壓縮空氣系統(tǒng)余熱回收利用探討

1、壓縮空氣系統(tǒng)余熱回收利用探討摘要：分析噴油螺桿式空壓機工作原理，結(jié)合熱力學理論，分 析空氣壓縮系統(tǒng)的耗能情況，從理論上確定了空壓機余熱回收利用效 率，詳細闡述空氣壓縮系統(tǒng)余熱利用原理及節(jié)能效益計算，從而實現(xiàn) 節(jié)能降耗。關(guān)鍵詞：設(shè)備；系統(tǒng)；運行；節(jié)能率；投資回報率1背景介紹一直以來，我國的工業(yè)產(chǎn)品制造的單位能耗高于國際先進制造水 平，高能耗帶來高污染高排放，同時也造成國家能源需求的緊張及 浪費。為此，節(jié)能減排，降低能耗，提高能源的綜合利用效率成為 國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的動力能源之一。其具有安 全、潔凈、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點，使其在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng) 域中應(yīng)

2、用越來越廣泛。但要得到品質(zhì)優(yōu)良的壓縮空氣需要消耗大量 能源。目前在公司壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的19%。壓縮空氣系統(tǒng)主要由空氣壓縮機組、冷卻干燥設(shè)備、過濾設(shè)備、 儲氣罐、輸配管網(wǎng)與閥門等組成。由于空壓機的特殊生產(chǎn)性能，其 輸入的大部分電能變?yōu)閴嚎s熱，通過其自身的冷卻散熱系統(tǒng)，將高 溫的油和空氣的熱量帶走，直接或間接排放到自然環(huán)境中，這不僅 造成環(huán)境的溫室效應(yīng)，而且浪費冷卻水資源及空壓機余熱資源。因 此，如果可以根據(jù)各種類型壓縮機的結(jié)構(gòu)和原理，進行適當?shù)母?造，將其熱量回收，并結(jié)合實際情況將這些熱能利用，則可以變廢 為寶，將原本排入環(huán)境的熱量進行回收利用，減少其他工藝加熱的 燃料需要，提

3、高能源的綜合使用效率，間接的進行節(jié)能減排。2壓縮空氣系統(tǒng)能耗分析空壓機在運行時，輸入的電能主要會轉(zhuǎn)化成兩種其他的能量形 態(tài)：增加空氣壓力的勢能和機械做功產(chǎn)生的熱能。據(jù)統(tǒng)計，轉(zhuǎn)化成勢能的電能約占輸入電能的15%左右，而轉(zhuǎn)化成 熱能的電能卻高達輸入電能的85%左右。轉(zhuǎn)化的熱能包含兩部分：通過電機機殼及空壓機機殼散失掉的熱量（不可回收），約占輸入電能的3%-5%通過空壓機冷卻系統(tǒng)散失掉的熱量（可回收），約占輸入電能的 80%-82%以公司620a空壓站為例，其空氣壓縮機為噴油式螺桿機壓縮機，其空壓機內(nèi)部的油主要作用為：冷卻和吸收壓縮熱、密封和潤 滑。其工作原理如圖:.氣路空氣進入機頭經(jīng)過螺桿壓縮后，

4、由于壓力上升，產(chǎn)生熱量，空氣 通過螺桿后，油氣混合物由排氣口排出，經(jīng)過管路系統(tǒng)、油氣分離 系統(tǒng)，進入冷卻系統(tǒng)，將高溫的壓縮空氣降低到可接受的范圍（各 廠家不同），一般情況英格索蘭的噴油螺桿式壓縮機主機排氣溫度 在92C左右，在夏季，甚至更高，但是不能高于109C。超過此 值，則空壓機故障停機，并報警。油路當油氣混合物由主機出口排出，在油氣分離筒體冷卻油和壓縮空 氣分離。然后經(jīng)過相應(yīng)的油路，進入油冷卻器，將高溫的油通過冷 卻系統(tǒng)將熱量帶走，然后冷卻的油經(jīng)過相應(yīng)的油路重新噴入主機。 這樣，壓縮機的油則進行著排出-冷卻-密封-潤滑-噴入的循環(huán)流 程。對于噴油螺桿式壓縮機，其主機出口油溫一般可以達到8

5、5C 97C，噴油溫度（即冷卻后的油溫）一般控制在65C75C左右。 噴油螺桿壓縮機的輸入功率大約有80% （大部分軸功率）是作為熱 量通過冷卻器帶走。冷卻器又分空氣冷卻器和油冷卻器，其中油冷 卻器帶走大約總散熱量45%55%的熱量。3空壓機余熱回收利用原理及節(jié)能效益分析從空氣冷卻器和油冷卻器的熱量回收效率分析，主要考慮油冷卻 器的熱量回收。其空壓機余熱回收系統(tǒng)需要進行空壓機內(nèi)部油路改 造和外部加裝熱交換器，熱交換器通過油管以及連接件與空壓機進 行相連?？諌簷C在運轉(zhuǎn)時，全部或部分原本由油冷卻器排風扇帶走 的熱量通過熱交換器回收，對自來水/軟水進行加熱，然后通過循環(huán) 泵把熱水循環(huán)至保溫水箱，待需

6、要熱水時直接通過熱水泵從水箱取 熱水。由于冷卻器進口油溫可以達到90105C，那么只要有合適的 換熱器，使用逆流換熱和相應(yīng)的油溫和水溫控制措施，可以將出口 水溫提高到6080C，同時保證壓縮機的正常運行。收集的熱水就可供相應(yīng)的鍋爐補給水、生產(chǎn)工藝應(yīng)用等，減少原先加熱所需的能源。如空壓機余熱回收簡圖:以一臺350kW空壓機為例，噴油螺桿壓縮機的輸入功率大約有80% （大部分軸功率）是作為熱量通過冷卻器帶走，如果以油冷卻器 的帶走總散熱量50%計算，那么通過的油冷卻器的散熱量大約占空 壓機輸入功率的40%。其冷卻油路可供回收的熱量大約有350X40%=140kW。如果一臺滿載的350kW空壓機24

7、h運行，其每臺可供回收的熱量 為；Q=Pt=140 X24X *3600=12096000kJ=12096MJ式中Q熱量，單位為kJ；P功率，單位為kW；t時間，單位為s如果考慮進水20C加熱至60C，即水溫升40C。這樣可確定一 臺壓縮機每天可加熱多少噸熱水：Mm二Q/c/dt12096000kJ：4.2(kJ/kg.K) ：40K=72000Kg=72t式中Q熱量，單位為kJ；c水的比熱容，單位為4.2kJ/ (kg.K)；dt溫差，單位為Km水的質(zhì)量，單位為Kg即350KW壓縮機運行一天，通過合理地進行改造壓縮機，在不影 響壓縮機正常工作的前提下，與現(xiàn)有的熱水需求系統(tǒng)進行整合，理 論上完

8、全可以在一天內(nèi)將72t水提高40C，對于熱水需求的補水預(yù) 熱，減少燃油和天然氣的消耗量，同時減少了 CO2向大氣的排放。下面以平均回收加熱功率140kW為例，即每天回收12096MJ，計算其具體的節(jié)能計算:能源種類熱值/MJ效率/%價格(元/kg)備注柴油46.04907.00天然氣35.59922.98由此可得每天回收12096MJ，相當于每天節(jié)約能源計算: 日節(jié)約柴油：12096：46.04：0.9=291.92kg。日節(jié)約柴油消耗費用=291.92*7=2043.44元/d。年節(jié)約柴油消耗費用=2043.44*360=735638.4元。年節(jié)約折合燃油計73.56萬元。日節(jié)約燃氣：12096：35.59：0.92=369.42kg。日節(jié)約燃氣消耗費用=369.42*2.98=1100.87元/d。年節(jié)約燃氣消耗費用=1100.87*360=396313.2元。年節(jié)約折合燃氣計39.63萬元。4結(jié)論從以上的分析可知，空壓機的余熱利用具有非常大的節(jié)能潛力 和經(jīng)濟效益。企業(yè)在進行余熱回收技術(shù)改造時，只要選擇符合企業(yè) 實際情況的余熱回收方案，不僅可以使空壓機組能夠保持最佳運行 溫度82-96C，使?jié)櫥偷男阅馨l(fā)揮更好，降低損耗，保證空壓機 正常的工作油溫，還可以余熱利用提供鍋爐預(yù)加熱補給水、生產(chǎn)工 藝或生活用熱水，即實現(xiàn)熱能回收，節(jié)