余熱回收的節(jié)能技術(shù)目前研究很多，但大多只針對噴油螺桿式空壓機(jī)的油路改造而言。本文通過對幾種典型空壓機(jī)的工作原理和余熱回收系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)介紹，更加豐富地了解空壓機(jī)余熱回收的途徑和形式，可以更好地進(jìn)行余熱回收，降低企業(yè)的能源費(fèi)用，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。
① 噴油螺桿空壓機(jī)工作原理分析
噴油螺桿空壓機(jī)的油有三個(gè)作用：冷卻-吸收壓縮熱、密封和潤滑。
油路：油氣混合物由主機(jī)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(jìn)入油冷卻器，將高溫油的熱量帶走，冷卻后的油經(jīng)過相應(yīng)的油路重新噴入主機(jī)，進(jìn)行冷卻、密封和潤滑。如此反復(fù)。
噴油螺桿空壓機(jī)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(jī)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(jìn)行改造，將高溫油引入一熱交換器，熱交換器旁通閥實(shí)時(shí)對進(jìn)入熱交換器和旁通管的油量進(jìn)行分配，從而保證回油溫度不低于空壓機(jī)回油保護(hù)溫度，熱交換器水側(cè)的冷水與高溫油進(jìn)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(jìn)水預(yù)熱、工藝用熱水等。
噴油螺桿空壓機(jī)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(jī)的一次換熱系統(tǒng)流程圖>
此種系統(tǒng)的特點(diǎn)是設(shè)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(yīng)用端。
由圖可見，此系統(tǒng)進(jìn)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(jī)加裝熱能回收裝置的優(yōu)點(diǎn)
⑴、停止空壓機(jī)自身的冷卻風(fēng)機(jī)或減少風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間。熱能回收裝置要用到循環(huán)水泵，水泵電機(jī)要消耗一定量的電能，但是在空壓機(jī)主機(jī)的排氣口溫度未達(dá)到80~95℃時(shí)（可以在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定），空壓機(jī)自身冷卻風(fēng)機(jī)是不工作的，這個(gè)風(fēng)機(jī)的功率一般要比循環(huán)水泵的功率大4~6 倍，因此風(fēng)機(jī)一停，比循環(huán)泵的用電要節(jié)能4~6 倍。另外，因?yàn)橛蜏乜梢缘玫胶芎玫目刂?，所以機(jī)房的排風(fēng)扇就可以少開或完全不開，這又可以節(jié)能。
⑶、增加空壓機(jī)的排氣量。由于空壓機(jī)的運(yùn)行溫度可以被回收裝置有效地控制在80℃~95℃的范圍內(nèi)，機(jī)油的濃度可以保持較好，空壓機(jī)的排氣量就會(huì)增加，增加量為2%~6%，這一點(diǎn)也相當(dāng)于節(jié)約了能源。這對夏季運(yùn)行的空壓機(jī)尤為重要，因?yàn)橐话愕搅讼募?，環(huán)境溫度較高，油溫往往可升至100℃左右，機(jī)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(jī)等溫壓縮時(shí)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(jìn)行計(jì)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(jī)的熱輻射功耗，W；
無油螺桿空壓機(jī)相對于噴油空壓機(jī)，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(jī)的產(chǎn)熱可以100%進(jìn)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(jìn)行換熱，其中，油冷卻器須加大。
離心式空氣壓縮機(jī)是由葉輪帶動(dòng)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(kuò)壓流動(dòng)，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(jī)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(jī)殼(氣缸)，定子上還安排有擴(kuò)壓器、彎道、回流器、迸氣管、排氣管及部分軸封等。離心壓縮機(jī)的工作原理為，當(dāng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣體隨著旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下，氣體被甩到后面的擴(kuò)壓器中去，而在葉輪處形成真空地帶，這時(shí)外界的新鮮氣體進(jìn)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(dòng)。
② 離心式空壓機(jī)余熱回收流程
對于水冷式噴油螺桿機(jī)、無油螺桿機(jī)、離心機(jī)等空壓機(jī)而言，除了對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造進(jìn)行余熱回收以外，還可以不改動(dòng)其本體結(jié)構(gòu)，直接對冷卻水管路進(jìn)行改造實(shí)現(xiàn)余熱回收。
由圖可見，通過在空壓機(jī)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(jī)，主機(jī)蒸發(fā)器進(jìn)口的溫度傳感器對電動(dòng)三通調(diào)節(jié)閥實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制蒸發(fā)器的進(jìn)口溫度在某一設(shè)定值，通過水源熱泵機(jī)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?zé)嵩粗?，如圖10 所示。
<圖10 水冷式空壓機(jī)余熱回收簡圖>
但為了保證系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，一般仍會(huì)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(jī)能可靠冷卻。
直接對空壓機(jī)冷卻水管路進(jìn)行改造簡單方便，且不對空壓機(jī)本體結(jié)構(gòu)改造，可以減少改造風(fēng)險(xiǎn)，增加了余熱回收系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
空壓機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的熱量，如果不釋放掉，可引起電機(jī)高溫及排氣高溫，不但影響空壓機(jī)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(fèi)了能源，更會(huì)造成熱污染。
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