空氣壓縮機(jī)余熱回收的實(shí)踐

王 佩 成 強(qiáng)

上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院

Wang Pei, Cheng Qiang

Shanghai Institute of Quality Inspection and Technology Research

0 引 言

空壓機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，壓縮空氣成為工業(yè)領(lǐng)域中最廣泛的動(dòng)力源之一，但是要得到品質(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]。

根據(jù)行業(yè)調(diào)查分析，空壓機(jī)系統(tǒng)5年的運(yùn)行費(fèi)用組成中：系統(tǒng)的初期設(shè)備投資及設(shè)備維護(hù)費(fèi)用占總費(fèi)用的23%，電能消耗（電費(fèi)）占77%，其中15%的能量轉(zhuǎn)換為空氣勢(shì)能，85%的能量轉(zhuǎn)換為熱能，通過(guò)風(fēng)冷或水冷的方式排放到空氣中去，而排放到空氣中的這部分熱能既加劇了大氣的溫室效應(yīng)，又造成了能量的浪費(fèi)，這部分熱能可以通過(guò)熱回收裝置回收利用。也就是說(shuō)，可以通過(guò)熱回收裝置轉(zhuǎn)換為洗澡用水，鍋爐加熱，空間加熱，工業(yè)純水制造等多種應(yīng)用。

現(xiàn)以上海英格索蘭無(wú)油螺桿式壓縮機(jī)熱能回收系統(tǒng)為例介紹其工作原理、產(chǎn)品特點(diǎn)及節(jié)能效果。

1 無(wú)油螺桿式壓縮機(jī)熱回收系統(tǒng)產(chǎn)品介紹及工作原理

1.1 產(chǎn)品特點(diǎn)介紹

無(wú)油螺桿式壓縮機(jī)的熱能回收具有很大潛力。在工作過(guò)程中，第一級(jí)和第二級(jí)的排氣溫度可達(dá)130℃，大部分熱量被中間冷卻器、后冷卻器吸收。通過(guò)控制調(diào)節(jié)壓縮機(jī)冷卻系統(tǒng)中的冷水量，英格索蘭無(wú)油螺桿式熱回收系統(tǒng)輕松捕獲85%的熱量，該熱能和冷卻水進(jìn)行熱交換，可將熱水加至70℃，在保證壓縮機(jī)正常運(yùn)行的前提下，最大效率地實(shí)現(xiàn)了能源熱回收及儲(chǔ)備。

該產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，熱回收模塊、泵、閥安裝緊湊，占用空間??；采用不銹鋼熱回收模塊使導(dǎo)熱效果達(dá)到最佳，將損失降至最低，不影響壓縮機(jī)的正常運(yùn)行；閉環(huán)系統(tǒng)使冷卻水循環(huán)達(dá)到最佳；而且操作簡(jiǎn)易，維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本最低，人機(jī)友好的PLC控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和監(jiān)管。

1.2 工作原理

無(wú)油螺桿式壓縮機(jī)熱回收系統(tǒng)的原理示意圖如圖1所示。在該系統(tǒng)中通過(guò)水泵不斷將冷水輸送到無(wú)油螺桿壓縮機(jī)，壓縮機(jī)散熱產(chǎn)生的熱量將冷水加熱，然后輸送到熱回收模塊，熱回收模塊相當(dāng)于換熱器，熱水通過(guò)該模塊的時(shí)候進(jìn)行換熱，可以達(dá)到用戶想要的溫度。此外該系統(tǒng)中還設(shè)置了保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)熱水溫度不高時(shí)，熱水直接通過(guò)旁路經(jīng)電動(dòng)調(diào)節(jié)三通閥繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)；當(dāng)熱水溫度過(guò)高時(shí)，熱水則通過(guò)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行降溫處理后經(jīng)電動(dòng)調(diào)節(jié)三通閥繼續(xù)循環(huán)下去。

圖1 無(wú)油螺桿式壓縮機(jī)熱回收系統(tǒng)的原理示意圖

2 無(wú)油螺桿式壓縮機(jī)熱回收系統(tǒng)節(jié)能效果及應(yīng)用場(chǎng)合

2.1 節(jié)能效果

以英格索蘭160 kW空壓機(jī)為例，1h浪費(fèi)的熱量11.7萬(wàn)kcal，1 d 24 h浪費(fèi)的熱量281萬(wàn)kcal，1年360 d浪費(fèi)的熱量101160萬(wàn)kcal。英格索蘭空壓機(jī)配套熱回收系統(tǒng)大約可以回收余熱的50%左右，即占空壓機(jī)軸功率的40%，則160 kW空壓機(jī)每年可回收熱量50580萬(wàn)kcal。相當(dāng)于每年節(jié)省0號(hào)柴油46 t，折合人民幣32.2萬(wàn)元；節(jié)省天然氣52800 m3，折合人民幣21.1萬(wàn)元；節(jié)省用電55.3萬(wàn)kwh，折合人民幣35.9萬(wàn)元；節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤67.9 t。隨著能源價(jià)格的進(jìn)一步上漲，回收空壓機(jī)余熱的經(jīng)濟(jì)效益將越加明顯。現(xiàn)將所有型號(hào)的熱回收系統(tǒng)節(jié)能效果作粗略估計(jì)，如表1所示。

表1 空壓機(jī)熱回收系統(tǒng)節(jié)能分析表

2.2 應(yīng)用場(chǎng)合

空壓機(jī)熱回收系統(tǒng)可以應(yīng)用于以下幾方面：

（1）制取熱水，用于洗澡

在鑄造、冶金和礦物開采等工作環(huán)境相對(duì)較差的行業(yè)，可將回收的空壓機(jī)余熱加熱自來(lái)水到50～60℃，供工人洗澡使用。原來(lái)需要耗費(fèi)較高成本的福利，現(xiàn)在可以免費(fèi)提供。

（2）鍋爐補(bǔ)水預(yù)熱

大多數(shù)的行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì)用到鍋爐，利用回收的空壓機(jī)余熱，將鍋爐補(bǔ)給水在進(jìn)入鍋爐之前由較低的溫度先一步提升，再由鍋爐加熱到設(shè)定溫度，可以大大降低鍋爐的用能及燃料成本。

（3）采暖用熱

很多地區(qū)冬季需要供熱采暖，而這部分熱量往往是利用鍋爐加熱提供的?，F(xiàn)回收空壓機(jī)的余熱用于采暖，不但節(jié)省能源的消耗，還可以減少鍋爐的裝機(jī)容量，進(jìn)一步降低設(shè)備上的投資。

3 無(wú)油螺桿式壓縮機(jī)熱回收系統(tǒng)節(jié)能案例

現(xiàn)將HRS-OFS-250和 HRS-OFS-160兩種主要型號(hào)的無(wú)油螺桿壓縮機(jī)熱回收系統(tǒng)的節(jié)能案例介紹如下。兩種型號(hào)的技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 無(wú)油螺桿壓縮機(jī)熱回收系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

3.1 案例一

項(xiàng)目背景：客戶擁有一臺(tái)250 kW的無(wú)油螺桿式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)經(jīng)熱能回收改造后回收的熱量供空調(diào)箱采暖使用。

項(xiàng)目實(shí)施：英格索蘭為該公司成功進(jìn)行了壓縮機(jī)熱回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造，包括壓縮機(jī)內(nèi)部水路循環(huán)熱交換系統(tǒng)、熱回收成撬系統(tǒng)、蓄熱水箱和泵送系統(tǒng)。

項(xiàng)目效果：通過(guò)對(duì)無(wú)油螺桿壓縮機(jī)的技術(shù)改造，將原先排放到水中的熱量重新回收。熱回收成撬與壓縮機(jī)水路串聯(lián)，形成閉式循環(huán)。以開式循環(huán)的方式提供給客戶源源不斷的熱水，出水溫度始終穩(wěn)定在70℃以上，完全滿足客戶工藝用水的需求，節(jié)能效果顯著。該項(xiàng)目全部技術(shù)改造投資額約38萬(wàn)元，建設(shè)期40 d，運(yùn)行5個(gè)月即可收回全部成本，為客戶每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤179 t，每年可節(jié)省成本89萬(wàn)元。

3.2 案例二

項(xiàng)目背景：客戶擁有一臺(tái)160kW的無(wú)油螺桿式壓縮機(jī)，要求通過(guò)余熱回收系統(tǒng)每天將30 m3水由20℃加熱至60℃存入蓄熱水箱，再送入燃油鍋爐加熱生成飽和蒸汽或者用作其他用途。

項(xiàng)目實(shí)施：英格索蘭為該公司成功進(jìn)行了壓縮機(jī)熱回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造，包括壓縮機(jī)內(nèi)部水路循環(huán)熱交換系統(tǒng)、熱回收成撬系統(tǒng)、蓄熱水箱和泵送系統(tǒng)。

項(xiàng)目效果：經(jīng)過(guò)多日跟蹤觀察，現(xiàn)階段進(jìn)水溫度25℃，蓄水溫度由于受到用水量波動(dòng)的影響，在65℃至70℃之間，客戶反映節(jié)能效果明顯。本項(xiàng)目投資約15萬(wàn)元，建設(shè)期30天，運(yùn)行6個(gè)月即可收回全部成本，每年可為客戶節(jié)省成本約34.5萬(wàn)元。

4 綜述

空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)將空壓機(jī)以往浪費(fèi)的熱能回收利用，降低了其他燃料的消耗，保護(hù)了環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的節(jié)能環(huán)保，帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)環(huán)境效益，在目前甚至未來(lái)都有著良好的市場(chǎng)前景。

[1] 趙新紅.淺談幾種典型空壓機(jī)的余熱回收[J].上海節(jié)能，2013.8：31-36.