一種空壓機余熱回收用于切片干燥的方法

梁鐵賢

（中山市星火實業(yè)有限公司，廣東 中山 528400）

中山市星火實業(yè)有限公司擴建12部位的聚酯切片紡POY車間，螺桿式壓縮空氣機及切片干燥線都是獨立擴建的，在系統(tǒng)設計規(guī)劃時，可以考慮進行節(jié)能回收。螺桿空氣壓縮機與充填式切片干燥塔的運行是同時的，一方面，螺桿空壓機正常運行時，機油油溫需要保持在70～90 ℃，隨著大量空氣被壓縮放熱，壓縮機油需要水冷或風冷換熱器進行冷卻，以保持油溫平穩(wěn)；另一方面，充填干燥塔的下進氣口需要輸入150 ℃的絕干空氣，與切片流動方向相反，從頂部排向結晶器，以達到最佳干燥效果[1]。考慮到空壓機及干燥塔均是工況穩(wěn)定的設備，所以規(guī)劃時將螺桿式空壓機布置在距離干燥塔幾米的地方，以便將空壓機的熱量回收，用于切片干燥。

充填干燥塔的下進氣溫度為150 ℃，比正常運行的螺桿空壓機的油溫還要高，絕干空氣是氣從冷凍除濕機除去大部分油水，再由有源變壓吸附式干燥機降低露點，溫度較低（不高于30 ℃）。如果絕干空氣被空壓機的回收熱量先預熱至盡可能高的溫度，再由電加熱器加熱至工藝溫度，可以減少電加熱消耗的電能，達到節(jié)能的目的。

1 回收壓縮空氣熱量方案

回收壓縮空氣熱量流程如圖1所示。

圖1 回收壓縮空氣熱量流程

1.1 螺桿空氣壓縮機

本項目總用氣量約為10 m3/min，其中干燥塔用氣約為4 m3/min，選用16 m3的永磁變頻驅動螺桿式壓縮機既能適應無斷頭（吸絲槍用氣）、無送料、僅剩干燥用氣的低用氣狀態(tài)，也能適應生頭及送料的高峰用氣狀態(tài)，這種新型螺桿壓縮機可以自動恒壓供氣，無需干預。壓縮機油與空氣從螺桿機頭進入油氣分離器，分離后先進入釬焊板式換熱器內，與有源變壓吸附式干燥機送來的絕干空氣進行熱交換，再進入水冷換熱器進行最終冷卻，經(jīng)過濾器過濾后再進入螺桿機頭循環(huán)。

壓縮機基本技術參數(shù)如下：

機型：永磁電機雙變頻二級壓縮 ；

排氣壓力：0.8 MPa；

排氣量：16.5 m3/min；

電機功率：75 kW；

電機防護/絕緣等級：IP54/F級；

電壓/頻率：380 V/50 Hz；

啟動方式：永磁變頻；

冷卻方式：水冷；

傳動方式：同軸一體傳動；

其他說明：轉子轉速小于1 800 r/min。

1.2 一級除油除水裝置

從螺桿壓縮機出來的空氣仍帶有大量的油及水氣，一級除油除水裝置捕集大部分油與水，由電子排水閥排走，一部分壓縮空氣直接輸送給生頭吸槍使用，另一部分送至冷凍式干燥機再次除去油水。

1.3 冷凍式干燥機

壓縮空氣由一級除油除水裝置除水以后，還有部分油氣存在，為了避免有源干燥器內的分子篩被油污染中毒，減輕分子篩干燥機的負荷，在一級除油除水裝置和有源變壓式干燥機之間加入冷凍式干燥機，再次除去油水，此時壓縮空氣的露點大約在-12～-5 ℃。

1.4 精過濾器

此裝置為進入有源變壓式吸附干燥機前過濾掉油與水，保護干燥機內的分子篩。

1.5 有源變壓式吸附空氣干燥機

聚酯切片紡絲中切片的含水率越低，可紡性越好，最好能小于20×10-6?，F(xiàn)在，大部分切片干燥線已經(jīng)采用壓縮空氣為干燥氣源，通過在較高氣壓（通常是0.8 MPa）下用多孔硅藻土制成的分子篩對水分子進行選擇性吸附，吸附充分后的分子篩，被降壓了的干熱空氣下解吸附、降溫，再切換循環(huán)使用，壓縮空氣在這種干燥機的作用下，露點會大幅度降低，由-12 ℃降至-50 ℃，冬季甚至降至-55℃。經(jīng)過過濾后的壓縮空氣在有源變壓式吸附空氣干燥機除水后一路去作儀表器，另一路送回空壓機內的釬焊板式換熱器，回收壓縮機油的熱量。

1.6 釬焊板式換熱器

螺桿式空壓機是有油壓縮機，壓縮機油除了潤滑螺桿，還起著帶走熱量的作用。隨著空氣被壓縮，產(chǎn)生大量熱量，而壓縮機油又必須保持在70～90 ℃，維持合適的運動黏度，以保護螺桿的潤滑膜不被破壞。若壓縮機油溫度高，則運動黏度低，潤滑膜不穩(wěn)定，螺桿容易磨損，而且壓縮機油降解；若壓縮機油溫低，則運動黏度高，電機負荷大，電耗高。通常壓縮機油是用氣冷或水冷換熱器散熱，以保持正常工況，這部分熱量是穩(wěn)定且可回收的。

常用的換熱器有盤卷式換熱器、列管式換熱器，釬焊板式換熱器。因為釬焊板式換熱器體積小，換熱面積大，換熱效率高，所以在氣-液熱交換體系用途廣泛[2]。對于本項目，由于氣、液均無腐蝕，且壓力較低，流速低，但要求冷端溫升大，所以選用體積小、高效的釬焊板式換熱器，并計算換熱器參數(shù)，以便選型，如表1所示。

1.7 文丘里管

經(jīng)過釬焊板式換熱器升溫后的壓縮空氣要減壓增速，進入電加熱器。文丘里管也叫擴壓管，類似火箭發(fā)動機的噴管，將壓力能轉化為動能，提高換熱效率。

1.8 干燥塔下加熱器

由于回收熱量的壓縮空氣溫度不可能超過壓縮機油的溫度，而壓縮機油的油溫要小于90 ℃，所以壓縮空氣應該接近這個溫度，因此仍然需要電加熱器將其提升至工藝溫度（一般是150 ℃），以滿足生產(chǎn)需要。

2 釬焊板式換熱器參數(shù)計算

最終根據(jù)交換熱量7 792 kcal/hr=32.7 kW及要處理的壓縮空氣2 000 L/min，選用了江蘇遠卓設備制造有限公司的釬焊板式換熱器（ZL200B-42H），具體參數(shù)如表2所示。

3 操作方法

（1）從停止狀態(tài)下啟動，需要先檢查油位及水壓正常后，開啟冷卻水進出閥，再依次啟動空壓機、冷凍式干燥機、有源變壓吸附式干燥機，待空氣露點滿足工藝要求（一般為-50 ℃以下），打開加熱器前球閥，即可啟動干燥塔。 由于釬焊板式換熱器內置于螺桿式空氣壓縮機內，氣、液路均設有旁路。正常運動時不需人工干預，僅在換熱器發(fā)生堵塞、泄漏時，才需打開旁路，關閉主路維修或更換。

表1 空氣壓縮機及絕干空氣的換熱工況

表2 釬焊板式換熱器（ZL200B-42H）設計參數(shù)

（2）正常運行時，應該每小時巡查一次螺桿壓縮機、冷凍式干燥機、有源變壓吸附式干燥機及干燥塔下加熱器，檢查螺桿油溫、水溫、氣壓，冷凍式干燥機冷媒高低壓力，有源變壓吸附式干燥機露點溫度，干燥塔下加熱器前后溫度、壓力等是否正常。

（3）保養(yǎng)維護。釬焊板式換熱器由螺桿式空壓機廠家改造，包合在保養(yǎng)合同內，在保養(yǎng)螺桿空壓機時一并檢查保養(yǎng)。但日常巡檢時，應注意在干燥塔下加熱入口檢查點試排氣，以便檢查有無漏油，如有，即打開旁路，停止運行換熱器。

4 實施效果與成本分析

通過打開和關閉釬焊板式換熱器旁路，在相同用氣量下，對比干燥塔下加熱器的進氣溫度，比較回收熱量的效果[3]，結果如表3所示。

表3 在相同用氣量下回收熱量的效果

加裝釬焊板式換熱器的價格為11 000元，加上空氣機外管道材料及施工費用約10 000元，共26 000元。按照綜合電費費率為0.7元/（kW·h-1）計算，則改造后每月的節(jié)能效益為7.518×0.7×24×30≈3 789（元），26 000/3 789≈6.86（月），7個月即可收回成本，每年節(jié)約3 789×12=45 468（元）。

5 結語

改造螺桿式空壓機的冷卻方式，回收空壓機油的熱量，將其用于加熱進入切片干燥器的絕干空氣，短期內即可回收改造成本，長期可節(jié)省運行費用。