北方某煙廠利用螺桿空壓機(jī)余熱提供生活熱水的案例分析

楊唯

（中國煙草總公司合肥設(shè)計(jì)院 合肥 230051）

摘要：螺桿空壓機(jī)余熱的有效利用在節(jié)能環(huán)保的今天有著重要的意義。本文就螺桿式空壓機(jī)節(jié)能裝置工作原理進(jìn)行簡單介紹，通過工廠熱水使用情況及耗能計(jì)算，利用空壓機(jī)節(jié)能裝置產(chǎn)生熱水計(jì)算與成本計(jì)算，分析北方某煙廠利用螺桿空壓機(jī)余熱提供生活熱水的意義。

關(guān)鍵詞：煙廠；螺桿空壓機(jī)余熱；生活熱水；案例

一、螺桿式空壓機(jī)節(jié)能裝置工作原理簡單介紹

螺桿空壓機(jī)在工作時(shí)，空氣壓縮過程中會(huì)產(chǎn)生高溫油（有油螺桿空壓機(jī)）或者高溫氣（無油螺桿空壓機(jī)）。空壓機(jī)主機(jī)內(nèi)部對高溫油或者高溫氣的冷卻是采用主機(jī)內(nèi)的冷卻器和室外的冷卻塔系統(tǒng)組成的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行的。其過程是將高溫油或者高溫氣通過主機(jī)內(nèi)的冷卻器降溫，冷卻水通過冷卻器帶走熱量，再通過室外的冷卻塔將熱量排放到大氣中。

根據(jù)空壓機(jī)生產(chǎn)廠家的統(tǒng)計(jì)，用于增加空氣勢能所消耗的電能只占運(yùn)行功率的15%左右，85%的電能轉(zhuǎn)化為熱能，通過空壓機(jī)機(jī)殼和冷卻器排放到大氣中。通過技術(shù)改造，這部分能量80%是完全可以回收的。

空壓機(jī)節(jié)能裝置就是通過熱回收技術(shù)改造，將空氣壓縮過程中產(chǎn)生的高溫油或者高溫氣，從空壓機(jī)主機(jī)引出來，通過節(jié)能裝置內(nèi)部的一個(gè)換熱器降溫后再引回去空壓機(jī)主機(jī)，原有的主機(jī)內(nèi)部冷卻系統(tǒng)保持不變。而需要加熱的水則通過節(jié)能裝置內(nèi)部的這個(gè)換熱器，帶走熱量并提高自身的溫度，加熱的水溫可達(dá)70℃。

簡單的說，空壓機(jī)節(jié)能裝置就是一個(gè)利用空壓機(jī)的廢熱作為動(dòng)力源的熱水加熱機(jī)組。

二、 工廠熱水使用情況及耗能計(jì)算

1、工廠設(shè)計(jì)有四個(gè)用熱水點(diǎn)，三處是浴室用熱水，一處是食堂用熱水。

（1）動(dòng)力中心浴室設(shè)計(jì)小時(shí)熱水量（最大時(shí)）：8m3/h。

（2）辦公樓浴室設(shè)計(jì)小時(shí)熱水量（最大時(shí)）：13m3/h。

（3）聯(lián)合工房浴室設(shè)計(jì)小時(shí)熱水量（最大時(shí)）：20m3/h。

（4）食堂熱水設(shè)計(jì)小時(shí)熱水量（最大時(shí)）：2m3/h。

注：熱水需要溫度按400C計(jì)算，冷水溫度按40C計(jì)算。

2、工廠需用熱水耗能計(jì)算

（1）全廠熱水最大小時(shí)耗熱量計(jì)算公式： Q=cG（t2-t1）

Q：全廠熱水最大小時(shí)耗熱量（kJ/h）

t2：熱水溫度（0C） t1：冷水溫度（0C）

c：水的比容常數(shù)：4.187KJ/（KG ℃） G：熱水量（KG/h）

Q=cG（t2-t1）=4.187x（8000+13000+20000+2000）x（40-4）KJ/h

=6481476KJ/h

Q=6481476/3600=1800KW （1KW=3600KJ/h）

（2）全廠全天熱水耗熱量計(jì)算

工廠浴室、食堂用熱水按3班計(jì)算，每班按一小時(shí)耗熱水，一天耗40℃的水量G1為：

G1=（8000+13000+20000+2000）x3kg=129000kg=129噸

Q1=cG1（t2-t1）=4.187x129000x（40-4）/3600KW=5400KW

置備熱水一天耗能為5400KW，約合蒸汽耗量7.71噸，考慮到換熱器的效率，實(shí)際需耗蒸汽約8.5噸。

三、利用空壓機(jī)節(jié)能裝置產(chǎn)生熱水計(jì)算

1、工廠目前有4臺(tái)2500kw的無油螺桿空壓機(jī)，正常運(yùn)行最少需要2兩臺(tái)工作。

2、安裝空壓機(jī)節(jié)能裝置后節(jié)約的能耗計(jì)算

（1）單臺(tái)250KW的無油空壓機(jī)每小時(shí)可以回收的熱量為：

q=250×70%=175KW

（250KW的無油機(jī)可以回收熱量按功率的70%計(jì)算）

單臺(tái)每小時(shí)產(chǎn)40℃熱水量為：G=q/c（t2-t1）=（175x3600）/4.187x（40-4）=4180KG

（2）2臺(tái)250KW的無油空壓機(jī)每小時(shí)可以回收的熱量為：q1=2x175=350KW

2臺(tái)每小時(shí)產(chǎn)40℃熱水量為：G1=q1/c（t2-t1）=（350x3600）/4.187x（40-4）=8360KG

（3）以工廠平均每天2臺(tái)250KW的無油空壓機(jī)工作16小時(shí)計(jì)算，空壓機(jī)節(jié)能裝置一天可產(chǎn)40℃的熱水量為8.36x16 =134噸，一天可節(jié)能16x350=5600KW，約合蒸汽耗量8噸。

四、利用空壓機(jī)節(jié)能裝置制備熱水的方案

在空壓站內(nèi)，安裝2臺(tái)250KW的空壓機(jī)節(jié)能裝置，其利用的空壓機(jī)廢熱一天可連續(xù)產(chǎn)生134噸的40℃熱水。而工廠每天需用的40℃生活熱水量是129噸。可見，工廠使用2臺(tái)250KW的空壓機(jī)節(jié)能裝置，其產(chǎn)生的熱水完全可以滿足工廠生活用熱水的需求。

將空壓機(jī)節(jié)能裝置產(chǎn)生的熱水集中收集到一熱水箱中，作為浴室、食堂的熱水供應(yīng)?？紤]到空壓負(fù)荷的不穩(wěn)定及停用等情況，可在熱水箱上設(shè)置其他的輔助加熱方式，確保熱水用戶的用水需求。

工廠用水的特點(diǎn)是工廠單班8個(gè)小時(shí)需用40℃的熱水量是43噸，但必須是在一小時(shí)集中使用（浴室用水的特點(diǎn)及生產(chǎn)管理的安排），一天集中用水三次，共需要129噸熱水。空壓機(jī)節(jié)能裝置每小時(shí)產(chǎn)生的熱水是8.36噸，一天工作16小時(shí)可以產(chǎn)生40℃的熱水量是134噸。為了最大程度的利用空壓機(jī)節(jié)能裝置產(chǎn)生的能量，并且為均衡空壓負(fù)荷變化及用水不均衡的影響，浴室必須設(shè)置足夠容積的熱水箱。

為了有效減小熱水箱的容積，可以將空壓機(jī)節(jié)能裝置的出水溫度控制在70℃，熱水箱的溫度也是控制在70℃。用戶溫度的調(diào)節(jié)在出水點(diǎn)進(jìn)行。

五、經(jīng)濟(jì)成本計(jì)算

1、設(shè)備投資：

1臺(tái)250KW的無油空壓機(jī)的節(jié)能裝置投資費(fèi)用為40萬（廠家報(bào)價(jià)），2臺(tái)250KW的無油空壓機(jī)的節(jié)能裝置投資費(fèi)用為80萬，加上水箱和循環(huán)泵組系統(tǒng)，費(fèi)用約100萬。

2、節(jié)約的蒸汽費(fèi)用

工廠一年節(jié)約的蒸汽為360天x8噸/天=2880噸

蒸汽以300元/噸計(jì)算，工廠一年節(jié)約蒸汽的費(fèi)用為：300x2880=864000元

由此可見，如果新增加2臺(tái)250KW的空壓機(jī)節(jié)能裝置，一年多就可回收投資成本。

六、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)綜合效益分析

1、將原來排放到大氣中的能耗利用起來，既減少了本身對環(huán)境帶來的熱污染，同時(shí)也相應(yīng)減少了鍋爐房對環(huán)境的污染，有利于改善環(huán)境。

2、節(jié)約了煙廠一次能源的消耗，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。一年可減少工廠的能耗開支達(dá)80多萬人民幣。

3、空壓機(jī)節(jié)能裝置是近幾年才發(fā)展起來的，目前已經(jīng)成熟，各大空壓機(jī)生產(chǎn)廠都有相應(yīng)的部門專門研究推廣。卷煙廠和復(fù)烤廠一般都有規(guī)模較大的浴室和容量較大的空壓機(jī)，在這樣的條件下實(shí)施空壓機(jī)節(jié)能裝置，其性價(jià)比最高。

七、空壓機(jī)節(jié)能裝置和太陽能輔助電加熱供熱水方式比較

1、太陽能輔助電加熱供熱水方式

太陽能輔助電加熱供熱水方式較空壓機(jī)節(jié)能裝置供熱水一次投資大。當(dāng)陽光不足時(shí)，太陽能輔助電加熱供熱水方式主要依靠電能，運(yùn)行成本較高。屋頂占用的空間較大，維修麻煩。

它比較適合無其他節(jié)能措施的場合。相對于純電加熱方式是經(jīng)濟(jì)的。

2、空壓機(jī)節(jié)能裝置供熱水方式

空壓機(jī)節(jié)能裝置是將高品質(zhì)的能量轉(zhuǎn)化成低品質(zhì)能量的過程，所以效率高，運(yùn)行成本低，只有循環(huán)泵的電耗，本身無其他一次能源消耗。熱水換熱機(jī)組只是補(bǔ)充，基本是備用狀態(tài)。它可以滿足全天候供應(yīng)熱水的要求。和空壓機(jī)布置在一起，站地面積小，操作方便。

比較適合于有一定空壓機(jī)的容量，并可以長時(shí)間運(yùn)行的地方。

八、 結(jié)束語

隨著我們國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，節(jié)能降耗是企業(yè)發(fā)展必須解決的重要問題。工業(yè)生產(chǎn)離不開能耗，我們在考慮提供合適能源的前提下，還必須考慮所用能源對環(huán)境產(chǎn)生的影響，盡量減少一次能源的耗量。另一方面，我們還要樹立能源利用循環(huán)圈的理念，將一次能源的產(chǎn)生的余熱，盡可能的在其他方面進(jìn)行利用。利用工廠空壓機(jī)的余熱提供生活熱水，就是這樣一個(gè)很好的范例。