生物制藥企業(yè)空壓站余熱回收的可行性

曹嚴(yán)亮 唐正剛 李守軍 蘇德華

摘? 要：文章從蘭州生物制品研究所有限責(zé)任公司L501車間空壓站螺桿空壓機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)狀、空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前的余熱回收技術(shù)等方面提出了將空壓站余熱回收后用于空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)預(yù)熱這一設(shè)想，并對(duì)此設(shè)想進(jìn)行了可行性論證和經(jīng)濟(jì)性分析，同時(shí)倡導(dǎo)并追求綠色能源高效回收和循環(huán)利用的理念。

關(guān)鍵詞：空壓站;余熱回收;能耗

中圖分類號(hào)：TQ460.5? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）06-0085-02

引言

能源問(wèn)題已經(jīng)是世界性的主要議題，為了減緩能源緊缺這一社會(huì)性困境，每個(gè)生產(chǎn)制造型企業(yè)都有義務(wù)也有責(zé)任減少能源的浪費(fèi)。就目前的情況來(lái)看，我們無(wú)法停止能源的繼續(xù)使用，也無(wú)法挽回已經(jīng)變暖的氣候。但是有一點(diǎn)可以肯定，在保持可持續(xù)發(fā)展的前提下，用能企業(yè)可以突破固有的、傳統(tǒng)的用能方式，有效利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，將制冷或加熱設(shè)備后剩余的“高位能源”回收后繼續(xù)使用，再次發(fā)揮此部分“剩余能源”的價(jià)值，提高能源的利用率來(lái)減少能源的無(wú)效消耗或至少可以維持目前的狀況。尤其對(duì)生物制藥企業(yè)來(lái)說(shuō)，有效開展節(jié)能減排是降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，增收節(jié)支工作的迫切需求，也是響應(yīng)國(guó)家政策和履行企業(yè)社會(huì)責(zé)任之舉。

1 車間空壓站運(yùn)行現(xiàn)狀

蘭州公司L501車間現(xiàn)有兩臺(tái)互相切換使用的空壓機(jī)24小時(shí)不停歇工作，共用1臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)用于排出設(shè)備的壓縮熱及壓縮空氣的冷卻熱，該部分熱量即使在設(shè)備自身冷卻風(fēng)機(jī)及機(jī)房軸流風(fēng)機(jī)的雙重驅(qū)使下仍無(wú)法通過(guò)風(fēng)道有效排至室外，熱空氣在導(dǎo)風(fēng)罩內(nèi)積聚，逸散至機(jī)房局部環(huán)境之內(nèi)，回流后被空壓機(jī)再次吸入，此過(guò)程長(zhǎng)年累月地進(jìn)行著惡性重復(fù)，不僅造成能源的大量浪費(fèi)和環(huán)境的熱污染，還增加了排熱成本，更使得空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)每況愈下（機(jī)體表面最高溫度經(jīng)實(shí)際測(cè)量已超過(guò)60℃），甚至頻發(fā)一系列報(bào)警（惡劣氣候一級(jí)吸氣溫度超過(guò)45℃，排氣溫度超過(guò)200℃，二級(jí)排氣溫度最高超過(guò)220℃）而自動(dòng)停機(jī)，進(jìn)而造成空壓站的運(yùn)行中斷，影響車間的計(jì)劃生產(chǎn)及公司的正常運(yùn)營(yíng)。

2 余熱回收初步設(shè)想及原理

2.1 初步設(shè)想

為了追求綠色能源高效回收和循環(huán)利用，經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)勘查測(cè)試、采集數(shù)據(jù)及理論分析，本文提出對(duì)L501車間空壓站排風(fēng)系統(tǒng)的余熱回收，即在冬季以換熱器和乙二醇溶液作為換熱媒介將空壓機(jī)排風(fēng)側(cè)的熱量通過(guò)換熱器傳遞給乙二醇溶液，提高乙二醇溶液的溫度，然后通過(guò)循環(huán)泵將被加熱的乙二醇溶液輸送到空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)側(cè)的換熱器中，提高新風(fēng)溫度，減少系統(tǒng)的負(fù)荷和整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)能源回收利用。此設(shè)想既是節(jié)能減排工作的具體落實(shí)，也是降低設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命有效舉措。

2.2 余熱回收原理

冬季工況下，空壓站較高溫度的排風(fēng)（大于35℃）經(jīng)過(guò)熱盤管后，將盤管內(nèi)部的乙二醇溶液由27℃，加熱至30℃，此時(shí)被加熱的“高溫”的乙二醇溶液經(jīng)水泵輸送到預(yù)熱盤管處，預(yù)熱盤管與新風(fēng)進(jìn)行換熱后，將此部分熱量釋放至新風(fēng)，以此完成對(duì)新風(fēng)的預(yù)熱，圖示（圖1）的工況35℃的室內(nèi)排風(fēng)可以將-5℃的新風(fēng)預(yù)熱至15℃，接近20℃的溫差的熱量，由熱回收系統(tǒng)節(jié)省。此過(guò)程中，水泵推動(dòng)乙二醇工質(zhì)流動(dòng)，傳感器檢測(cè)各處的乙二醇的溫度，流量等，但在室外新風(fēng)溫度比較高的時(shí)候，此時(shí)溫度傳感器將檢測(cè)到的溫度進(jìn)行反饋，由自控系統(tǒng)控制三通閥的開度，減少進(jìn)入新風(fēng)預(yù)熱盤管的乙二醇溶液的流量，由此將預(yù)熱后新風(fēng)溫度控制在比較高的精度，滿足送風(fēng)溫度的要求。

3 可行性分析

（1）據(jù)大量文獻(xiàn)及學(xué)術(shù)研究成果記載顯示，無(wú)油螺桿空壓機(jī)制得的壓縮空氣潔凈無(wú)油，但是，真正被用來(lái)增加空氣勢(shì)能消耗的電能僅占總消耗電能的10%-20%，大約有80%-90%的電能轉(zhuǎn)換為熱量，其中75%是可以利用的，相當(dāng)于軸功率的60%，此部分熱量最終以余熱形式被排放到大氣中，不僅造成了能源的極大浪費(fèi)而且產(chǎn)生了大氣的廢熱污染。

（2）對(duì)于壓縮空氣而言，在輸出壓力不變的情況下，吸入口溫度每升高4℃，能耗將增加1%左右（因?yàn)槔淇諝獾奈肟蓭?lái)更有效的壓縮）。

（3）結(jié)合本車間運(yùn)行的周期性，空壓站及空調(diào)系統(tǒng)24小時(shí)全時(shí)開機(jī)持續(xù)運(yùn)行，機(jī)組的能耗非常巨大，乙二醇熱回收系統(tǒng)如果以70%以上的熱回收效率，可以節(jié)省巨大的能耗，為企業(yè)帶來(lái)直接可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）熱回收系統(tǒng)通過(guò)盤管對(duì)乙二醇進(jìn)行循環(huán)，送風(fēng)排風(fēng)沒有任何接觸，不存在任何交叉污染。

（5）熱回收系統(tǒng)可以將兩臺(tái)空壓機(jī)散布的排風(fēng)集中起來(lái)進(jìn)行熱回收，水路系統(tǒng)具有很大的靈活性，管路的施工可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活布置，簡(jiǎn)潔高效且對(duì)距離不敏感。

（6）本地區(qū)冬季室外新風(fēng)平均溫度低于0℃，空壓站排風(fēng)溫度平均在35℃左右，利用排風(fēng)溫度與新風(fēng)溫差較大這一特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)換熱的高效性。

（7）乙二醇溶液冰點(diǎn)較低，可利用這一物理屬性，將冷側(cè)乙二醇溶液盤管安裝于新風(fēng)表冷器的前端，對(duì)新風(fēng)預(yù)熱后降低了表冷器凍傷的風(fēng)險(xiǎn)。

4 回收經(jīng)濟(jì)效益分析

通過(guò)專業(yè)的熱力計(jì)算或節(jié)能選型軟件對(duì)每一種溫度工況的計(jì)算，可以得到在每種工況溫度下，新風(fēng)可以被預(yù)熱多少度及單位風(fēng)量可以節(jié)省的熱量。本應(yīng)由相應(yīng)的熱水機(jī)組或蒸汽或電能所提供的熱量，此時(shí)被乙二醇熱回收系統(tǒng)回收，從而達(dá)到工況要求。根據(jù)不同的需求，可以精確計(jì)算出為了提供這些熱量需要付出的“代價(jià)”（即熱水機(jī)組的電費(fèi)，蒸汽的費(fèi)用等），從而直接算出節(jié)省的經(jīng)濟(jì)效益。

以公司L501車間空壓站熱回收為例，Q=C·M·Δt= C·M·（t2-t1），其中：

Q指乙二醇回收的熱量，單位為焦耳（J）;

C指乙二醇的比熱容，25%濃度的乙二醇查得資料后為3.8×103J/kg·℃;

M為質(zhì)量流量，擬取體積流量為15m3/h，乙二醇密度查資料后為ρ=1.03×103kg/m3，則每小時(shí)的質(zhì)量流量為15m3/h×1.03×103kg/m3=15450kg/h。

？駐t為乙二醇溶液經(jīng)新風(fēng)后的前后溫差，即t2指乙二醇通過(guò)新風(fēng)前的溫度，t1指乙二醇通過(guò)新風(fēng)后的溫度，結(jié)合本地區(qū)預(yù)熱季（每年10月至次年3月）的平均氣象條件及換熱器的平均溫差，擬??？駐t值3.0℃。

按照上述計(jì)算公式得出：每小時(shí)回收的熱量Q=3.8×103J/kg·℃×15450kg/h×3.0℃=176130J/h，1kW·h=3.6×106J，1J=1W·s，1h=3600s，折算成千瓦為單位，為48.925kW。

若電能轉(zhuǎn)化效率按照90%計(jì)算，則每小時(shí)回收的熱量相當(dāng)于耗電48.925/0.9=54.36kWh。

若熱回收僅按預(yù)熱季（每年11月至次年4月）計(jì)算：共6個(gè)月（180天），平均電費(fèi)以0.55元/度計(jì)算，則可省電費(fèi)：54.36×0.55×24×180=12.92萬(wàn)元/年。

5 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)國(guó)有企業(yè)來(lái)說(shuō)，隨著重點(diǎn)耗能設(shè)備余熱回收技術(shù)的推廣和應(yīng)用，不僅有利于企業(yè)節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，同時(shí)又符合國(guó)家關(guān)于轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、節(jié)能減排的發(fā)展思路，更是國(guó)有企業(yè)重視能源精細(xì)化管控和履行企業(yè)節(jié)能減排這一社會(huì)責(zé)任的重要體現(xiàn)。當(dāng)然生物制藥企業(yè)余熱利用技術(shù)不僅限于此，隨著科技的發(fā)展必將會(huì)有更加有效的回收利用技術(shù)出現(xiàn)，因此我們有理由相信，未來(lái)更加多元和先進(jìn)的余熱利用技術(shù)必然對(duì)生產(chǎn)制造型企業(yè)的運(yùn)營(yíng)和效益模式帶來(lái)深刻的變革。

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