淺析空壓機(jī)余熱的回收利用的實(shí)現(xiàn)

摘要：當(dāng)前，空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用十分普遍，由于其在空氣壓縮過程中會(huì)有大量熱量產(chǎn)生，致使被壓縮空氣的溫度急劇升高。傳統(tǒng)使用中為了滿足運(yùn)行要求，需配備冷凍水或循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，同被壓縮空氣之間進(jìn)行熱交換，以確保空壓氣運(yùn)行過程的穩(wěn)定性及可靠性，而所產(chǎn)生的熱量則被排入大氣中，導(dǎo)致大量熱能散失，并導(dǎo)致冷卻水及冷凍水耗電量大幅度升高。鑒于此，本文重點(diǎn)探討了如何實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)余熱的有效回收利用，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī)；余熱；回收利用

作為化工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種動(dòng)力源，壓縮空氣不僅安全、無害，而且便于輸送、調(diào)節(jié)性能良好，但是，為了獲取性能優(yōu)良的壓縮空氣，必須消耗大量的能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空氣壓縮所需消耗的能源占電力總消耗量的10-35%。隨著空氣壓縮系統(tǒng)效率的逐步提高，空壓機(jī)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的壓縮熱也居高不下。為了提高生產(chǎn)力，通常需要將此部分能量利用水冷系統(tǒng)釋放到空氣中，浪費(fèi)了大量的余熱。因此，有必要針對空壓機(jī)余熱回收利用進(jìn)行研究，以更好地降低能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保的目的。

1．空壓機(jī)散熱及溫度控制原理分析

在闡述空壓機(jī)余熱回收利用的原理及方法前，需要先了解空壓機(jī)機(jī)組的散熱、溫度控制及調(diào)節(jié)原理。

在傳統(tǒng)噴油螺桿空壓機(jī)中，油氣分離器中的潤滑油存在著大量的熱量，潤滑油在經(jīng)過油冷卻器后溫度得到有效降低，并經(jīng)過油過濾器的過濾之后回到壓縮機(jī)頭開始進(jìn)行循環(huán)使用，能量約為電機(jī)輸入功率的80-90%，經(jīng)過水冷或風(fēng)冷器及后冷卻器后，熱量被散發(fā)于大氣中，在空壓機(jī)連續(xù)運(yùn)行過程中，排氣的溫度切忌過高或過低，若溫度過高會(huì)導(dǎo)致潤滑油加速老化，機(jī)組零件由于熱脹而摩擦加劇，導(dǎo)致機(jī)組壽命縮短，且高溫下油氣混和物容易引發(fā)火災(zāi)。排氣溫度通常設(shè)定在110-115℃內(nèi)，若超過該溫度，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)。若排氣溫度過低，空氣中所含的水分受壓后，極有可能從機(jī)頭或油氣分離器中析出，導(dǎo)致潤滑油發(fā)生乳化，轉(zhuǎn)子及軸承生銹或腐蝕。因此，冬季時(shí)空壓機(jī)排氣溫度應(yīng)趨于下限，夏季則趨于其上限?？諌簷C(jī)機(jī)組排氣溫度是通過溫控閥對噴入機(jī)頭的潤滑油溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)的，通常而言，噴油溫度需要控制在60-80℃內(nèi)。

當(dāng)啟動(dòng)空壓機(jī)冷態(tài)后，油溫會(huì)降低，當(dāng)?shù)陀?0℃時(shí)，油冷卻器會(huì)完全被旁通；潤滑油在通過溫控閥、油過濾器后返回并噴入機(jī)頭，在油溫超過60℃時(shí)，溫控閥局部開啟，一部分潤滑油在油冷卻器的作用下冷卻降溫，同剩余潤滑油相互混合之后共同噴入機(jī)頭。若油溫達(dá)到溫控閥所設(shè)定溫度（通常為75℃）時(shí)，此時(shí)溫控閥將全部開啟，潤滑油受油冷卻器作用迅速散熱降溫，并經(jīng)過油過濾器噴入機(jī)頭。

2．空壓機(jī)余熱回收利用的實(shí)現(xiàn)

最為簡便的余熱回收利用原理如下：在冬季，將空壓機(jī)風(fēng)冷系統(tǒng)中釋放的熱量導(dǎo)入生產(chǎn)車間，用以取暖，此法在冬季可使余熱得到最大程度的回收利用，幾乎可以將所有余熱進(jìn)行回收利用，但是，在其他季節(jié)，仍需要將余熱釋放至大氣中。

圖1顯示的是對空壓機(jī)余熱回收利用進(jìn)行改造了的原理圖。由圖可知，系統(tǒng)保留了傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)，只是對油氣分離罐之后的油路及氣路進(jìn)行了改造，連接至增設(shè)的余熱回收利用交換器中，將潤滑油的熱量傳送給交換器中的另一載體，使余熱進(jìn)入保溫儲(chǔ)水罐中，用以對生產(chǎn)及生活用水進(jìn)行加熱，將廢熱轉(zhuǎn)變?yōu)閷?，有效減少了傳統(tǒng)加熱水所需電能消耗，經(jīng)增設(shè)相應(yīng)的水溫及油溫控制系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了對油溫的有效調(diào)節(jié)，確保了空壓機(jī)運(yùn)行過程的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)余熱的有效回收利用。

圖1 現(xiàn)有空壓機(jī)余熱回收利用改造原理圖

在對空壓機(jī)機(jī)組進(jìn)行重新設(shè)計(jì)時(shí)，可直接采用余熱回收利用換熱器作為機(jī)組冷卻系統(tǒng)，如圖2所示，此設(shè)計(jì)不僅可以降低系統(tǒng)成本，而且便于控制，余熱回收效率也相對較高。余熱回收器通過吸收空壓機(jī)機(jī)組的廢熱，將熱量成功傳導(dǎo)至保溫儲(chǔ)水罐中，儲(chǔ)水罐中的水溫被加熱到所設(shè)定溫度時(shí)，供水泵將自動(dòng)開啟，并向固定場所進(jìn)行熱水供應(yīng)；當(dāng)儲(chǔ)水罐水位降至設(shè)定值時(shí)，循環(huán)水泵將自動(dòng)開啟，并向儲(chǔ)水罐中進(jìn)行補(bǔ)水。

圖2 新設(shè)計(jì)空壓機(jī)余熱回收利用原理圖

3．空壓機(jī)余熱回收利用及節(jié)能效果分析

空壓機(jī)余熱回收利用主要是將空壓機(jī)排放的熱量作為熱源，經(jīng)余熱回收交換器，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移，將其轉(zhuǎn)移至需要熱量的介質(zhì)內(nèi)，從而有效減少了加熱所需的燃料成本。由于空壓機(jī)余熱溫度范圍處在80-100℃之間，因此，回收熱量多用于以下場合：1）加熱空間，如冬季車間、辦公室或居民取暖；2）洗澡用水的加熱；3）預(yù)熱鍋爐水，節(jié)約鍋爐燃料；4）車間工藝流程所需供熱，例如，造紙廠可將空壓機(jī)余熱用以加熱紙漿，以便有效提高造紙的質(zhì)量及效率；5）用于干燥壓縮空氣。

空壓機(jī)余熱回收利用不僅有效減少了大氣中熱污染的排放，還為企業(yè)省下了一筆可觀的成本。以一臺(tái)功率為200kW的空氣壓縮機(jī)為例，設(shè)一年運(yùn)行時(shí)間為8000h，電費(fèi)為0.9元//kW?h，經(jīng)計(jì)算可知，每年所節(jié)約的電能與電費(fèi)分別為1024000 kW?h、102.4萬度電，折合為人民幣約91.26萬。相當(dāng)于每年節(jié)約0號(hào)柴油85.2t，天然氣97780m3，標(biāo)準(zhǔn)煤125.7t?？諌簷C(jī)24h所回收利用的余熱，每天可供60℃的熱水量達(dá)66.1t，每日可供1322人洗澡。

對空壓機(jī)余熱進(jìn)行回收利用，除了具有良好的節(jié)能效益以外，還具有如下特點(diǎn)：1）空壓機(jī)運(yùn)行溫度受到外界環(huán)境溫度的影響降低，可在恒定溫度下進(jìn)行有效運(yùn)行；2）改善了空壓機(jī)的運(yùn)行溫度，空壓機(jī)的輸氣量得到了有效提高，運(yùn)行效率及成本也大幅降低；3）油分效率得到了有效提高，極大地降低了油耗，有效延長了潤滑油的傳統(tǒng)更換周期，降低了日常維護(hù)成本；4）潤滑油及空壓機(jī)機(jī)組的壽命得到了大幅延長。

4.參考文獻(xiàn)

[1] 韓彥寧.空氣壓縮機(jī)余熱回收及節(jié)能分析[J].壓縮機(jī)雜志,2012(07):193-196.

[2] US Department of Energy, Heat Recovery with Compressed Air Systems-Compressed AirSystems Fact Sheet #10, Compressed Air Challenge , 2010.

5.作者簡介

瞿智鋒（1984—），漢助理工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)備