空壓站余熱回收系統設計

張曉楠

（中國城市建設研究院有限公司，北京 100120）

引言

能源的高效利用關系到國家的可持續(xù)發(fā)展以及環(huán)境的綜合治理和企業(yè)的成本控制。隨著科技的發(fā)展，很多以前無法解決的能源控制問題，現在得以解決，很多以前不受重視的節(jié)能措施，現在備受青睞?？諌簷C的余熱回收利用就是其中一例。本文對空壓站余熱回收利用的優(yōu)缺點進行了簡單分析，并以某工程的空壓站余熱回收系統為例，簡述了此系統的設計流程。

1 空壓站余熱回收系統簡介

空壓機的能源消耗在工廠總能源消耗中占很大的比例。以鑄造廠為例，空壓機的耗電量約占整個廠區(qū)耗電量的20%～30%[3]。因而壓縮空氣系統的節(jié)能對整個廠區(qū)的節(jié)能意義重大。

以螺桿空壓機為例，其運行時的有效功率占其總電功率的15%～25%[4]，有效功率之外的損耗主要以熱的形式散發(fā)到外界。當前的空壓機余熱利用，主要是依靠熱能轉換裝置，將空壓機的余熱轉化為熱水，供應區(qū)域內各單位的采暖、生活熱水或進行其他用途。

2 空壓機余熱利用的優(yōu)缺點

2.1 空壓機余熱利用的優(yōu)點

1）節(jié)約能源，運行成本低?？諌簷C余熱利用屬于對廢棄能源的重新利用，其消耗能源僅為循環(huán)泵所需電能，運行成本較低。2）有利于對空壓機本身降溫，提高空壓機使用壽命。3）熱量制備不受環(huán)境影響。

2.2 空壓機余熱利用的缺點

1）余熱回收品位低?？諌簷C余熱回收系統產生的熱水溫度大都在40℃～70℃[3]。2）回收熱量與空壓機的運行工況有關，且最低負荷很難預測，故收回熱量不穩(wěn)定。3）需要增加初期投資，包括余熱回收裝置及相關管路。4）余熱回收裝置中的換熱器部分要求設備質量高，否則換熱器故障（泄漏）會對空壓機本體產生損害。

3 空壓站余熱回收設計實例

某公司30萬t鑄件產業(yè)化基地項目一期工程的空壓站，建設地點位于黑龍江省齊齊哈爾市；空壓站為廠區(qū)單獨建筑物。項目工藝用壓縮空氣的平均用氣量為：153.8m3/min，設備入口工作壓力為0.6MPa，三班運行。

3.1 空壓站負荷計算

式中：

3.2 洗浴用熱負荷計算

式中：

根據以上計算結果，共選用6臺空壓機，其中SRC-330DSW型水冷噴油螺桿空氣壓縮機，共5臺，4用1備，單臺空氣壓縮機額定排氣量40m3/min，額定排氣壓力0.8MPa，電功率250kW/臺；SRC-380DSWVB型變頻水冷噴油螺桿空氣壓縮機1臺，連續(xù)調節(jié)運行，單臺空氣壓縮機最大排氣量45m3/min，額定排氣壓力0.8MPa，電功率280kW/臺[1]。HRS-COMP-300A型熱交換器（空壓機熱能回收系統）6臺（5用1備），每臺熱交換機的出熱量為對應空壓機功率的60%，故空壓機熱能回收系統的總出熱量為768kW，根據以上計算的水專業(yè)洗浴最大熱負荷1155kW，空壓站滿負荷運行1.5倍洗浴時間即可滿足需求，其他時段的熱量由屋頂的冷卻塔排出。當空壓機低負荷運行時，由水專業(yè)的電熱水器作為輔助熱源滿足洗浴用熱水的需求。

3.3 熱水箱選型計算

式中：

計算得：V=1.2G=46.4t。

根據以上計算結果，選用2臺熱水箱，每臺30m3，一用一備?？諌赫疽粚硬贾每諌簷C、熱交換機及輔助設備，熱水箱布置在二層。空壓機熱回收系統及熱水加壓供水系統示意見下圖。

空壓機熱回收系統及熱水加壓供水系統示意圖

4 空壓站余熱回收系統技術經濟分析

該項目已正式投產使用。根據建設方的反饋信息，空壓站余熱回收系統基本能保證該廠的洗浴用熱。其節(jié)能量和靜態(tài)投資回收期的技術經濟分析如下。

4.1 節(jié)能量

廠區(qū)洗浴分三班，一、二班為大班，洗浴用熱1155kW，時間為2h；三班為小班，洗浴用熱為大班的50%，時間為1h。故每天洗浴用熱為18 711MJ/d，空壓站余熱回收系統可保證14 968.8MJ/d。按年工作日251d計算，標煤熱量29 307kJ/kg，每年可節(jié)省熱量折標煤量128.2t。

4.2 靜態(tài)投資回收期分析

分析只考慮熱回收設備和當地電價，不涉及方案比較。

式中

A —單臺設備初投資，25×104元/臺；

n —為設備臺數，6臺；

Q —洗浴用熱，1155kW；

h —每天洗浴用時，相當于4.5h/d；

η —電熱器效率，取90%；

C —黑龍江工業(yè)用電基本價，0.936元/kW·h；

D —年工作日，251d/a；

t —項目靜態(tài)投資回收期，a。

計算得，t=1.1年，故該空壓站余熱回收系統投產約兩年后可收回成本。

5 結語

根據工程實例的技術經濟分析可知：空壓站余熱回收系統相對簡單，主要設備熱交換器相當于油水換熱器，結構簡單便于維護，系統整體節(jié)能效果顯著，短期內即可收回投資，在中大型空壓站有較高的應用價值。