空压机余热回收利用原理及效益探讨

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　　空压机余热回收利用原理及效益探讨

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　　随着机械工业的迅速发展而引发的源能危机和环境污染，已成为世界各国急待解决的严重问题。我国对环保工作越来越重视，节能减排被作为政府的重要工作来抓。
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% _7 _: O' W+ }1 s" ?- c% ^　　作为生产企业不可缺少的设备，工矿企业耗电量较大的往往是空压机，并且经常占到全厂用电量的50%。经测算，空压机年耗电量约为全国工业用电量的9.6%。空压机在重点应用领域的耗能更是惊人，其中煤化工、石化、化肥、电力、冶金等行业中，空压机的耗电约占6%以上，氮氢空压机的耗电占合成氨装置电耗的70%;乙烯“三机”(裂解气空压机、乙烯空压机和丙烯空压机)的耗电占乙烯装置电耗的30%以上，一套10万空分装置中配套的泵、风机、空压机的用电近8万千瓦。
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' E/ o( P! J% ~: F7 L, Q　　我们知道，空压机在运行时要产生大量的热量，风冷机组要把热量排入大气中;水冷机组要通过冷却塔把热量排入大气中。根据美国能源署统计：空压机在运行时，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占很小的一部分15%，大约85%的电能转化为热量，通过风冷或者水冷的方式排放到空气中。
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/ l  k  L# Q0 k+ V　　空压机的热量如果不排放，将影响空压机的正常工作，影响压缩空气的质量。当然，这些热量如果直接排放掉，不仅浪费了大量的热能(可惜)又加剧大气“温室效应”，造成热污染。其实对于这些被浪费的热量，采用空压机热能回收技术，这些看似多余的热量，其中有很大部分是可以被回收利用的!
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　　如何利用好这些余热，是企业节能减排的重要工作，可为企业创造良好的效益同时，也能为保护环境尽一份力。
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' o$ }- g9 L. J  S3 `5 H6 w* S　　经济效益分析
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1 M. O6 T/ s' R8 E+ }　　空压机通过风冷却器或水冷却器向大自然排放大量的废热，如果我们用电热水器和柴油锅炉加热这些热量所需的电费和油费来计算，就可以清楚地知道这些废热的价值。

　　下面我们用一台100HP(75kW)的空压机，一天工作8小时，一年工作300天来计算。

　　100HP空压机，功率75kW，油流量75L/min，油温度80℃，冷却后温度为58℃
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　　产生的热量:75×(80-58)×0.45×0.85×60=37868kcal/hr
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　　1、用电热水器加热空压机一年所产生的这些热量所需金额，按0.8元每度电计算，电热水器的效率为80% 则需要用：
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* P! z2 H: o. J6 j/ h　　1度电=1千瓦小时=860.42千卡

　　37868千卡÷(860.421千卡/度×0.8)×0.8 元/度=44元/小时
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　　按一天工作8小时，一年工作300天计算：44×8×300=105600元

8 p7 f' R! @) g5 N1 c0 L% x　　2、柴油的热值为每公斤1×104千卡，柴油锅炉与热交换器的总效率以0.75计算，则柴油通过锅炉的燃烧取得的有效热值约为每公斤柴油7,500kcal。要产生37868千卡热量需要5公斤柴油。
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9 \- Q" T+ p/ R# ?3 {6 G0 K$ c" u　　按一天工作8小时，一年工作300天，每公斤柴油5.5元计算
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) _2 B+ H8 d0 \  S) k0 T" H　　5公斤/小时×8小时/天×300天/年×5.5元/公斤=66000元/年
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8 ?. C; m4 K; b0 L( {) R8 P& q　　锅炉的维护和管理还需要一个专职人员，按一年20000元算，一年的总费用为66000元/年+20000元/年=86000元/年。可见每年从空压机浪费的能源折算成电费或油费非常严重，如果能够把这些热量利用起来，将创造不小的效益(见表1、2)。
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　　空压机余热回收系统节能原理
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　　螺杆空压机的工作原理是由一对相互平行啮合的阴阳转子(或称螺杆)在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，从而实现空压机的吸气、压缩和排气的全过程。螺杆空气空压机在长期连续的运行过程中，把电能转换为机械能，机械能转换为风能，在机械能转换为风能过程中，空气得到强烈的高压压缩，使之温度骤升，这是普通物理学机械能量转换现象，机械螺杆的高速旋转，同时也摩擦发热，这些产生的高热由空压机润滑油的加入混合成油、气蒸汽排出机体，这部分高温油、气的热量相当于空压机输入功率的25～30%，它的温度通常在80℃(冬季)～100℃(夏秋季)。由于机器运行温度的要求，这些热能通过空压机的散热系统作为废热排往大气中。
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9 e- l! V. ^# {4 J$ `8 J; h& u　　螺杆空压机节能系统就是利用热能转换原理，把空压机散发的热量回收转换到水里，水吸收了热量后，水温就会升高。使空压机组的运行温度降低，不仅提高了空压机运行效率，延长空压机润滑油使用寿命，回收的热水还可用于员工热水洗澡、办公室及生产车间采暖、锅炉补充水、金属涂装清洁处理、无尘室恒温恒湿车间及其它需要使用热水的地方，从而降低了企业为福利生活用热水、工业用热水而长期支付的经营成本，工作原理如图1。
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　　热回收系统包含两个组成部分：空压机内部油路改造;外部加装热交换器。空压机在运转时产生的热能通过回收系统回收，然后通过循环泵把热水循环至保温水箱，待需要热水时直接通过热水泵从水箱取热水。热回收系统是安装在空压机外部的系统，通过油管以及连接件与空压机进行相连，再通过对空压机的改造，可以满足：

　　● 空压机正常的工作油温;

　　● 不破坏空压机的正常工作;
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# n: I, Z' u3 ~% h" L& m　　● 整洁的外表，安全可靠的系统，保证系统稳定运行;
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3 M6 {# d$ s6 s- B; Q4 a　　● 余热利用，节能环保，减少温室气体排放，良好的经济和社会效益。
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* ]( \# z3 Z2 ^# q3 @5 N　　空压机余热回收方式

9 B4 m0 i! l% X$ Y& M/ ]4 s9 o　　空压机余热回收不仅节省了能量，而且还可以延长空压机的使用寿命，减少了维修的几率。但是空压机余热回收不是只有一种换热方式，要选择合适的换热方式才会得到事半功倍的效果。空压机最常用的余热回收方式就是循环式和直热式。
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　　1、热风直接回收利用
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: H. S, w( a4 z$ d! f　　风冷空压机的冷却系统由空压机内置油冷却器、气冷却器、排风扇换热器等组成。冷却用空气通过强制对流的方式对油和气进行冷却，从而保证空压机的正常运行。由于机组的散热，冷却排风温度通常比进风温度高10 ℃～15 ℃。空压站房设计时，空压机冷却热风通常经风管接至室外，将该热风经风管直接送至需加热的场所是常用的余热直接回收利用方式。

　　1.1 热风用于车间的冬季辅助加热。
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　　当空压站贴临厂房建设时，空压机的冷却热风可直接排放到车间内，用于车间的冬季辅助加热。该余热利用方式存在如下特点：建设或改造简单，投资很小;余热的利用存在季节性。该种余热利用方式特别适用于中部地区，如江浙一带，冬季车间不采暖，但气温又比较低。这种余热利用方式在使用过程中应该注意噪声对车间的影响。
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　　1.2 热风用于特殊房间的工艺加热
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, L* ]( t8 d) o- j+ d　　在工业领域存在着需常年加热的场所，如后处理车间的油漆房、烘干房等，且其使用时间和空压站的启停同步，此时可将冷却热风引至需加热房间。此时余热利用效率较高，不存在季节性。需注意的是，此时排热风管一般较长，需另设引风机进行引风，且应在厂房建设时同步实施。
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$ z0 E( z# y9 u/ x9 k5 O/ V7 p8 E　　2、热量间接回收利用

　　热量的间接回收是指对空压机内部的冷却系统进行改造，并通过换热的方式将余热进行回收。与热风直接回收相比，间接回收应用范围更广，利用效果更好，不仅可以用于风冷型空压机，也可以用于水冷式空压机。

　　经过滤除尘和除杂质后的空气进入空压机，在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合，压缩后的混合气体从压缩腔排出，经油气分离器分离为高温高压的油和气。为保证机器正常工作，高温高压的油和气必须分别进入各自的冷却系统进行冷却，其中压缩空气经冷却器、过滤器后进入使用系统;高温高压的润滑油经冷却器冷却后返回油路重新使用。高温高压的润滑油温度在80℃～100℃之间，承载了余热的大部分热量，将油路系统进行改造，并通过换热设备将热量加以回收利用即为空压机余热的间接回收利用。根据工程经验，润滑油路系统可回收的热量约占余热的60%左右。新增的化热设备及其附属设施在工程被称为热能回收机组，现在各空压机厂家基本都能提供该类产品。

　　该类余热利用系统在工厂中有着广泛的应用，尤其是在耗气量较大的纺织、化纤等行业，空压机的余热可完全满足整个厂区的工人淋浴用热。

　　工程应用中，应用该系统需增加热能回水机组，并对原有的淋浴用热系统进行适当改造。因此，热量间接回收利用系统有着如下特点：增加设备投资及改造费用;对设备占用场地有所要求;余热利用可常年使用;余热回收利用效率高，经济效益显著。

  h+ n; D+ Z# |　　需注意的是，余热系统的配置需对空压机内部管道进行改造，因此余热回收机组一般应由空压机的供应商进行成套配置，或由其对既有机组进行改造，否则容易造成空压机保修方面的纠纷。

　　总结

+ R! D7 z  Q6 V1 R　　如今，节能被提到一个相当重要的高度，有人甚至把节能称为“第二能源”。企业实施节能改进，不仅可以缓解政府能源供应和建设压力，减少废气污染保护环境，更重要的是可以让企业降低能耗，减少企业自身运营成本，而空压机余热回收正是广大工矿企业进行节能减排、降低运营成本的有力途径。

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