螺桿式空壓機(jī)熱能回收分析及應(yīng)用實(shí)例

劉惠明

（柳州富達(dá)機(jī)械有限公司，廣西 柳州 545006）

1 引言

在世界能源日趨緊張的今天，節(jié)能和能量回收問題已被提到重要的議事日程，生產(chǎn)設(shè)施正在不斷尋找潛在的能量節(jié)約，壓縮機(jī)的能量回收就是一項(xiàng)效益顯著的節(jié)能措施之一。

螺桿式空壓機(jī)是廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的通用機(jī)械，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，其工作耗電量占全國用電量的15%以上，而大多數(shù)的螺桿式空壓機(jī)用戶每天的耗電量占到其用電量的30%以上，甚至50%。由于空壓機(jī)工作時輸入的電能大部分轉(zhuǎn)換為壓縮熱，這些熱能散發(fā)到大氣中或被冷卻水帶走，既造成了浪費(fèi)又污染了環(huán)境，對于競爭激烈的市場經(jīng)濟(jì)來說，它的浪費(fèi)無疑讓每個用戶心痛而無奈。通過回收空壓機(jī)的壓縮熱，用于其它生產(chǎn)工藝或生活系統(tǒng)，可以變廢為寶，節(jié)省了能源消耗，達(dá)到一次性投資，今后持續(xù)獲得節(jié)能和增效的目的。

2 螺桿式空壓機(jī)熱能回收分析

2.1 熱能產(chǎn)生原理

螺桿式空壓機(jī)長期連續(xù)工作過程中，把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能，在機(jī)械能轉(zhuǎn)換為熱能過程中，空氣得到強(qiáng)烈的高壓壓縮，使之溫度驟升，這是普通物理學(xué)機(jī)械能量轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，機(jī)械螺桿的高速旋轉(zhuǎn)，同時也摩擦發(fā)熱，這些產(chǎn)生的高熱由空壓機(jī)潤滑油的加入混合成油/氣蒸氣排出機(jī)體，這部分高溫油/氣流的熱量相當(dāng)于空壓機(jī)輸入功率的3/4，它的溫度通常在90℃（冬季）－100℃（夏秋季），這些熱能都由于機(jī)器運(yùn)行溫度的要求，都被無端地廢棄排往大氣中，即空壓機(jī)的散熱系統(tǒng)來完成機(jī)器運(yùn)行的溫度要求。螺桿空氣壓縮機(jī)的熱能回收裝置并非簡單和傳統(tǒng)的冷熱交換形式，采用同程截流式反串使冷熱交換效果增到1.8～2.0倍。產(chǎn)出的熱水可提供生產(chǎn)車間工藝用水或者員工生活用水，從而大大減輕了企業(yè)為產(chǎn)生熱水長期支付沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

2.2 使用螺桿式空壓機(jī)熱能回收技術(shù)優(yōu)勢

（1） 零運(yùn)行成本：不燒煤、油、天然氣，不耗電，沒有運(yùn)行成本符合環(huán)保要求；

（2） 低成本投入：無需投入其它熱水設(shè)備，從開始使用，省錢馬上變成現(xiàn)實(shí)；

（3） 不受天氣影響：只要空壓機(jī)運(yùn)行，即可供應(yīng)熱水；

（4） 效益顯著，出水溫度最高可達(dá)到75℃；

（5） 延長空壓機(jī)使用壽命、減少機(jī)器故障和降低維護(hù)成本；

（6） 熱能回收系統(tǒng)對空壓機(jī)的運(yùn)行維護(hù)保養(yǎng)無任何影響。

2.3 螺桿式空壓機(jī)熱能回收技術(shù)應(yīng)用

（1）生活熱水，可用于員工熱水洗澡。

（2） 利用廢熱氣與室外冷空氣混合，實(shí)現(xiàn)辦公室、生產(chǎn)車間采暖。鍋爐補(bǔ)水預(yù)熱，可大大降低鍋爐使用過程中的燃料成本。

（3） 鍋爐補(bǔ)水預(yù)熱，可大大降低鍋爐使用過程中的燃料成本。

（4）可用作其它液體介質(zhì)的加熱。

（5） 電子行業(yè)生產(chǎn)線或其它工業(yè)的工藝用熱水。

2.4 噴油空壓機(jī)的熱量分布及回收率

從圖1可以看出，主機(jī)工作產(chǎn)生的高熱由油/氣混合氣排出機(jī)體后，除了熱輻射損失2%無法利用外，將有98%的熱量隨壓縮油氣進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，26%熱量隨壓縮空氣進(jìn)入用戶端，而72%熱量被油冷卻系統(tǒng)帶走。壓縮空氣帶走的熱量部分少且不便于回收，而油冷卻部分72%熱量如果能回收起來，潛力巨大，一舉多得，有著良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益。

圖1

3 實(shí)例應(yīng)用

某公司生產(chǎn)車間安裝使用了2臺柳州富達(dá)螺桿式空壓機(jī)LU250W-8.5。該公司生產(chǎn)狀況良好，2臺壓縮機(jī)長期處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)見表1。

表1

3.1 空壓機(jī)熱能回收可行性分析

我公司已有成熟的熱能回收技術(shù)，根據(jù)該公司在用的2臺空壓機(jī)使用率高，且有對熱水的實(shí)際需求。為降低空壓機(jī)的耗能和鍋爐燒水的環(huán)境污染問題，針對該公司的實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算，我公司給出切實(shí)可行的方案：對空壓機(jī)正常運(yùn)行所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行熱能回收再利用，即加裝“空壓機(jī)余熱產(chǎn)生熱水的節(jié)能換熱裝置”。通過該熱能回收裝置，滿足公司日常對熱水的需求，同時達(dá)到節(jié)能減排的目的，見表2。

3.2 加裝空壓機(jī)機(jī)熱能回收裝置流程圖說明

從圖2可以看出，空壓機(jī)原有的冷卻系統(tǒng)和加裝的熱能回收裝置是2套完全獨(dú)立的系統(tǒng)，2套系統(tǒng)可以通過球閥進(jìn)行切換。當(dāng)熱能回收裝置未啟用時，空壓機(jī)使用原有的冷卻系統(tǒng)；通過球閥切換可使用熱能回收裝置，若熱能回收裝置發(fā)生故障，可單獨(dú)對該裝置進(jìn)行檢修而不影響壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。

整套系統(tǒng)的工作原理：按正常程序啟動壓縮機(jī)。

潤滑油不流經(jīng)熱能回收裝置時：

潤滑油→油氣桶→球閥2（打開） →溫控閥2→油冷卻器或旁通→油過濾器→主機(jī)（注：球閥1和球閥3關(guān)閉）

潤滑油流經(jīng)熱能回收裝置時：

潤滑油→油氣桶→球閥1打開→溫控閥1→油水換熱器或旁通→球閥3（打開） →溫控閥2→油冷卻器或旁通→油過濾器→主機(jī)

空壓機(jī)調(diào)試正常后，通過球閥切換至熱能回收裝置回路即可；若熱能回收裝置出現(xiàn)故障時，亦可通過球閥切換，進(jìn)行檢修和維護(hù)。

3.3 根據(jù)空壓機(jī)熱能回收方案，選擇H R L-3熱能回收交換器及管控系統(tǒng)裝置進(jìn)行改造。

HRL-3是一款外置于噴油螺桿式空壓機(jī)的熱能回收交換器，以水為媒介回收空壓機(jī)壓縮過程中產(chǎn)生的廢熱。利用廢熱來提升水溫，滿足用戶的熱水需求，以達(dá)到節(jié)能目的。

表2

圖2 熱能回收裝置流程圖

管控系統(tǒng)裝置內(nèi)含有溫控閥：可控制空壓機(jī)潤滑油溫度，油氣桶內(nèi)的熱油流入溫控閥，溫控閥根據(jù)流入潤滑油的溫度控制流到油水換熱器和旁通油量的比例從而控制潤滑油出口溫度不至于過低。因?yàn)榭刂茲櫥蜏囟仁菫榱吮ＷC主機(jī)排氣溫度不至于過低，過低的排氣溫度會使空氣中的水分在油氣桶內(nèi)析出，使油乳化從而縮短其壽命。油水換熱器技術(shù)參數(shù)見表3。

表3

3.4 投資回報分析

從加裝熱能回收裝置流程圖可以看出，熱能回收裝置主要件包括：油水換熱器和溫控閥；附件包括：球閥、接口法蘭、螺栓和接管等。該公司安裝這套熱能回收裝置后，壓縮機(jī)運(yùn)行良好，熱水正常供應(yīng)、滿足工人的需求。該套裝置在運(yùn)行0.93個月后，所有投資成本已收回，并今后每年可以在燃料煤節(jié)省近28萬元，節(jié)能效果顯著。

4 熱能回收裝置安裝要點(diǎn)說明

空壓機(jī)熱能回收節(jié)能工程是一項(xiàng)意義重大的節(jié)能工程，支持節(jié)能環(huán)保事業(yè)是企業(yè)的義務(wù)及光榮使命，進(jìn)行空壓機(jī)熱能回收項(xiàng)目，需要選擇技術(shù)力量雄厚、安裝經(jīng)驗(yàn)豐富和售后服務(wù)到位的公司。承接公司的實(shí)力決定著工程的質(zhì)量與運(yùn)行保障。熱能回收產(chǎn)品設(shè)計(jì)和安裝如果不合理會使空壓機(jī)潤滑油壓差過大而導(dǎo)致機(jī)頭缺油而卡死的可能性發(fā)生，同樣溫控閥選擇不合理可能導(dǎo)致油氣桶內(nèi)析出冷凝水，惡化潤滑油的品質(zhì)，縮短其使用壽命，得不償失。所以市場上雖有很多的熱能回收供應(yīng)商，但COPY占了很大部分。所以盡量選擇大的有實(shí)力的供應(yīng)商或空壓機(jī)廠家進(jìn)行配套。實(shí)施熱能回收工程后，承接商必須對該工程進(jìn)行售后服務(wù)及維修跟蹤，以確?？諌簷C(jī)和熱能回收裝置的正常運(yùn)行?；谝陨戏治?，客戶在進(jìn)行空壓機(jī)熱能回收項(xiàng)目時，需慎重選擇承接公司。

5 結(jié)論

熱能回收工程是一項(xiàng)安全高效、節(jié)能環(huán)保的工程，有廣闊的發(fā)展空間。即為公司取得良好的經(jīng)濟(jì)效益又有重要的社會意義，值得實(shí)施和推廣。

[1] 郉子文.螺桿壓縮機(jī)[M].北京：北京工業(yè)出版社，2000.

[2] 徐樹風(fēng).螺桿壓縮機(jī)的能量回收[J].流體機(jī)械，2000.