劉歡

（中國(guó)航空動(dòng)力機(jī)械研究所，湖南 株洲 412000）

空氣壓縮機(jī)余熱回收技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

劉歡

（中國(guó)航空動(dòng)力機(jī)械研究所，湖南 株洲 412000）

壓縮機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中最為廣泛的動(dòng)力源之一，它最大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以源源不斷的吸收空氣作為原料。由于其具有無污染、安全可靠的特性，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛。本文擬從空氣壓縮機(jī)的基本原理入手，探討其在余熱回收中的技術(shù)應(yīng)用，以期對(duì)空氣壓縮機(jī)在實(shí)際中的應(yīng)用有所啟迪。

空氣壓縮機(jī)；余熱回收；技術(shù)應(yīng)用

空氣壓縮機(jī)是氣源裝置中的主體部分，它可以將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，是壓縮空氣氣壓的重要裝置。在能源日益趨緊的今天，空氣壓縮機(jī)由于具有無污染、安全可靠以及運(yùn)輸方便地優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，其中螺桿式空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。在機(jī)械、電子、醫(yī)藥、紡織、食品、煤礦開采等各個(gè)領(lǐng)域都收到了很廣泛的應(yīng)用。

1 空氣壓縮機(jī)余熱回收

空氣壓縮機(jī)的余熱通常情況下指的是螺桿空壓機(jī)在生產(chǎn)高溫空氣中產(chǎn)生的多余熱量。螺桿式空氣壓縮機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于空氣被高壓進(jìn)行壓縮，使得空氣的溫度非常高。與此同時(shí)，由于空壓機(jī)螺桿高速度的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生大量的摩擦，也會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。這些產(chǎn)生的熱量相當(dāng)于空氣壓縮機(jī)輸入功率的四分之一，溫度一般情況下有80～100℃。在工業(yè)生產(chǎn)中，需要的只是空氣的壓力，而由壓力產(chǎn)生的熱量通過空氣壓縮機(jī)的散熱系統(tǒng)很快的冷卻，從而保證空氣壓縮機(jī)正常工作的溫度。這些被冷卻的熱量如果不能有效的利用的話，會(huì)造成很大的能源浪費(fèi)。此外，在冷卻的過程中也需要損耗電能，這就更加劇了能源的消耗。

空氣壓縮機(jī)余熱回收系統(tǒng)依據(jù)其散熱方式的不同，可以分為兩大類，一類是風(fēng)冷型的空氣壓縮機(jī)余熱回收系統(tǒng)，另一種是水冷型的空氣壓縮機(jī)余熱回收系統(tǒng)。

2 空氣壓縮機(jī)余熱回收技術(shù)的主要應(yīng)用

由于空氣壓縮機(jī)的具有很強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，因此，在各個(gè)行業(yè)中，其應(yīng)用都非常的廣泛。

空氣壓縮機(jī)在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用?，F(xiàn)有6臺(tái)無油螺桿式空氣壓縮機(jī)以及5臺(tái)空氣干燥機(jī)，總的熱負(fù)荷是1 600KW，使用水冷卻的方式，將冷卻水進(jìn)出口的溫度控制在40℃和46℃。采用閉循環(huán)的方式對(duì)冷卻水進(jìn)行降溫?，F(xiàn)在將空壓機(jī)的余熱用作空調(diào)系統(tǒng)，使用其在冬天進(jìn)行采暖以及預(yù)熱生活用水。

余熱回收的控制主要是調(diào)節(jié)冷卻水的流量，使得空氣壓縮機(jī)的余熱首先滿足于生活熱水系統(tǒng)的熱負(fù)荷。在夏天，供暖的系統(tǒng)支路被關(guān)上，系統(tǒng)的控制轉(zhuǎn)向生活用水熱水的系統(tǒng)控制上。根據(jù)某一個(gè)時(shí)刻生活熱水負(fù)荷，對(duì)流入生活熱水系統(tǒng)的冷卻水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果在冬季，空氣壓縮機(jī)的余熱首先要滿足于生活用水，然后剩余的熱量再用于供暖。假如熱量不夠，空調(diào)系統(tǒng)依靠自身配置的輔助熱源來提供熱量。

換熱器的設(shè)計(jì)在余熱回收系統(tǒng)中，一共需要兩臺(tái)換熱器。一臺(tái)用于空壓機(jī)冷卻水和生活熱水的交換，另一臺(tái)則用于冷卻水和冷卻塔之間的回水換熱。兩臺(tái)換熱器一般都使用板式換熱器。如下面的兩個(gè)圖所示，左面的是（1）右面的是（2）。

3 空氣壓縮機(jī)余熱回收系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

生活熱水系統(tǒng)。假設(shè)預(yù)熱由鍋爐單獨(dú)完成，其費(fèi)用由鍋爐購(gòu)買費(fèi)用以及使用年線之內(nèi)煤炭消耗的費(fèi)用組成。

使用空氣壓縮機(jī)之后，使用板式換熱器（2）將空氣壓縮機(jī)的冷卻水用來加熱生活熱水。消耗的費(fèi)用是板式換熱器（2）的費(fèi)用，大約是4萬元。如下表所示：

通過計(jì)算可以得出，使用空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)之后，與普通鍋爐加熱相比，其費(fèi)用每年平均可以節(jié)省56.05萬元，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益。

方案名稱鍋爐加熱空壓機(jī)余熱系統(tǒng)加熱節(jié)省費(fèi)用年均節(jié)省費(fèi)用設(shè)備花費(fèi)鍋爐25萬元年均運(yùn)行費(fèi)用煤炭耗費(fèi)55萬元年限內(nèi)總費(fèi)用1125萬元板式換熱器（2）4萬4萬1121萬元56.05萬元

空氣壓縮機(jī)余熱回收系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用?，F(xiàn)在以空氣壓縮機(jī)回收系統(tǒng)在某氯堿化公司中的應(yīng)用為例，對(duì)空氣壓縮機(jī)余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行說明。該廠共有10臺(tái)空氣壓縮機(jī)，3臺(tái)是螺桿微油空氣壓縮機(jī)，3臺(tái)是有油潤(rùn)滑活塞式空氣壓縮機(jī)，還有三臺(tái)是無油潤(rùn)滑活塞式壓縮機(jī)，最后一臺(tái)已經(jīng)報(bào)廢。

噴油螺桿空氣壓縮機(jī)余熱回收系統(tǒng)總共有兩部分組成：一是空氣壓縮機(jī)內(nèi)部油路的改造，二是外部水冷換熱器。

3.1 空壓機(jī)內(nèi)部輸油管路的改進(jìn)

空壓機(jī)內(nèi)部輸油管道的改進(jìn)。原來的空壓機(jī)是空冷式的，為了使得壓縮腔內(nèi)部的溫度保持在一定的狀態(tài)上，當(dāng)潤(rùn)滑油的溫度達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，輸油管道就會(huì)通過風(fēng)冷散熱器給潤(rùn)滑油降溫。如果要對(duì)高溫潤(rùn)滑油的余熱進(jìn)行回收的話，首先應(yīng)該把高溫潤(rùn)滑油管道接到水冷熱回收換熱器上面。

對(duì)輸油管路油溫控制系統(tǒng)的改進(jìn)。改造之后，空氣壓縮機(jī)的輸油管路的油溫控制系統(tǒng)可以非常多的回收高溫潤(rùn)滑油散發(fā)的余熱，同時(shí)也可以確保空氣壓縮機(jī)正常噴油時(shí)的溫度，從而保證空壓機(jī)健康運(yùn)行。

3.2 外部水冷換熱器

可以使用拆板式水冷換熱器，這樣可以減少回收余熱系統(tǒng)占據(jù)大量的面積，同時(shí)又可以提升熱量回收的效率。在本案例中，對(duì)該廠的空氣壓縮機(jī)進(jìn)行了改造，改造之后的空壓機(jī)系統(tǒng)性能比原來要好得多。改造之前，該螺桿空壓機(jī)的功率是250KW，經(jīng)過改造之后，該系統(tǒng)在原有的油管上面增加了熱回收板式換熱器，這樣做，可以在回收熱量的同時(shí)，保證空壓機(jī)正常的運(yùn)行。改造之后的現(xiàn)場(chǎng)如下圖所示：

設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性分析。噴油螺桿空壓機(jī)在運(yùn)行時(shí)，板式熱喚起理論熱回收量功率是226.5 KW，若該空壓機(jī)運(yùn)行24小時(shí)，則可以回收的熱量是：

Q=226.5×24×3600=19569.6MJ

如果換熱器的進(jìn)出水溫度上升30攝氏度，可以加熱的水的量是155.8 t。這些熱水除了用作職工生活熱水之外，還可以為電化廠的鍋爐補(bǔ)給熱水，這相當(dāng)于給鍋爐的補(bǔ)水進(jìn)行了預(yù)熱，大大減少了對(duì)油氣的消耗。在實(shí)際中，其中的三臺(tái)空壓機(jī)要進(jìn)行維修，同時(shí)一部分時(shí)間段內(nèi)的空壓機(jī)是非滿載運(yùn)行的，使得高溫潤(rùn)滑油的旁通不經(jīng)過換熱器，因此，將上面空壓機(jī)的均熱回收功率按理論功率的60%進(jìn)行計(jì)算，即135.9 KW，每天按24小時(shí)計(jì)算，則可以收回?zé)崃?1 741.76MJ。

節(jié)能量計(jì)算

設(shè)柴油的燃燒率為0.9，通過上面的節(jié)能量計(jì)算表，可以得出，在對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行改造之后，每天可以節(jié)省柴油：

111 741.76÷46.04÷0.9=283.37 Kg

那么每天可以節(jié)省的柴油費(fèi)用是283.37×5.8=1 643.6（元）

每年可以節(jié)約鍋爐用的柴油費(fèi)用是1 643.6×365=60（萬元）

綜上所述，每年節(jié)能可以折合成燃油費(fèi)共計(jì)60萬人民幣。

在大大節(jié)省費(fèi)用的基礎(chǔ)上，噴油螺桿空壓機(jī)熱回收改造時(shí)候還有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：一是螺桿空壓機(jī)熱回收加熱生活熱水與鍋爐相比，無污染，并且沒有噪音，一旦投入使用，可以為企業(yè)職工隨時(shí)供應(yīng)熱水。二是改造之后，可以確保噴油溫度在正常的范圍內(nèi)，不僅較少了機(jī)器出故障的幾率，同時(shí)延長(zhǎng)了機(jī)器使用的壽命，大大降低了維修成本。

綜上所述，隨著能源日益趨緊，在探索開發(fā)新能源的同時(shí)，也要對(duì)余熱進(jìn)行充分回收和利用。在熱量回收中，空氣壓縮機(jī)余熱回收系統(tǒng)在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，大大增強(qiáng)了余熱的利用率。本文先對(duì)空氣壓縮機(jī)余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析，而后通過具體的實(shí)例分析了空氣壓縮機(jī)余熱回收技術(shù)的具體應(yīng)用：空氣壓縮機(jī)余熱回收系統(tǒng)在空調(diào)中的使用以及空氣壓縮機(jī)余熱回收系統(tǒng)在某電化廠中的應(yīng)用，從而得出使用了空氣壓縮機(jī)余熱回收技術(shù)可以大大降低運(yùn)行的成本。期待本文的研究能夠?qū)諌簷C(jī)余熱回收系統(tǒng)的推廣應(yīng)用有所幫助。

[1]吳世鳳.空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)余熱回收在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程，2012（24）.

[2]謝健.一種空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D].北方工業(yè)大學(xué)，2012.

[3]桑廣文.螺桿空壓機(jī)余熱回收利用技術(shù)的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2011（14）.

TH45

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1671-0037（2014）10-87-2

劉歡（1983-），男，本科，主管設(shè)計(jì)師，研究方向：航空機(jī)械設(shè)計(jì)。