空壓機壓縮熱回收的探討

葉鷺斌

（金旸（廈門）新材料科技有限公司，福建 廈門 361026）

0 引言

由于具備安全無毒、傳輸方便和便于調(diào)節(jié)等優(yōu)點，壓縮空氣越來越廣泛地應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領域，是最廣泛應用的第四大能源?？諌簷C在工作過程中，產(chǎn)生大量的壓縮熱，其排氣溫度較高，蘊含極大的熱能，具有極高的利用價值，這些熱能最終將被冷卻系統(tǒng)排放到周圍環(huán)境中，造成極大浪費。空壓機輸入的85%左右電能轉(zhuǎn)化為壓縮熱，并由各種冷卻系統(tǒng)帶至周圍環(huán)境中。為了響應國家“節(jié)能減排，低碳生活”的號召，企業(yè)可通過改造空壓機，將原本排入環(huán)境的熱量回收，根據(jù)自身的實際生產(chǎn)情況有效利用這些熱量，減少其他加熱用途的能源消耗，其熱回收應用如圖1 所示?？諌簷C壓縮熱回收既減少了排放熱，又可為企業(yè)單位節(jié)省能源開支，緩解溫室效應對環(huán)境的影響，是一項具有劃時代意義的偉大工程[1-3]。隨著我國節(jié)能減排政策的不斷實行，節(jié)能減排工作也開始采用更多有效措施，各種新型的節(jié)能減排技術(shù)不斷出現(xiàn)。對此，各企業(yè)應充分結(jié)合自身的發(fā)展情況，選擇科學合理的節(jié)能減排技術(shù)，以切實提高企業(yè)的社會與經(jīng)濟效益水平。

1 壓縮機熱回收工作原理

熱回收裝置是將空壓機運行過程中所產(chǎn)生的壓縮熱，通過回收裝置吸收并轉(zhuǎn)換到需要加熱的介質(zhì)中，從而達到節(jié)能降耗的目的[4]。其采用的換熱工作原理是冷、熱端逆方式交換，一次性將壓縮氣體中的壓縮熱置換給需要加熱的介質(zhì)加以利用，整個系統(tǒng)可采用微電腦智能控制，實時監(jiān)控并保護空壓機運行狀態(tài)[5]。熱回收裝置串聯(lián)在壓縮機出口與原冷卻系統(tǒng)中間，在其回收利用端因需求自行啟、停時，不影響空壓機正常穩(wěn)定運行。

熱回收裝置組成：是由熱源設備（該文中為無油螺桿空壓機），熱回收裝置（板式換熱器），保溫管網(wǎng)，終端用熱裝置，以及系統(tǒng)控制單元組成。將熱回收裝置進氣口與空壓機的氣路對接，將需加熱介質(zhì)連接到熱回收裝置的另一對進、出口，起動裝置，即可實現(xiàn)空壓機降溫，需求介質(zhì)升溫的狀況[6]。

2 某企業(yè)空壓機運行現(xiàn)狀

某企業(yè)現(xiàn)有2 臺132 kW 無油螺桿空壓機，具體運行理論工況見表1，現(xiàn)計劃在兩臺空壓機中間加裝熱回收裝置，與兩臺空壓機同步切換，將第一級和第二級壓縮熱進行熱回收利用，熱回收所得熱量供制氮系統(tǒng)純化裝置再生空氣和工藝熱水加熱所用。保證15℃的再生氣溫度升高到145℃以上，工藝熱水水溫由85℃提升到90℃。

表1 空壓機理論工況

3 壓縮熱理論核算

3.1 第一級壓縮熱核算

根據(jù)企業(yè)自身實際的生產(chǎn)情況，該企業(yè)空壓機第一級運行溫度工況及熱回收端設計要求見表2。壓縮空氣的定性溫度為熱側(cè)入口溫度和熱側(cè)出口溫度的平均值（一段冷卻后的排氣溫度，即熱側(cè)出口溫度設計為90℃）：

根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的相關(guān)物性數(shù)據(jù)，得到壓縮空氣在140℃下的物性數(shù)據(jù)，具體見表3。

圖1 熱回收的應用

表2 第一級熱回收設計參數(shù)

表3 壓縮空氣物性數(shù)據(jù)

根據(jù)熱流量計算公式

式中：Cpi—比熱容（T℃，0.4 MPa 時）。G—排氣量（空壓機進口流量）?！芏龋?5℃，0.4 MPa 時）。T入口—熱側(cè)入口溫度。 T出口—熱側(cè)出口溫度。

經(jīng)過計算，可得第一級熱流量

Q1=1.01×22.8÷60×1.29×（190-90）=49.519（kJ/s）=49.519（kW）

一臺流量22.8 m3/h，排氣壓力0.4 MPa 的無油螺桿空壓機，第一級壓縮每小時釋放的總熱量為

Q總1= Q1×860=49.51×860=42836.6（kcal/h）。

3.2 第二級壓縮熱核算

根據(jù)企業(yè)自身實際的生產(chǎn)情況，該企業(yè)空壓機第二級運行溫度工況及熱回收端設計要求見表4。 壓縮空氣的定性溫度為（二段冷卻后的排氣溫度設計為90℃）：

根據(jù)定性溫度，分別查取殼程和管程流體的相關(guān)物性數(shù)據(jù)，得到壓縮空氣在125℃下的物性數(shù)據(jù)，具體見表5。

表4 第二級熱回收設計參數(shù)

表5 壓縮空氣物性數(shù)據(jù)

根據(jù)式（1）計算可得熱流量Q2=1.01×22.8÷60×1.29×（160-90）=34.6（kJ/s）=34.6（kw），一臺流量22.8 m3/h，排氣壓力0.7 MPa 的無油螺桿空壓機，第二級壓縮每小時釋放的總熱量為： Q總2=Q2×860=34.6×860=29756（kcal/h）

3.3 總回收熱量

該案例熱回收分別選用再生空氣和工藝熱水作為媒介，經(jīng)過以上計算，回收總熱量為：

4 某企業(yè)空壓機改造方案

該案例改造的是使用再生空氣置換無油空壓機組壓縮熱，進氣溫度為15℃，出氣溫度控制在145℃，當加熱再生空氣量為17.5 m3/min 時，即可滿足本項目提出加熱再生空氣流量1 000 m3/h的要求。由于該企業(yè)再生空氣每天僅開機使用6 h，所以第一級壓縮的其余18 個 h 熱回收的熱量和第二級全部壓縮的熱量，均可用于工藝熱水預熱，供工藝端使用，減少外購蒸汽的消耗量，同時減少了CO2向大氣的排放。如果考慮進水85℃加熱至90℃，那么水溫升高5℃。這樣可確定每天可加熱熱水噸數(shù)為：

改造后其空壓機熱回收工藝流程如圖2 所示。

圖2 改造后熱回收工藝流程簡圖

該方案實施后可為企業(yè)節(jié)省能源，具體節(jié)省數(shù)據(jù)見表6，當?shù)卣羝麅r格為186 元/t，年減少蒸汽外購收益約為19.56 萬元；年節(jié)省電費約5.29 萬元，年累計收益24.85 萬元。

表6 本企業(yè)節(jié)能數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

通過改造，該企業(yè)空壓機之前的散熱不良問題得到了有效的解決，經(jīng)計算，該企業(yè)空壓機理論熱回收使企業(yè)年減排635 911 176 kcal 熱量，折合標煤約90.8 t；實際年節(jié)省電費5.29 萬元，年節(jié)省外購蒸汽費19.56 萬元，按實際效果計算的減排標煤為99.6 噸，回收效果顯著?？諌簷C壓縮熱回收帶來的節(jié)能潛力巨大，空壓機壓縮熱能回收是提高壓縮空氣系統(tǒng)能源利用水平，提高企業(yè)生產(chǎn)力的必要手段。