空壓機(jī)余熱節(jié)能全利用

羅秀麗，鄭其強(qiáng)，馬思軍，許 偉

(帛方紡織有限公司，山東 濰坊 261041)

0 引言

空壓機(jī)余熱利用是很多紡織企業(yè)廣泛采取的一種節(jié)能措施。螺桿式空壓機(jī)在長期、連續(xù)的運(yùn)行過程中，把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能。在機(jī)械能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能的過程中，空氣得到強(qiáng)烈的高壓壓縮，溫度驟升，這屬于普通物理學(xué)機(jī)械能量轉(zhuǎn)換現(xiàn)象?？諌簷C(jī)螺桿高速旋轉(zhuǎn)引起的高溫產(chǎn)生熱量，同時(shí)因摩擦發(fā)熱產(chǎn)生大量的高溫?zé)崃?，隨空壓機(jī)潤滑油的加入混合成油/氣被排出機(jī)體，這部分高溫油/氣的溫度通常為80 ℃～100 ℃。由于空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)溫度不能太高，熱能被散熱系統(tǒng)排往大氣中。據(jù)測算，空壓機(jī)所耗電能約有85%轉(zhuǎn)換為熱能，僅有15%轉(zhuǎn)換為壓縮空氣的能量[1]，供紡織設(shè)備有效使用。因此，運(yùn)用空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)，可充分利用空壓機(jī)余熱，為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益；但有相當(dāng)一部分企業(yè)利用空壓機(jī)余熱加工熱水，僅用于澡堂和供暖，導(dǎo)致利用率低，特別是夏天，用熱量很少，多數(shù)熱量被浪費(fèi)。

1 空壓機(jī)余熱利用改造方案

我公司空壓站是耗能大戶，擁有10臺160 kW空壓機(jī)，1臺132 kW空壓機(jī)，全部為風(fēng)冷空壓機(jī)，每年耗電1400 萬kW·h。我公司全方位利用空壓機(jī)余熱，不僅用于供熱水還用于供熱風(fēng)。除了冬天供暖和供澡堂用外，更是將夏天產(chǎn)生的大量熱能通過專屬交換系統(tǒng)用于職工的開水供應(yīng)，最大限度地利用了空壓機(jī)產(chǎn)生的大量熱能，全年節(jié)約資金60余萬元，節(jié)能降耗效果非常顯著。

空壓機(jī)余熱全方位利用方案見圖1，通過空壓機(jī)的余熱利用控制系統(tǒng)，將空壓機(jī)余熱轉(zhuǎn)換成熱水，可用于洗澡、供暖、調(diào)漿、供茶水爐；將空壓機(jī)余熱轉(zhuǎn)換成熱風(fēng)，可用于車間內(nèi)提溫，減少凝結(jié)水，全方位地將空壓機(jī)余熱利用到位[2]。

1，2—水溫閥；3—熱回收換熱器；4—原裝冷卻器。圖1 空壓機(jī)余熱全方位利用方案

1.1 澡堂用水系統(tǒng)改造方案

空壓機(jī)排熱溫度為80 ℃～100 ℃，通過改造空壓機(jī)排熱系統(tǒng)，在風(fēng)冷空壓機(jī)中增加水冷系統(tǒng)，利用水—水換熱原理，將澡堂用水加熱至55 ℃，水泵加壓至澡堂，與涼水混合后供職工洗澡用。2017年，將5號空壓機(jī)余熱利用水泵循環(huán)加熱澡堂用水，當(dāng)澡堂用水加熱至設(shè)定溫度時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行，加熱后的熱水，利用De32PPR型管，沿織布附房內(nèi)墻，輸送到澡堂，供職工洗澡用。2018年，我們又將余熱利用系統(tǒng)的熱水輸送到紡紗車間，供紡紗車間的職工洗澡用。為提高澡堂供水壓力的穩(wěn)定性，在熱水供應(yīng)管路上，安裝帶恒壓供水裝置的水泵，保證了澡堂用水的穩(wěn)定性。

空壓機(jī)的功率與可產(chǎn)生熱水量的關(guān)系見表1。

表1 空壓機(jī)的功率與可產(chǎn)生熱水量的關(guān)系

空壓機(jī)功率/kW可產(chǎn)生的熱水量/(t·h-1)溫升/℃1607.43.72.51.51.210203040501326.13.02.01.21.01020304050

1.2 供暖系統(tǒng)改造方案

為解決公司織布車間整理二層、整經(jīng)工序、南附房、北附房及供應(yīng)樓采用蒸汽采暖或電采暖，耗能較大的問題，在空壓站安裝余熱供暖系統(tǒng)，利用余熱進(jìn)行冬季采暖。供應(yīng)樓約為260 m2，整理二層約為1000 m2，南、北附房約為1000 m2，辦公室采暖區(qū)域約為500 m2，整經(jīng)工序僅北側(cè)和西側(cè)采暖，可按50%即400 m2考慮，合計(jì)采暖面積約為3160 m2。2017年改造成空壓機(jī)余熱供暖后，取暖效果明顯優(yōu)于蒸汽供暖。為了節(jié)省改造資金，利用原有蒸汽采暖管道約2000 m，并組織全廠員工自行設(shè)計(jì)、改造，充分利用工余時(shí)間，安裝管道1200 m、暖氣片66組、閥門30多個(gè)以方便運(yùn)行調(diào)節(jié)，將整個(gè)系統(tǒng)分為4個(gè)小系統(tǒng)，包括廠辦樓系統(tǒng)、整理二樓系統(tǒng)、南附房系統(tǒng)、供應(yīng)樓系統(tǒng)。同時(shí)，將5臺空壓機(jī)的余熱與供暖系統(tǒng)進(jìn)行水水換熱，并設(shè)計(jì)安裝了自動(dòng)補(bǔ)水、自動(dòng)溫度控制及定時(shí)供暖控制裝置。

1.3 供熱水控制系統(tǒng)改造方案

2017年10月，根據(jù)管道敷設(shè)布局，進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將供暖與供熱水的兩套水水換熱交換系統(tǒng)的管道連接，加裝3個(gè)電動(dòng)DN50型閥門，通過PLC控制器進(jìn)行交換控制。當(dāng)供熱水系統(tǒng)的水溫低于設(shè)定溫度，需要進(jìn)行熱交換時(shí)，開啟熱水管路電動(dòng)閥門，同時(shí)關(guān)閉供熱系統(tǒng)連接的電動(dòng)閥門，供熱水系統(tǒng)進(jìn)行正常的熱量交換；當(dāng)供熱水系統(tǒng)水溫達(dá)到設(shè)定溫度，不需要進(jìn)行熱量交換時(shí)，關(guān)閉熱水管路的電動(dòng)閥門，同時(shí)開啟供暖系統(tǒng)連接的電動(dòng)閥門，將供熱水5號空壓機(jī)熱交換器用于供暖系統(tǒng)中，并增加定時(shí)控制，對熱水進(jìn)行定時(shí)供應(yīng)。

1.4 調(diào)漿系統(tǒng)改造方案

利用DN25型管道，將利用空壓機(jī)余熱得到的55 ℃熱水直接利用恒壓供水裝置供到調(diào)漿室，做到隨用隨有，方便織布車間調(diào)漿工使用。由于織布車間漿紗了機(jī)后的漿輥是熱的，不宜用冷水進(jìn)行清洗，將熱水供到漿紗機(jī)，用于漿紗了機(jī)后對漿輥進(jìn)行清洗，延長了漿輥的使用壽命。

1.5 專屬熱交換系統(tǒng)改造方案

該方案是利用空壓機(jī)的余熱將自來水加熱至70 ℃，再用電磁爐加熱至100 ℃供職工飲用。原來帛方公司職工飲水都是利用蒸汽將自來水加熱至100 ℃，考慮到夏天不供暖，大量的空壓機(jī)余熱無法利用，公司在綜合分析、詳細(xì)探討后制定出合理方案，即利用專屬的熱交換系統(tǒng)安全地將空壓機(jī)的熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，供自來水系統(tǒng)使用，既能升溫自來水，又不會污染自來水，節(jié)約了大量的蒸汽。同時(shí)，公司購置了電磁開水爐和2個(gè)水罐，分別用于熱水交換系統(tǒng)和開水交換系統(tǒng)，確保了職工能夠喝到健康的電磁水，并通過制定制度充分利用谷期電進(jìn)行電磁爐加熱，節(jié)約了大量電能。

1.6 熱風(fēng)系統(tǒng)改造方案

針對織布北區(qū)冬季滴水嚴(yán)重的問題，機(jī)修車間根據(jù)科研小組制定的方案，將1號、4號空壓機(jī)排放的熱風(fēng)輸送到織布北區(qū)，制作安裝長度為120 m、直徑為600 mm的排熱風(fēng)管道，分別在1號、4號空壓機(jī)排熱風(fēng)首端放置一臺SF6-4型低噪聲軸流風(fēng)機(jī)，以提高熱風(fēng)的輸送壓力。為使空壓機(jī)熱風(fēng)能夠均勻分布在織布北區(qū)，在其附房墻上安裝了3臺低壓力、大風(fēng)量的軸流風(fēng)機(jī)，提高了織布北區(qū)的室內(nèi)溫度。

2 余熱利用實(shí)施效果

2.1 澡堂用水效益分析

2017年空壓機(jī)余熱利用方案投入澡堂運(yùn)行后，供到澡堂的熱水達(dá)到50 ℃～55 ℃，熱水與自來水經(jīng)混水閥混合后，供職工洗澡、洗漱用，得到了職工的廣泛贊譽(yù)。

每年可利用熱水1600 t，若這些熱水用蒸汽加熱，需用蒸汽1600 t×1000×1000×(50-20)℃×4.1868 J /(273 8.5-604.7)kJ/kg×106=94 t，折合資金約為2萬元。

2.2 供暖效益分析

2017年10月，余熱利用改造完成后，10月底投入供暖，經(jīng)一個(gè)采暖季節(jié)的運(yùn)行，供暖溫度高于往年，達(dá)到了理想的運(yùn)行效果。根據(jù)理論估算每年可

節(jié)約蒸汽費(fèi)用3160 m2×60 W/m2×3600 s×24 h×120 d /[(273 8.5-604.7)kJ/kg×106]×208元/t=19.13萬元。

2.3 供熱水控制系統(tǒng)效益分析

2017年11月，供熱水控制系統(tǒng)經(jīng)改造，使得澡堂用熱水達(dá)到設(shè)定溫度后，供熱水系統(tǒng)停止運(yùn)行，利用電動(dòng)閥門自動(dòng)切換到供暖系統(tǒng)，將5號空壓機(jī)的余熱補(bǔ)充到供暖系統(tǒng)中，使供暖的熱交換溫度提高了3 ℃～5 ℃，可增加冬季供暖面積為800 m2，充分利用了余熱，提高了供暖效果。相比改造前，改造后的熱能利用相當(dāng)于節(jié)約取暖費(fèi)用約為2萬元。

2.4 調(diào)漿系統(tǒng)效益分析

余熱換熱水用于調(diào)漿系統(tǒng)，每天熱水用量相當(dāng)于1 t蒸汽的熱量，全年可節(jié)約蒸汽費(fèi)用約8萬元。

2.5 專屬的熱交換系統(tǒng)效益分析

余熱利用系統(tǒng)用于公司職工飲水，經(jīng)核算，全年節(jié)約電能和蒸汽能費(fèi)用約為24萬元。

2.6 空壓機(jī)熱風(fēng)系統(tǒng)效益分析

2017年11月，空壓機(jī)余熱熱風(fēng)系統(tǒng)改造完成后投入運(yùn)行。經(jīng)測量，熱風(fēng)溫度達(dá)36 ℃，可節(jié)約費(fèi)用2臺×18 700 m3/h×1.29 kg/m3×1.081 J×103×(36-27)℃×24 h×90 d /[(273 8.5-604.7)kJ/kg×106]×208元/t=9.88萬元。

3 結(jié)語

帛方公司通過空壓機(jī)余熱利用系統(tǒng)，將空壓機(jī)余熱進(jìn)行全方位利用，全年節(jié)約資金約60余萬元，節(jié)能效果顯著，半年節(jié)約的資金就收回了公司全年的利用投入。且此余熱利用屬于一次性投資，只要公司生產(chǎn)存在，余熱就能正常利用，該余熱利用方案獲得了公司合理化建議一等獎(jiǎng)。為更好地利用空壓機(jī)余熱，2018年制定的空壓機(jī)余熱利用計(jì)劃，加大了紡紗車間的供暖改造，完善了公司熱風(fēng)利用系統(tǒng)。通過對車間前紡低溫區(qū)域進(jìn)行提溫改造，進(jìn)一步擴(kuò)大了空壓余熱利用的范圍，為更好地做好這一節(jié)能措施打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。