淺析螺桿空壓機(jī)余熱回收

李梅芳

（中核燃料滄州有限公司，河北 滄州061000）

能源短缺、環(huán)境污染已成為世界共同關(guān)注的問題，節(jié)能減排，提高能源利用率是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的共識(shí)。壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的動(dòng)力源之一，廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空壓機(jī)能耗約占工業(yè)生產(chǎn)總能耗的10%～35%[1]，除輻射熱和壓縮空氣攜帶的熱量外，空壓機(jī)消耗的90%電能轉(zhuǎn)化成熱的形式散失[2]。近年越來(lái)越多的工廠通過空壓機(jī)系統(tǒng)改造獲取余熱，滿足工廠鍋爐水預(yù)熱、員工淋浴、廢水蒸發(fā)濃縮等生活、生產(chǎn)用熱，在降低工廠能耗的同時(shí)改善了空壓機(jī)工作性能取得了較好效益[3-4]。

圖1 為螺桿空壓機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖2 螺桿空壓機(jī)熱量分布

1 螺桿空壓機(jī)概述

螺桿空壓機(jī)主要由主機(jī)和輔機(jī)兩大部分組成，主機(jī)包括螺桿壓縮機(jī)和電機(jī)，輔機(jī)包括進(jìn)排氣系統(tǒng)、噴油及油氣分離系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等。螺桿空壓機(jī)72%的熱量?jī)?chǔ)存在油冷器中，13%的熱量?jī)?chǔ)存在氣冷卻器中，可以通過設(shè)置換熱設(shè)備對(duì)油冷卻器和氣冷卻器中的熱量進(jìn)行回收利用，在實(shí)際工程中，因油路系統(tǒng)熱量回收效率高，系統(tǒng)投資少、對(duì)空壓機(jī)本質(zhì)安全影響小而被廣泛應(yīng)用（圖1-2）。

2 螺桿空壓機(jī)余熱回收工作原理

空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)是利用換熱設(shè)備，將油氣混合物中的熱量重新回收利用。在實(shí)際工程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況拆除原油管，將換熱器串聯(lián)到空壓機(jī)油路系統(tǒng)中，如圖3 所示，油水換熱器上部進(jìn)油管與空壓機(jī)油氣分離器出油口（A 點(diǎn)）連接，下部出油管與過濾器總成端（B 點(diǎn)）連接。

圖3 油水換熱器油路接口示意圖

空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)，油溫較低，潤(rùn)滑油通過油路側(cè)回到空壓機(jī)循環(huán)。換熱器水側(cè)不循環(huán)，系統(tǒng)不進(jìn)行換熱。當(dāng)空壓機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，溫度逐步升高，溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，換熱器水側(cè)循環(huán)換熱，帶走潤(rùn)滑油中的熱量?？諌簷C(jī)余熱回收系統(tǒng)流程圖見圖4。

圖4 螺桿空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)流程圖

水路側(cè)可根據(jù)實(shí)際工程需要可采用不同的設(shè)計(jì)方案：

（1）直熱式。水側(cè)出水溫度直接為用戶使用的溫度，對(duì)于熱用戶離空壓機(jī)較遠(yuǎn)時(shí)，可采用。其優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)初投資較低，但其換熱器換熱面積較大，系統(tǒng)阻力大，運(yùn)行費(fèi)用高。

（2）循環(huán)式。通過循環(huán)換熱，水溫不斷上升。一般用于對(duì)水溫和用水時(shí)間要求不嚴(yán)的場(chǎng)合。

（3）儲(chǔ)熱式。當(dāng)循環(huán)水箱的溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，將熱水泵送至保溫水箱進(jìn)行儲(chǔ)存，用熱時(shí)啟動(dòng)送水泵送至用戶，一般在分時(shí)用水的系統(tǒng)采用這種方式，比如淋浴系統(tǒng)。

空壓機(jī)改造項(xiàng)目以及新建時(shí)考慮余熱回收系統(tǒng)，降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本，提高空壓機(jī)生產(chǎn)效益，同時(shí)保證環(huán)境友好的模式逐步被廣大企業(yè)認(rèn)可，各企業(yè)結(jié)合自身企業(yè)的需求，通過回收空壓機(jī)余熱，滿足企業(yè)淋浴或工業(yè)用熱，應(yīng)用情況見表1。

表1 空壓機(jī)余熱回收應(yīng)用情況

3 余熱回收系統(tǒng)在實(shí)際工程項(xiàng)目中存在的問題及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

空壓機(jī)余熱回收技術(shù)門檻較低，空壓機(jī)廠商、換熱器廠商以及各種小型機(jī)電公司都能承接相關(guān)的業(yè)務(wù)，但在實(shí)際工程應(yīng)用中暴露出了各種問題，總結(jié)如下：

（1）熱油管路接口漏油。影響設(shè)備間環(huán)境；如果漏油管漏油未及時(shí)發(fā)現(xiàn)處理，會(huì)造成空壓機(jī)機(jī)頭缺油卡死的事故。

（2）換熱器油管接三通閥門，存在操作錯(cuò)誤斷油燒機(jī)危險(xiǎn)。

（3）換熱器油管過小燒壞電機(jī)。

（4）換熱器油路阻力大，威脅空壓機(jī)的運(yùn)行安全。

（5）熱水系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)不當(dāng)，管徑過大造成浪費(fèi)，管徑過小影響效能發(fā)揮，常見循環(huán)換熱管徑不足，甚至流速過高發(fā)出噪音和沖蝕。

（6）熱水系統(tǒng)控制設(shè)計(jì)不當(dāng)?？刂葡到y(tǒng)過于簡(jiǎn)單，未達(dá)到無(wú)人值守?？刂葡到y(tǒng)過分追求高新尖，設(shè)置過于復(fù)雜。

（7）系統(tǒng)設(shè)計(jì)熱能產(chǎn)出不匹配；用熱需求分析不充分，用途受限。

根據(jù)上述工程實(shí)踐中反饋的問題，空壓機(jī)余熱回收設(shè)計(jì)應(yīng)注意事項(xiàng)如下：

（1）空壓機(jī)與換熱器將不應(yīng)設(shè)置任何閥門，避免閥門故障或人為誤操作導(dǎo)致系統(tǒng)斷油，燒壞電機(jī)。

（2）設(shè)計(jì)認(rèn)真核算換熱器油路側(cè)阻力，避免油路側(cè)阻力過大。油路側(cè)阻力加大會(huì)造成潤(rùn)滑油流量減少，冷卻能力下降，油溫升高；導(dǎo)致回油慢，機(jī)頭內(nèi)部軸承潤(rùn)滑能力下降，增加電機(jī)損壞風(fēng)險(xiǎn)。

（3）空壓機(jī)油管與換熱器接口的型式、密封等，根據(jù)設(shè)備定制開發(fā)，以免油管漏油。

（4）認(rèn)真分析用熱需求，合理設(shè)計(jì)熱水系統(tǒng)。

結(jié)束語(yǔ)

能源日益短缺，能耗費(fèi)用日益增長(zhǎng)，對(duì)存在大量空壓設(shè)備的系統(tǒng)、企業(yè)，系統(tǒng)工程師應(yīng)在充分了解系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，充分利用空壓設(shè)備的余熱對(duì)企業(yè)能源進(jìn)行整合，并且嚴(yán)格復(fù)核設(shè)計(jì)，在保證系統(tǒng)、設(shè)備的本質(zhì)安全下，開展節(jié)能措施，提高企業(yè)效益。