨胀机，采用透平膨胀机具有占地面积小、结构简单、气
流无脉动、振动小、无机械磨损部件、连续工作周期长、操作维护方便、调节性能好和效率高
等优点；
进一步的，所述气体压缩系统还包括用于吸收压缩机的余热并将该部分热量传输给蒸
发器的热交换装置，所述热交换装置包括用于回收压缩机的润滑油的余热的润滑油热交换
器、用于回收压缩机压缩余热的级间热交换器以及用于回收压缩机的出口处的压缩余热的
末端热交换器，这样能够将压缩机各处的余热回收充分；
进一步的，所述余热回收系统采用浓氨水作为回收余热的换热介质，浓氨水中的氨气
作为驱动膨胀机工作的工质，以氨作为工质价格低廉，来源充足。
附图说明
图1为本发明的气体压缩系统的实施例的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的气体压缩系统的具体实施例，如图1所示，气体压缩系统包括压缩机以及
用于驱动压缩机的驱动装置，驱动装置为驱动电机或者汽轮机等，压缩机的入口通过气体
过滤器与被压缩气体连通，该气体压缩系统还包括用于回收压缩机产生的余热的热交换装
置以及与热交换装置连接的蒸发器，热交换装置包括用于回收压缩机的润滑油的余热的润
滑油热交换器、用于回收压缩机压缩的余热的级间热交换器以及用于回收压缩机的出口处
的压缩余热的末端热交换器，通过这些热交换器的配合作用，使得气体压缩系统中的余热
被充分回收利用。
蒸发器通过管路连接有膨胀机，蒸发器中的工质受热蒸发后变为高压工质，通过
管路进入膨胀机中驱动膨胀机工作，在本实施例中膨胀机采用透平膨胀机，采用透平膨胀
机具有占地面积小、结构简单、气流无脉动、振动小、无机械磨损部件、连续工作周期长、操
作维护方便、调节性能好和效率高等优点。透平膨胀机具有工作轮，工作轮与压缩风机连接
以驱动压缩风机运转工作，对压缩机进口处的气体进行加压。透平膨胀机与压缩机的进口
处之间还设有冷却器，高压工质在透平膨胀机中膨胀做工后内能转化为机械能同时吸收热
量，而正是通过冷却器吸收压缩机进口处的气体的热量，这样实现压缩机入口处气体的降
温。
在本实施例中采用浓氨水作为回收余热的换热介质，浓氨水中的氨气作为驱动膨
胀机工作的工质。回收余热的过程中，蒸发器中的浓氨水受热蒸发出氨气，氨气蒸发后体积
变大成为高压氨气，高压氨气进入膨胀机中驱动膨胀机工作后变为低压氨气，并在吸收器
中被稀氨水吸收转换为浓氨水，重新依次进入热交换装置和蒸发器中进行下一个循环。采
用氨气作为工质价格低廉，来源充足。
本发明的气体压缩系统工作过程中，余热回收系统通过热交换装置将压缩机产生
的余热回收，回收的热量使蒸发器中的浓氨水中的氨气受热蒸发成为高压氨气，高压氨气
通过管路进入膨胀机中驱动透平膨胀机工作，透平膨胀机一方面驱动压缩风机工作以对压
缩机进口处的气体进行加压，另一方面通过冷却器对压缩机进口处的气体进行冷却降温，
这样就将压缩机的余热回收利用起来并通过膨胀机对压缩机进口处的气体进行加压和降
温，提高了气体压缩系统的效率。
压缩机在运行时，真正用于增加气体压力（势能）所消耗的电能在总耗电量中只占
约10%左右，其他的约90%的耗电转化为热量，通过风冷或者水冷的方式排放到空气中对环
境造成破坏。全国工业领域压缩机年耗电为1.43万亿度，每年浪费电能约为1.29万亿度，电
能消耗巨大、浪费严重。而本发明的气体压缩系统运行过程中，按保守数据回收率45%计算，
每年全国可节约电量为0.58万亿度，综合电价按1.0元/度，每年全国可以节省5800亿元。所
以，本发明的气体压缩系统具有低碳、绿色、环保等优点，具有极高的市场价值。
在本发明的上述实施例中，压缩介质为空气，在其他实施例中，压缩介质还可以是
氮气、氧气或者其他气体；余热回收系统用于回收余热的换热介质还可以采用溴化锂水溶
液，此时水受热蒸发成为高压水蒸汽作为驱动膨胀机工作的工质，当然还可以采用其他具
有相同作用的低工质换热介质；膨胀机还可以采用活塞式膨胀机，此时活塞式膨胀机的曲
轴与压缩风机传动连接。