余熱回收的節(jié)能技術目前研究很多，但大多只針對噴油螺桿式空壓機的油路改造而言。本文通過對幾種典型空壓機的工作原理和余熱回收系統(tǒng)特點進行詳細介紹，更加豐富地了解空壓機余熱回收的途徑和形式，可以更好地進行余熱回收，降低企業(yè)的能源費用，達到節(jié)能環(huán)保的目的。
① 噴油螺桿空壓機工作原理分析
噴油螺桿空壓機的油有三個作用：冷卻-吸收壓縮熱、密封和潤滑。
油路：油氣混合物由主機出口排出，在油氣分離筒體內(nèi)冷卻油與壓縮空氣分離后進入油冷卻器，將高溫油的熱量帶走，冷卻后的油經(jīng)過相應的油路重新噴入主機，進行冷卻、密封和潤滑。如此反復。
噴油螺桿空壓機余熱回收的示意圖和流程圖見圖2 和圖3。
由圖2、圖3 可見，經(jīng)壓縮機頭壓縮形成的高溫高壓油氣混合物在油氣分離器中被分離，通過對油氣分離器出油管路進行改造，將高溫油引入一熱交換器，熱交換器旁通閥實時對進入熱交換器和旁通管的油量進行分配，從而保證回油溫度不低于空壓機回油保護溫度，熱交換器水側(cè)的冷水與高溫油進行熱交換，被加熱后的熱水可以用于生活熱水、空調(diào)采暖、鍋爐進水預熱、工藝用熱水等。
噴油螺桿空壓機的余熱回收系統(tǒng)形式較多，下面列舉兩種最常見的系統(tǒng)。
<圖4 噴油螺桿空壓機的一次換熱系統(tǒng)流程圖>
此種系統(tǒng)的特點是設備少，換熱效率高。但必須注意的是，需要選擇材質(zhì)較好的能量回收裝置，且需定期清洗，否則容易由于高溫結(jié)垢而引起堵塞或者換熱裝置發(fā)生泄漏污染應用端。
由圖可見，此系統(tǒng)進行兩次換熱，與能量回收裝置換熱的一次側(cè)系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，二次側(cè)系統(tǒng)可以為開式系統(tǒng)，也可以為閉式系統(tǒng)。
⑤ 噴油螺桿空壓機加裝熱能回收裝置的優(yōu)點
⑴、停止空壓機自身的冷卻風機或減少風機的運行時間。熱能回收裝置要用到循環(huán)水泵，水泵電機要消耗一定量的電能，但是在空壓機主機的排氣口溫度未達到80~95℃時（可以在這個范圍內(nèi)進行設定），空壓機自身冷卻風機是不工作的，這個風機的功率一般要比循環(huán)水泵的功率大4~6 倍，因此風機一停，比循環(huán)泵的用電要節(jié)能4~6 倍。另外，因為油溫可以得到很好的控制，所以機房的排風扇就可以少開或完全不開，這又可以節(jié)能。
⑶、增加空壓機的排氣量。由于空壓機的運行溫度可以被回收裝置有效地控制在80℃~95℃的范圍內(nèi)，機油的濃度可以保持較好，空壓機的排氣量就會增加，增加量為2%~6%，這一點也相當于節(jié)約了能源。這對夏季運行的空壓機尤為重要，因為一般到了夏季，環(huán)境溫度較高，油溫往往可升至100℃左右，機油變稀，氣密性變差，排氣量就要減少。因此熱能回收裝置在夏季更能彰顯出它的優(yōu)勢。
空氣壓縮機等溫壓縮時最省功，所消耗的電能主要轉(zhuǎn)化為空氣的壓縮勢能，可按式（1）進行計算：
式中：
Rg ———氣體常故，空氣為 287J /kg·k
P0 — 一級吸氣壓力，Pa；
P 幅—空壓機的熱輻射功耗，W；
無油螺桿空壓機相對于噴油空壓機，更具有余熱回收的潛能。
由上圖可以看出，理論上水冷無油螺桿空壓機的產(chǎn)熱可以100%進行回收。
如圖所示，冷水依次經(jīng)過油冷卻器，高壓壓縮系統(tǒng)，低壓壓縮系統(tǒng)，中間冷卻器以及后冷卻器進行換熱，其中，油冷卻器須加大。
離心式空氣壓縮機是由葉輪帶動氣體做高速旋轉(zhuǎn)，使氣體產(chǎn)生離心力，由于氣體在葉輪里的擴壓流動，從而使氣體通過葉輪后的流速和壓力得到提高，連續(xù)地生產(chǎn)出壓縮空氣。離心空壓機主要由轉(zhuǎn)子和定子兩大部分組成。轉(zhuǎn)子包括葉輪和軸。葉輪上有葉片，此外還有平衡盤和軸封的一部分。定子的主體是機殼(氣缸)，定子上還安排有擴壓器、彎道、回流器、迸氣管、排氣管及部分軸封等。離心壓縮機的工作原理為，當葉輪高速旋轉(zhuǎn)時，氣體隨著旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，氣體被甩到后面的擴壓器中去，而在葉輪處形成真空地帶，這時外界的新鮮氣體進入葉輪。葉輪不斷旋轉(zhuǎn)，氣體不斷地吸入并甩出，從而保持了氣體的連續(xù)流動。
② 離心式空壓機余熱回收流程
對于水冷式噴油螺桿機、無油螺桿機、離心機等空壓機而言，除了對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造進行余熱回收以外，還可以不改動其本體結(jié)構(gòu)，直接對冷卻水管路進行改造實現(xiàn)余熱回收。
由圖可見，通過在空壓機冷卻水出水管路上加裝二次泵把冷卻水引入水源熱泵主機，主機蒸發(fā)器進口的溫度傳感器對電動三通調(diào)節(jié)閥實時進行調(diào)節(jié)，控制蒸發(fā)器的進口溫度在某一設定值，通過水源熱泵機組就可以制取50~55℃的熱水。
被加熱的水在蓄熱水箱處儲存，然后再輸送到熱網(wǎng)，用到需要低溫熱源之處，如圖10 所示。
<圖10 水冷式空壓機余熱回收簡圖>
但為了保證系統(tǒng)運行安全可靠，一般仍會保留冷卻塔，只是在冷卻塔的入口和出口管道上加裝了處于常閉狀態(tài)的控制閥門?？刂崎y門采用溫度控制，一旦廢熱回收系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，內(nèi)部水溫上升到限定溫度，則閥門打開，使原有的冷卻塔降溫系統(tǒng)投入使用，確保了空壓機能可靠冷卻。
直接對空壓機冷卻水管路進行改造簡單方便，且不對空壓機本體結(jié)構(gòu)改造，可以減少改造風險，增加了余熱回收系統(tǒng)運行的可靠性。
空壓機運行產(chǎn)生的熱量，如果不釋放掉，可引起電機高溫及排氣高溫，不但影響空壓機的使用壽命，更影響壓縮空氣的質(zhì)量。如直接由冷卻系統(tǒng)將熱量排放，不但浪費了能源，更會造成熱污染。
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