空壓機(jī)余熱回收利用原理及效益探討

隨著機(jī)械工業(yè)的迅速發(fā)展而引發(fā)的源能危機(jī)和環(huán)境污染，已成為世界各國急待解決的嚴(yán)重問題。我國對環(huán)保工作越來越重視，節(jié)能減排被作為政府的重要工作來抓?？諌簷C(jī)行業(yè)也迎來了節(jié)能的浪潮，今天我們一起來看看空壓機(jī)余熱回收利用原理及效益探討

　　作為生產(chǎn)企業(yè)不可缺少的設(shè)備，工礦企業(yè)耗電量較大的往往是空壓機(jī)，并且經(jīng)常占到全廠用電量的50%。經(jīng)測算，空壓機(jī)年耗電量約為全國工業(yè)用電量的9.6%?？諌簷C(jī)在重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域的耗能更是驚人，其中煤化工、石化、化肥、電力、冶金等行業(yè)中，空壓機(jī)的耗電約占6%以上，氮?dú)淇諌簷C(jī)的耗電占合成氨裝置電耗的70%；乙烯“三機(jī)”（裂解氣空壓機(jī)、乙烯空壓機(jī)和丙烯空壓機(jī)）的耗電占乙烯裝置電耗的30%以上，一套10萬空分裝置中配套的泵、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)的用電近8萬千瓦。

　　我們知道，空壓機(jī)在運(yùn)行時要產(chǎn)生大量的熱量，風(fēng)冷機(jī)組要把熱量排入大氣中；水冷機(jī)組要通過冷卻塔把熱量排入大氣中。根據(jù)美國能源署統(tǒng)計：空壓機(jī)在運(yùn)行時，真正用于增加空氣勢能所消耗的電能，在總耗電量中只占很小的一部分15%，大約85%的電能轉(zhuǎn)化為熱量，通過風(fēng)冷或者水冷的方式排放到空氣中。 

　　空壓機(jī)的熱量如果不排放，將影響空壓機(jī)的正常工作，影響壓縮空氣的質(zhì)量。當(dāng)然，這些熱量如果直接排放掉，不僅浪費(fèi)了大量的熱能（可惜）又加劇大氣“溫室效應(yīng)”，造成熱污染。其實(shí)對于這些被浪費(fèi)的熱量，采用空壓機(jī)熱能回收技術(shù)，這些看似多余的熱量，其中有很大部分是可以被回收利用的！ 

　　如何利用好這些余熱，是企業(yè)節(jié)能減排的重要工作，可為企業(yè)創(chuàng)造良好的效益同時，也能為保護(hù)環(huán)境盡一份力。 

　　經(jīng)濟(jì)效益分析 

　　空壓機(jī)通過風(fēng)冷卻器或水冷卻器向大自然排放大量的廢熱，如果我們用電熱水器和柴油鍋爐加熱這些熱量所需的電費(fèi)和油費(fèi)來計算，就可以清楚地知道這些廢熱的價值。

　　下面我們用一臺100HP（75kW）的空壓機(jī)，一天工作8小時，一年工作300天來計算。

　　100HP空壓機(jī)，功率75kW，油流量75L/min，油溫度80℃，冷卻后溫度為58℃

　　產(chǎn)生的熱量:75×（80-58）×0.45×0.85×60=37868kcal/hr

　　1、用電熱水器加熱空壓機(jī)一年所產(chǎn)生的這些熱量所需金額，按0.8元每度電計算，電熱水器的效率為80% 則需要用：

　　1度電＝1千瓦小時＝860.42千卡

　　37868千卡÷（860.421千卡/度×0.8）×0.8 元/度=44元/小時

　　按一天工作8小時，一年工作300天計算：44×8×300=105600元

　　2、柴油的熱值為每公斤1×104千卡，柴油鍋爐與熱交換器的總效率以0.75計算，則柴油通過鍋爐的燃燒取得的有效熱值約為每公斤柴油7,500kcal。要產(chǎn)生37868千卡熱量需要5公斤柴油。

　　按一天工作8小時，一年工作300天，每公斤柴油5.5元計算

　　5公斤/小時×8小時/天×300天/年×5.5元/公斤=66000元/年

　　鍋爐的維護(hù)和管理還需要一個專職人員，按一年20000元算，一年的總費(fèi)用為66000元/年+20000元/年=86000元/年?？梢娒磕陱目諌簷C(jī)浪費(fèi)的能源折算成電費(fèi)或油費(fèi)非常嚴(yán)重，如果能夠把這些熱量利用起來，將創(chuàng)造不小的效益（見表1、2）。

　　空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)節(jié)能原理

　　螺桿空壓機(jī)的工作原理是由一對相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子（或稱螺桿）在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過程。螺桿空氣空壓機(jī)在長期連續(xù)的運(yùn)行過程中，把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能，在機(jī)械能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能過程中，空氣得到強(qiáng)烈的高壓壓縮，使之溫度驟升，這是普通物理學(xué)機(jī)械能量轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，機(jī)械螺桿的高速旋轉(zhuǎn)，同時也摩擦發(fā)熱，這些產(chǎn)生的高熱由空壓機(jī)潤滑油的加入混合成油、氣蒸汽排出機(jī)體，這部分高溫油、氣的熱量相當(dāng)于空壓機(jī)輸入功率的25～30%，它的溫度通常在80℃（冬季）～100℃（夏秋季）。由于機(jī)器運(yùn)行溫度的要求，這些熱能通過空壓機(jī)的散熱系統(tǒng)作為廢熱排往大氣中。

　　螺桿空壓機(jī)節(jié)能系統(tǒng)就是利用熱能轉(zhuǎn)換原理，把空壓機(jī)散發(fā)的熱量回收轉(zhuǎn)換到水里，水吸收了熱量后，水溫就會升高。使空壓機(jī)組的運(yùn)行溫度降低，不僅提高了空壓機(jī)運(yùn)行效率，延長空壓機(jī)潤滑油使用壽命，回收的熱水還可用于員工熱水洗澡、辦公室及生產(chǎn)車間采暖、鍋爐補(bǔ)充水、金屬涂裝清潔處理、無塵室恒溫恒濕車間及其它需要使用熱水的地方，從而降低了企業(yè)為福利生活用熱水、工業(yè)用熱水而長期支付的經(jīng)營成本，工作原理如圖1。

　　熱回收系統(tǒng)包含兩個組成部分：空壓機(jī)內(nèi)部油路改造；外部加裝熱交換器?？諌簷C(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的熱能通過回收系統(tǒng)回收，然后通過循環(huán)泵把熱水循環(huán)至保溫水箱，待需要熱水時直接通過熱水泵從水箱取熱水。熱回收系統(tǒng)是安裝在空壓機(jī)外部的系統(tǒng)，通過油管以及連接件與空壓機(jī)進(jìn)行相連，再通過對空壓機(jī)的改造，可以滿足：

　　● 空壓機(jī)正常的工作油溫；

　　● 不破壞空壓機(jī)的正常工作；

　　● 整潔的外表，安全可靠的系統(tǒng)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；

　　● 余熱利用，節(jié)能環(huán)保，減少溫室氣體排放，良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

　　空壓機(jī)余熱回收方式

　　空壓機(jī)余熱回收不僅節(jié)省了能量，而且還可以延長空壓機(jī)的使用壽命，減少了維修的幾率。但是空壓機(jī)余熱回收不是只有一種換熱方式，要選擇合適的換熱方式才會得到事半功倍的效果?？諌簷C(jī)最常用的余熱回收方式就是循環(huán)式和直熱式。

　　1、熱風(fēng)直接回收利用 

　　風(fēng)冷空壓機(jī)的冷卻系統(tǒng)由空壓機(jī)內(nèi)置油冷卻器、氣冷卻器、排風(fēng)扇換熱器等組成。冷卻用空氣通過強(qiáng)制對流的方式對油和氣進(jìn)行冷卻，從而保證空壓機(jī)的正常運(yùn)行。由于機(jī)組的散熱，冷卻排風(fēng)溫度通常比進(jìn)風(fēng)溫度高10 ℃～15 ℃。空壓站房設(shè)計時，空壓機(jī)冷卻熱風(fēng)通常經(jīng)風(fēng)管接至室外，將該熱風(fēng)經(jīng)風(fēng)管直接送至需加熱的場所是常用的余熱直接回收利用方式。

　　1.1 熱風(fēng)用于車間的冬季輔助加熱。

　　當(dāng)空壓站貼臨廠房建設(shè)時，空壓機(jī)的冷卻熱風(fēng)可直接排放到車間內(nèi)，用于車間的冬季輔助加熱。該余熱利用方式存在如下特點(diǎn)：建設(shè)或改造簡單，投資很小；余熱的利用存在季節(jié)性。該種余熱利用方式特別適用于中部地區(qū)，如江浙一帶，冬季車間不采暖，但氣溫又比較低。這種余熱利用方式在使用過程中應(yīng)該注意噪聲對車間的影響。

　　1.2 熱風(fēng)用于特殊房間的工藝加熱

　　在工業(yè)領(lǐng)域存在著需常年加熱的場所，如后處理車間的油漆房、烘干房等，且其使用時間和空壓站的啟停同步，此時可將冷卻熱風(fēng)引至需加熱房間。此時余熱利用效率較高，不存在季節(jié)性。需注意的是，此時排熱風(fēng)管一般較長，需另設(shè)引風(fēng)機(jī)進(jìn)行引風(fēng)，且應(yīng)在廠房建設(shè)時同步實(shí)施。

　　2、熱量間接回收利用

　　熱量的間接回收是指對空壓機(jī)內(nèi)部的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，并通過換熱的方式將余熱進(jìn)行回收。與熱風(fēng)直接回收相比，間接回收應(yīng)用范圍更廣，利用效果更好，不僅可以用于風(fēng)冷型空壓機(jī)，也可以用于水冷式空壓機(jī)。

　　經(jīng)過濾除塵和除雜質(zhì)后的空氣進(jìn)入空壓機(jī)，在壓縮過程中與噴入的冷卻潤滑油混合，壓縮后的混合氣體從壓縮腔排出，經(jīng)油氣分離器分離為高溫高壓的油和氣。為保證機(jī)器正常工作，高溫高壓的油和氣必須分別進(jìn)入各自的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，其中壓縮空氣經(jīng)冷卻器、過濾器后進(jìn)入使用系統(tǒng)；高溫高壓的潤滑油經(jīng)冷卻器冷卻后返回油路重新使用。高溫高壓的潤滑油溫度在80℃～100℃之間，承載了余熱的大部分熱量，將油路系統(tǒng)進(jìn)行改造，并通過換熱設(shè)備將熱量加以回收利用即為空壓機(jī)余熱的間接回收利用。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，潤滑油路系統(tǒng)可回收的熱量約占余熱的60%左右。新增的化熱設(shè)備及其附屬設(shè)施在工程被稱為熱能回收機(jī)組，現(xiàn)在各空壓機(jī)廠家基本都能提供該類產(chǎn)品。

　　該類余熱利用系統(tǒng)在工廠中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在耗氣量較大的紡織、化纖等行業(yè)，空壓機(jī)的余熱可完全滿足整個廠區(qū)的工人淋浴用熱。

　　工程應(yīng)用中，應(yīng)用該系統(tǒng)需增加熱能回水機(jī)組，并對原有的淋浴用熱系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改造。因此，熱量間接回收利用系統(tǒng)有著如下特點(diǎn)：增加設(shè)備投資及改造費(fèi)用；對設(shè)備占用場地有所要求；余熱利用可常年使用；余熱回收利用效率高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

　　需注意的是，余熱系統(tǒng)的配置需對空壓機(jī)內(nèi)部管道進(jìn)行改造，因此余熱回收機(jī)組一般應(yīng)由空壓機(jī)的供應(yīng)商進(jìn)行成套配置，或由其對既有機(jī)組進(jìn)行改造，否則容易造成空壓機(jī)保修方面的糾紛。

　　小結(jié)

　　如今，節(jié)能被提到一個相當(dāng)重要的高度，有人甚至把節(jié)能稱為“第二能源”。企業(yè)實(shí)施節(jié)能改進(jìn)，不僅可以緩解政府能源供應(yīng)和建設(shè)壓力，減少廢氣污染保護(hù)環(huán)境，更重要的是可以讓企業(yè)降低能耗，減少企業(yè)自身運(yùn)營成本，而空壓機(jī)余熱回收正是廣大工礦企業(yè)進(jìn)行節(jié)能減排、降低運(yùn)營成本的有力途徑。