空壓機(jī)余熱應(yīng)用實(shí)例

納鐵福傳動(dòng)軸有限責(zé)任公司 陸愛軍 陳慈平 錢 進(jìn)

0 前言

壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力源之一。由于其具有安全、無公害、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛，但要得到品質(zhì)優(yōu)良的壓縮空氣需要消耗大量能源。在大多數(shù)生產(chǎn)型企業(yè)中，壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的10%～35%。

1 空氣機(jī)余熱利用

空壓機(jī)余熱是空壓機(jī)在生產(chǎn)高壓空氣過程中隨之產(chǎn)生的多余熱量。在空壓機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能的過程中，空氣受到強(qiáng)烈的高壓壓縮，溫度驟升，同時(shí)壓縮機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)也會(huì)摩擦發(fā)熱，這些高溫?zé)崃坑煽諌簷C(jī)潤滑油混合成的油氣、蒸汽攜帶排出機(jī)體。這部分高溫油氣流的熱量相當(dāng)于空壓機(jī)輸入電功率的3/4，它的溫度通常在80℃～100℃[1]。高溫油氣流通過空壓機(jī)的散熱系統(tǒng)快速的冷卻，以滿足空壓機(jī)正常工作的溫度要求。

實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)余熱的利用具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）空壓機(jī)產(chǎn)生的熱量主要被各種冷卻器和冷卻水或排風(fēng)帶走，并排放到周圍環(huán)境中。如果這部分熱量能夠得到利用，可以取得節(jié)能效果。2）在室外氣溫偏高的夏季，很多空壓機(jī)特別是風(fēng)冷空壓機(jī)往往會(huì)高溫報(bào)警并停機(jī)，影響生產(chǎn)。許多企業(yè)外購冰塊對空壓機(jī)房進(jìn)行降溫。如果對此余熱回收利用，則可以改善空壓機(jī)的工作性能。3）空壓機(jī)余熱利用至其他需要加熱的地方，可以大大降低原來工藝所需的燃料消耗，減少有害氣體和CO2的排放。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國正在使用的空壓機(jī)超過400萬臺(tái)[2]，余熱利用的潛力非常巨大，如何實(shí)現(xiàn)這些空壓機(jī)余熱的合理利用對我國的節(jié)能減排工作意義重大。

2 工程概況

上海納鐵福傳動(dòng)軸有限公司周浦工廠目前配備有EP200空壓機(jī)6臺(tái)（5用1備）?？諌簷C(jī)的詳細(xì)運(yùn)行參數(shù)見表1?？諌簷C(jī)房為單層平頂結(jié)構(gòu)，四周墻壁基本暴露在陽光中，造成一到高溫季節(jié)設(shè)備就常因高溫而報(bào)警。

表1 空壓機(jī)運(yùn)行參數(shù)

另一方面，為了提供職工洗澡用水，工廠建有兩個(gè)浴室，分別為南端小浴室和北端大浴室。南端小浴室有兩個(gè)水箱，已經(jīng)使用多年，保溫效果差，考慮更換為1個(gè)12m3和1個(gè)7 m3的熱水箱。北端為2個(gè)25 m3的熱水箱。大、小浴室的運(yùn)行參數(shù)見表2和表3。原來浴室熱水箱用鍋爐蒸汽加熱，浴室熱水箱的補(bǔ)水和加熱都是人工控制，在日常用能檢查時(shí)，常發(fā)現(xiàn)熱水過熱，浪費(fèi)能源的現(xiàn)象。

表2 大浴室洗浴時(shí)間和用水量

表3 小浴室洗浴時(shí)間和用水量

3 改造方案及經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 改造方案

為了解決洗浴用水的加熱，同時(shí)也為了充分利用空壓機(jī)余熱，改造方案為利用空壓機(jī)余熱來生產(chǎn)洗浴熱水，改造方案見圖1。改造后來自空壓機(jī)的冷卻液（溫度為80℃的油）經(jīng)過板式換熱器將熱量傳遞給洗浴用水，實(shí)現(xiàn)余熱的利用。在本項(xiàng)目中首先保證小浴室加熱，在滿足小浴室加熱的情況下，富裕的熱量將自動(dòng)轉(zhuǎn)向大浴室供熱。整個(gè)控制過程實(shí)行全自動(dòng)控制和部分功能手動(dòng)控制兩種方式?？刂破髁?個(gè)控制點(diǎn)（每個(gè)浴室）給用戶現(xiàn)場進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，分別為：1）定量補(bǔ)水設(shè)定：設(shè)定不同班次的補(bǔ)水量；2）水箱溫度設(shè)定：根據(jù)季節(jié)的變化設(shè)定加熱溫度；3）自動(dòng)補(bǔ)水時(shí)間設(shè)定：設(shè)定三班的自動(dòng)補(bǔ)水時(shí)間。

鍋爐房為上述兩個(gè)浴室的總控室，能對所有相關(guān)參數(shù)進(jìn)行顯示與修改，能開停所有相關(guān)設(shè)備。在兩個(gè)浴室分別安裝能顯示本浴室的水箱溫度和水位高度的顯示屏。液位高度采用高度顯示，極低液位聲光報(bào)警，同時(shí)無條件自動(dòng)補(bǔ)水。

改造方案確定后，必須計(jì)算在冬、夏季節(jié)下空壓機(jī)的余熱量以及洗浴用水的需熱量，以便確定是否需要其他的熱源。計(jì)算結(jié)果見圖2和圖3。從圖中計(jì)算結(jié)果可以看出，夏季時(shí)空壓機(jī)的余熱可以完全滿足洗浴用水的熱量需求，但是冬季時(shí)，空壓機(jī)的余熱小于洗浴用水的熱量需求，此時(shí)大浴室回收的熱量不夠洗浴水溫，將采用人工控制蒸汽輔助加熱。

3.2 經(jīng)濟(jì)性分析

對項(xiàng)目改造前后系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。

按一年8個(gè)月夏季（包括春季、秋委）、4個(gè)月冬季，燃?xì)忮仩t效率90%，天然氣熱值按實(shí)測值8178kcal/m3，天然氣價(jià)格3.63元/m2進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表4。從表4可以看出改造項(xiàng)目總投資52.2萬元，改造后每年可節(jié)約標(biāo)煤236t，其投資回收期僅10個(gè)月，經(jīng)濟(jì)性良好。另外，改造后的2010年夏天高溫時(shí)，只要浴室在加熱，空壓機(jī)就沒有報(bào)警，緩解了夏天空壓機(jī)報(bào)警停機(jī)現(xiàn)象。

4 結(jié)論

本文結(jié)合具體改造項(xiàng)目，探討空壓機(jī)余熱用于生產(chǎn)洗浴熱水的可行性及經(jīng)濟(jì)性，結(jié)論如下：

1）空壓機(jī)余熱用于生產(chǎn)洗浴熱水不僅可以改善空壓機(jī)本身的工作性能，還可以節(jié)約能源，是一種切實(shí)可行的方案。

2）本項(xiàng)目改造后，2010年夏天高溫時(shí)，只要浴室在加熱，空壓機(jī)就沒有報(bào)警，緩解了夏天空壓機(jī)報(bào)警停機(jī)現(xiàn)象。

3）本項(xiàng)目改造后，每年可節(jié)約236t標(biāo)煤，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用65.9萬元，項(xiàng)目投資回收期為10個(gè)月，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

表4 改造項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評價(jià)

[1]張慶營，張新明，孟令楓.空壓機(jī)余熱在中央空調(diào)節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].建筑節(jié)能，2010（04）

[2]盧東風(fēng).空壓機(jī)變頻節(jié)能控制[J].油氣田地面工程，2008(08)