空壓機(jī)余熱利用及節(jié)能效益分析

朱佳偉

（上海安悅節(jié)能技術(shù)有限公司，上海 200083）

空壓機(jī)余熱利用及節(jié)能效益分析

朱佳偉

（上海安悅節(jié)能技術(shù)有限公司，上海 200083）

空壓機(jī)余熱回收是指一項(xiàng)新型高效的余熱利用回收技術(shù)，依靠吸收空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的廢熱使水加熱，再將加熱的水用于員工的生活、工業(yè)用所需，沒(méi)有太大的能源消耗。作為一種新型高效的余熱利用技術(shù)，可以為企業(yè)節(jié)省能源的消耗，從而節(jié)省大量的成本。

余熱回收；零風(fēng)險(xiǎn)節(jié)能；合同管理模式

CLC NO.: YK1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

引言

太陽(yáng)能熱水器是部分有節(jié)能意識(shí)的工廠首選的制取熱水方式，可太陽(yáng)能熱水器受天氣的局限性太大，在陽(yáng)光條件達(dá)不到的情況下，電力加熱冷水帶來(lái)的能耗相當(dāng)巨大。該廠使用太陽(yáng)能熱水器以及電輔助加熱形式，電加熱不僅使用成本高，不環(huán)保節(jié)能，還存在大量的安全隱患。

1、項(xiàng)目背景

公司有兩個(gè)15噸水箱為員工提供洗浴用水，每年制取洗浴熱水的耗電量為48.96萬(wàn)k·Wh。上海安悅節(jié)能技術(shù)有限公司在實(shí)地考察中發(fā)現(xiàn)，距離公司水箱約180米處便是空壓機(jī)房，空壓站房?jī)?nèi)共有五臺(tái)200kW的阿特拉斯水冷螺桿式空壓機(jī)并且有三臺(tái)空壓機(jī)24小時(shí)不間斷運(yùn)行?？諝鈮嚎s機(jī)在其長(zhǎng)期、連續(xù)的運(yùn)行過(guò)程中，空壓機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生大量熱能，最后以風(fēng)冷或水冷的形式將廢熱奢侈的浪費(fèi)到環(huán)境中。 空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生熱能，不僅營(yíng)運(yùn)成本高，而且環(huán)境污染極為嚴(yán)重，如將該部分熱能回收利用于企業(yè)生活采暖、工業(yè)用水、熱水空調(diào)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空壓機(jī)在運(yùn)行時(shí)只能將15%的電能轉(zhuǎn)化為空氣勢(shì)能為生產(chǎn)所有，其余85%的電能都轉(zhuǎn)化為熱能，其中3%-5%的電能通過(guò)電機(jī)機(jī)殼及空壓機(jī)機(jī)殼散失掉，另外80%-82%的電能通過(guò)空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)散失。若將空壓機(jī)在運(yùn)行時(shí)所散發(fā)的廢熱能有效利用起來(lái)，對(duì)耀皮玻璃公司減少用電投入將具有明顯效果?？諌簷C(jī)余熱利用，最大限度的節(jié)能源，節(jié)省制熱水的不必要的費(fèi)用。投入成本低，綜合回收率高，安全可靠，經(jīng)濟(jì)效益好。

2、空壓機(jī)原理

根據(jù)耀皮玻璃公司的情況，安悅節(jié)能決定對(duì)兩臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行改造，利用空壓機(jī)余熱回收配合原有太陽(yáng)能系統(tǒng)制取洗浴熱水。經(jīng)空壓機(jī)余熱回收裝置將冷水加熱至設(shè)定溫度60℃并送至保溫水箱。

螺桿式空壓機(jī)的工作原理是由一對(duì)相互平行嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子(或稱(chēng)螺桿)在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過(guò)程。螺桿空氣壓縮機(jī)在長(zhǎng)期連續(xù)的運(yùn)行過(guò)程中，把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能，在機(jī)械能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能過(guò)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(shí)也摩擦發(fā)熱，這些產(chǎn)生的高熱由空壓機(jī)潤(rùn)滑油的加入混合成油、氣蒸汽排出機(jī)體，溫度通常在80℃（冬季）—100℃（夏秋季）。由于機(jī)器運(yùn)行溫度的要求，這些熱能通過(guò)空壓機(jī)的散熱系統(tǒng)作為廢熱排往大氣中。

螺桿空壓機(jī)節(jié)能系統(tǒng)就是利用熱能轉(zhuǎn)換原理，把空壓機(jī)的高溫潤(rùn)滑油與冷水換熱，將熱量回收轉(zhuǎn)換到水里，水吸收了熱量后，將空壓機(jī)的高溫潤(rùn)滑油冷卻。

在對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行余熱回收改造后，明顯改善空壓機(jī)運(yùn)行工況，使空壓機(jī)溫度降低8～10℃，有效延長(zhǎng)潤(rùn)滑壽命。螺桿式空壓機(jī)的產(chǎn)氣量會(huì)隨著機(jī)組運(yùn)行溫度的升高而降低。在實(shí)際運(yùn)行中，空壓機(jī)的機(jī)械效率不會(huì)穩(wěn)定在80℃標(biāo)定的產(chǎn)氣量上工作。溫度每升高1℃，產(chǎn)氣量就會(huì)下降0.5%，溫度升高10℃，產(chǎn)氣量就會(huì)下降5%。一般空壓機(jī)都在88-96℃運(yùn)行，其降幅都在4%-8%，夏天更甚。對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行余熱回收改造后，可以使空壓機(jī)油溫控制在80-86℃之間，可提高產(chǎn)氣量8%-10%，大大提高了空壓機(jī)的運(yùn)行效率。

空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)與空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)是兩套完全獨(dú)立的系統(tǒng)。使用者無(wú)須擔(dān)心空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)影響空壓機(jī)的運(yùn)行。兩套系統(tǒng)的切換自動(dòng)控制，在空壓系統(tǒng)可自動(dòng)切換至余熱回收系統(tǒng)。

空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)為全自動(dòng)控制系統(tǒng)，無(wú)需人為操作，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)溫度、水位的情況做出判斷，自行決定換熱方式。該廠每天洗浴人數(shù)約為300人共分兩個(gè)班次，每天的洗浴用水需求約為30噸（60℃）。根據(jù)實(shí)際用熱需求，對(duì)其中的2臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行余熱回收改造，將空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)所散發(fā)的廢熱回收用于加熱洗浴熱水。對(duì)兩臺(tái)200kW的空壓機(jī)進(jìn)行余熱回收改造，每小時(shí)可以回收熱量約為18萬(wàn)大卡，春夏秋季每小時(shí)可制取60℃熱水3.6噸，冬季每小時(shí)可制60攝氏度熱水約為3噸。故在太陽(yáng)能系統(tǒng)無(wú)法工作時(shí)，空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行8-10小時(shí)即可滿(mǎn)足整個(gè)工廠浴室洗浴要求。根據(jù)實(shí)際考察，空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)及太陽(yáng)能系統(tǒng)共同工作時(shí)，每天工作約6個(gè)小時(shí)即可滿(mǎn)足整個(gè)工廠洗浴要求。

3、空壓機(jī)余熱利用設(shè)計(jì)方案

3.1 工程概述

本項(xiàng)目對(duì)空壓機(jī)站房2臺(tái)200kW壓機(jī)進(jìn)行余熱回收改造，加熱職工洗浴熱水。最終達(dá)到利用余熱不浪費(fèi)，合理節(jié)約經(jīng)濟(jì)。按照循環(huán)水溫度最終達(dá)到60℃考慮，熱水管道設(shè)計(jì)溫度為80℃。

3.2 工程綜合方案制定

我們?cè)O(shè)計(jì)方案的系統(tǒng)原理如下：

（1）當(dāng)2臺(tái)空壓機(jī)中有任何一臺(tái)運(yùn)行及水箱水溫、水位都未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，循環(huán)水泵開(kāi)啟。

（2）前置水箱補(bǔ)水由浮球控制，當(dāng)后置水箱開(kāi)始往浴室送水時(shí)，通過(guò)連通管由前置水箱往后置水箱送熱水。

（3）前置水箱通過(guò)浮球補(bǔ)冷水（洗浴時(shí)間內(nèi)不補(bǔ)水）。

（4）當(dāng)兩個(gè)水箱水溫都達(dá)到設(shè)定值（60℃可調(diào)）、液位達(dá)到設(shè)定液位時(shí)，一、二次側(cè)循環(huán)水泵關(guān)閉，連通管循環(huán)泵關(guān)閉。

（5）檢測(cè)兩個(gè)水箱供回水溫度，當(dāng)供水溫度低于設(shè)定值時(shí)，電加熱開(kāi)啟。（原系統(tǒng)已設(shè)定此控制策略）。

（6）當(dāng)檢測(cè)到水箱水溫低于設(shè)定值時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟空壓機(jī)能量回收裝置循環(huán)水泵及太陽(yáng)能系統(tǒng)循環(huán)水泵。

流程圖，如圖所示：

根據(jù)該廠的空壓機(jī)使用情況，我們根據(jù)空壓機(jī)所在位置以及對(duì)余熱回收后產(chǎn)生的保溫水箱所處的位置進(jìn)行了制圖規(guī)劃。如下圖：

根據(jù)該公司的空壓機(jī)放置位置以及保溫水箱距離用源的位置一系列因素等等考慮后，我們畫(huà)出了空壓機(jī)余熱回收改造的圖，如下圖。

4、使用效果

2012年12月空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)正式投入運(yùn)行，根據(jù)實(shí)際電表測(cè)量，全年的用電量為3.26萬(wàn)千瓦時(shí)，較2012年全年用電量48.96萬(wàn)千瓦時(shí)，共節(jié)約用電45.7萬(wàn)千瓦時(shí)，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為137噸，節(jié)能率高達(dá)93.3%。在空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)投入運(yùn)行之后，業(yè)主將原電加熱系統(tǒng)拆除。在節(jié)約用電的同時(shí)，增加了用水的安全性。

5、電加熱與空壓機(jī)余熱回收的對(duì)比

5.1 電加熱成本

用電加熱一噸洗澡水（40攝氏度左右），利用公式Q=C*M*T，1噸水溫升高一度，需要能量Q＝4200×1000× 1＝4,200,000焦耳，損耗設(shè)為：15%，則需要能量，Q1＝4200000/0.85=4,940,000焦耳，1度電＝3600000焦耳，1噸水每升高1度，需要耗電1.37度，電費(fèi)平時(shí)0.93元/度，即1噸水每升高1度花費(fèi)1.27元，假設(shè)原來(lái)水溫15℃，則需要25×1.27＝31.75元。

而每天利用余熱可以燒開(kāi)24頓的水，則一年的費(fèi)用為31.75×24×365=278130元，而且這僅僅是理論上的數(shù)值。

從成本的角度來(lái)做對(duì)比，余熱回收利用的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電加熱水的經(jīng)濟(jì)效益，并且余熱回收利用更加環(huán)保。

5.2 電加熱安全性能

一般都裝有各種的溫度控制器或熱保護(hù)器。這種配件可以使被加熱的水在測(cè)試點(diǎn)溫度達(dá)到設(shè)定值后暫時(shí)斷開(kāi)電路，停止加熱。但當(dāng)被測(cè)點(diǎn)水溫降到一定值后，該器件又會(huì)自動(dòng)閉合，若此時(shí)沒(méi)有關(guān)掉電源，電加熱器又將重新工作。許多電加熱器生產(chǎn)廠家把帶有這種溫控器的產(chǎn)品在空氣中長(zhǎng)期通電演示，以證明自己的產(chǎn)品能“防干燒”。其實(shí)，這種所謂的防干燒宣傳，如果不是廠家故意誤導(dǎo)，就是產(chǎn)品制造者存在這一概念上的誤區(qū)。事實(shí)上，這種演示的本身非但沒(méi)有說(shuō)明其產(chǎn)品能“防干燒”，相反卻證明了在沒(méi)有水的情況下這種產(chǎn)品在不停地一次又一次干燒。甚至電加熱器的元件老化等等很容易出現(xiàn)線(xiàn)路故障引發(fā)安全隱患的問(wèn)題，同樣的，突然斷電也會(huì)是元件損傷然后引發(fā)安全隱患。并且電加熱器要經(jīng)常維護(hù)維修，來(lái)維持其安全性能。而空壓機(jī)余熱利用技術(shù)就不存在這樣的問(wèn)題，更安全經(jīng)濟(jì)。

6、經(jīng)濟(jì)效益

值得一提的是，項(xiàng)目采用了節(jié)能效益分享型合同能源管理模式。耀皮玻璃公司無(wú)需投入任何資金，前期工程全部由安悅節(jié)能公司投資建設(shè)，耀皮玻璃公司只需在項(xiàng)目完成后，每季度根據(jù)照節(jié)約費(fèi)用按照比例支付給安悅節(jié)能一定金額，就能零風(fēng)險(xiǎn)享受節(jié)能效果。并且，在一段時(shí)間后，設(shè)備的所有權(quán)也會(huì)完全轉(zhuǎn)交給耀皮玻璃公司。

本項(xiàng)目于2014年申請(qǐng)通過(guò)上海市合同能源財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)。

2013 年實(shí)際分享節(jié)能量：

1季度 2季度 3季度 4季度 合計(jì)分享量 186771 99091 19336.8 151636.2 456835

上海安悅節(jié)能技術(shù)有限公司2013年實(shí)際分享節(jié)能量為456835kWh，折合137 tce。

下表是經(jīng)濟(jì)收益表。

從圖上可以清楚的看出僅僅一年就節(jié)省了90萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)，比預(yù)期的收益還要高出許多。

7、結(jié)論

空壓機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生大量的余熱，以往都被散熱器和散熱風(fēng)扇排往空氣中沒(méi)有利用此熱能，反而造成運(yùn)營(yíng)成本高和環(huán)境污染，現(xiàn)空壓機(jī)熱能轉(zhuǎn)換機(jī)將余熱回收利用于加熱，成為企業(yè)：工業(yè)用水、恒溫用水、鍋爐預(yù)熱水、員工沖涼用水、熱水空調(diào)等從而解決了企業(yè)為使用熱水的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

相比較電加熱的諸多不安全因素,空壓機(jī)預(yù)熱回收利用則不會(huì)因?yàn)閿嚯?、元件老化以及其它各種人為的因素而造成安全事故。能更加安全合理高效的使企業(yè)空壓機(jī)多余的熱回收利用，從安全性能方面更顯得突出和具有優(yōu)勢(shì)。

并且它有簡(jiǎn)單、可靠、安全、維護(hù)少的特性?？諌簷C(jī)安裝余熱回收熱水系統(tǒng)后，空壓機(jī)控制系統(tǒng)不變，工作性能不變，操作維修方式不變。余熱回收系統(tǒng)如有任何故障，甚至余熱回收系統(tǒng)停水、停用時(shí)，原空壓機(jī)系統(tǒng)都可以照常運(yùn)行。

全年的用電量為3.26萬(wàn)千瓦時(shí)，較2012年全年用電量48.96萬(wàn)千瓦時(shí)，共節(jié)約用電45.7萬(wàn)千瓦時(shí)，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為137噸，節(jié)能率高達(dá)93.3%，使得運(yùn)行費(fèi)用減少，緩解了電網(wǎng)的壓力，同時(shí)取的良好的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

從上述的空壓機(jī)余熱回收和電加熱的對(duì)比得出，從節(jié)能環(huán)保，具體的實(shí)行后的經(jīng)濟(jì)效益，安全性能等方面證明了空壓機(jī)余熱回收技術(shù)的合理和先進(jìn)性，是一個(gè)良好的選擇。

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Air compressor waste heat utilization and energy efficiency analysis

Zhu Jiawei
（Shanghai Anyoee Energy Saving Technology Co., Ltd., Shanghai 200083）

Air compressor waste heat recovery means a new and efficient use of waste heat recovery technology, relying on waste heat absorbing air compressor running water heating, then heated water for the staff of life, with the required industry, there is not much energy consumption. As a new and efficient waste heat recovery technology that can save energy consumption for the enterprise, thus saving a lot of cost.

Waste Heat Recovery; Zero risk saving; Contract management

TK1

A

1671-7988(2015)03--

朱佳偉，就職于上海安悅節(jié)能技術(shù)有限公司。