曹嚴(yán)亮 唐正剛 李守軍 蘇德華

摘? 要：文章從蘭州生物制品研究所有限責(zé)任公司L501車間空壓站螺桿空壓機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)狀、空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合當(dāng)前的余熱回收技術(shù)等方面提出了將空壓站余熱回收后用于空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)預(yù)熱這一設(shè)想，并對此設(shè)想進(jìn)行了可行性論證和經(jīng)濟(jì)性分析，同時(shí)倡導(dǎo)并追求綠色能源高效回收和循環(huán)利用的理念。

關(guān)鍵詞：空壓站;余熱回收;能耗

中圖分類號(hào)：TQ460.5? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）06-0085-02

引言

能源問題已經(jīng)是世界性的主要議題，為了減緩能源緊缺這一社會(huì)性困境，每個(gè)生產(chǎn)制造型企業(yè)都有義務(wù)也有責(zé)任減少能源的浪費(fèi)。就目前的情況來看，我們無法停止能源的繼續(xù)使用，也無法挽回已經(jīng)變暖的氣候。但是有一點(diǎn)可以肯定，在保持可持續(xù)發(fā)展的前提下，用能企業(yè)可以突破固有的、傳統(tǒng)的用能方式，有效利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，將制冷或加熱設(shè)備后剩余的“高位能源”回收后繼續(xù)使用，再次發(fā)揮此部分“剩余能源”的價(jià)值，提高能源的利用率來減少能源的無效消耗或至少可以維持目前的狀況。尤其對生物制藥企業(yè)來說，有效開展節(jié)能減排是降低企業(yè)運(yùn)營成本，增收節(jié)支工作的迫切需求，也是響應(yīng)國家政策和履行企業(yè)社會(huì)責(zé)任之舉。

1 車間空壓站運(yùn)行現(xiàn)狀

蘭州公司L501車間現(xiàn)有兩臺(tái)互相切換使用的空壓機(jī)24小時(shí)不停歇工作，共用1臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)用于排出設(shè)備的壓縮熱及壓縮空氣的冷卻熱，該部分熱量即使在設(shè)備自身冷卻風(fēng)機(jī)及機(jī)房軸流風(fēng)機(jī)的雙重驅(qū)使下仍無法通過風(fēng)道有效排至室外，熱空氣在導(dǎo)風(fēng)罩內(nèi)積聚，逸散至機(jī)房局部環(huán)境之內(nèi)，回流后被空壓機(jī)再次吸入，此過程長年累月地進(jìn)行著惡性重復(fù)，不僅造成能源的大量浪費(fèi)和環(huán)境的熱污染，還增加了排熱成本，更使得空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)每況愈下（機(jī)體表面最高溫度經(jīng)實(shí)際測量已超過60℃），甚至頻發(fā)一系列報(bào)警（惡劣氣候一級(jí)吸氣溫度超過45℃，排氣溫度超過200℃，二級(jí)排氣溫度最高超過220℃）而自動(dòng)停機(jī)，進(jìn)而造成空壓站的運(yùn)行中斷，影響車間的計(jì)劃生產(chǎn)及公司的正常運(yùn)營。

2 余熱回收初步設(shè)想及原理

2.1 初步設(shè)想

為了追求綠色能源高效回收和循環(huán)利用，經(jīng)過多次現(xiàn)場勘查測試、采集數(shù)據(jù)及理論分析，本文提出對L501車間空壓站排風(fēng)系統(tǒng)的余熱回收，即在冬季以換熱器和乙二醇溶液作為換熱媒介將空壓機(jī)排風(fēng)側(cè)的熱量通過換熱器傳遞給乙二醇溶液，提高乙二醇溶液的溫度，然后通過循環(huán)泵將被加熱的乙二醇溶液輸送到空調(diào)系統(tǒng)新風(fēng)側(cè)的換熱器中，提高新風(fēng)溫度，減少系統(tǒng)的負(fù)荷和整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)能源回收利用。此設(shè)想既是節(jié)能減排工作的具體落實(shí)，也是降低設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、延長設(shè)備使用壽命有效舉措。

2.2 余熱回收原理

冬季工況下，空壓站較高溫度的排風(fēng)（大于35℃）經(jīng)過熱盤管后，將盤管內(nèi)部的乙二醇溶液由27℃，加熱至30℃，此時(shí)被加熱的“高溫”的乙二醇溶液經(jīng)水泵輸送到預(yù)熱盤管處，預(yù)熱盤管與新風(fēng)進(jìn)行換熱后，將此部分熱量釋放至新風(fēng)，以此完成對新風(fēng)的預(yù)熱，圖示（圖1）的工況35℃的室內(nèi)排風(fēng)可以將-5℃的新風(fēng)預(yù)熱至15℃，接近20℃的溫差的熱量，由熱回收系統(tǒng)節(jié)省。此過程中，水泵推動(dòng)乙二醇工質(zhì)流動(dòng)，傳感器檢測各處的乙二醇的溫度，流量等，但在室外新風(fēng)溫度比較高的時(shí)候，此時(shí)溫度傳感器將檢測到的溫度進(jìn)行反饋，由自控系統(tǒng)控制三通閥的開度，減少進(jìn)入新風(fēng)預(yù)熱盤管的乙二醇溶液的流量，由此將預(yù)熱后新風(fēng)溫度控制在比較高的精度，滿足送風(fēng)溫度的要求。

3 可行性分析

（1）據(jù)大量文獻(xiàn)及學(xué)術(shù)研究成果記載顯示，無油螺桿空壓機(jī)制得的壓縮空氣潔凈無油，但是，真正被用來增加空氣勢能消耗的電能僅占總消耗電能的10%-20%，大約有80%-90%的電能轉(zhuǎn)換為熱量，其中75%是可以利用的，相當(dāng)于軸功率的60%，此部分熱量最終以余熱形式被排放到大氣中，不僅造成了能源的極大浪費(fèi)而且產(chǎn)生了大氣的廢熱污染。

（2）對于壓縮空氣而言，在輸出壓力不變的情況下，吸入口溫度每升高4℃，能耗將增加1%左右（因?yàn)槔淇諝獾奈肟蓭砀行У膲嚎s）。

（3）結(jié)合本車間運(yùn)行的周期性，空壓站及空調(diào)系統(tǒng)24小時(shí)全時(shí)開機(jī)持續(xù)運(yùn)行，機(jī)組的能耗非常巨大，乙二醇熱回收系統(tǒng)如果以70%以上的熱回收效率，可以節(jié)省巨大的能耗，為企業(yè)帶來直接可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）熱回收系統(tǒng)通過盤管對乙二醇進(jìn)行循環(huán)，送風(fēng)排風(fēng)沒有任何接觸，不存在任何交叉污染。

（5）熱回收系統(tǒng)可以將兩臺(tái)空壓機(jī)散布的排風(fēng)集中起來進(jìn)行熱回收，水路系統(tǒng)具有很大的靈活性，管路的施工可根據(jù)現(xiàn)場情況靈活布置，簡潔高效且對距離不敏感。

（6）本地區(qū)冬季室外新風(fēng)平均溫度低于0℃，空壓站排風(fēng)溫度平均在35℃左右，利用排風(fēng)溫度與新風(fēng)溫差較大這一特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)換熱的高效性。

（7）乙二醇溶液冰點(diǎn)較低，可利用這一物理屬性，將冷側(cè)乙二醇溶液盤管安裝于新風(fēng)表冷器的前端，對新風(fēng)預(yù)熱后降低了表冷器凍傷的風(fēng)險(xiǎn)。

4 回收經(jīng)濟(jì)效益分析

通過專業(yè)的熱力計(jì)算或節(jié)能選型軟件對每一種溫度工況的計(jì)算，可以得到在每種工況溫度下，新風(fēng)可以被預(yù)熱多少度及單位風(fēng)量可以節(jié)省的熱量。本應(yīng)由相應(yīng)的熱水機(jī)組或蒸汽或電能所提供的熱量，此時(shí)被乙二醇熱回收系統(tǒng)回收，從而達(dá)到工況要求。根據(jù)不同的需求，可以精確計(jì)算出為了提供這些熱量需要付出的“代價(jià)”（即熱水機(jī)組的電費(fèi)，蒸汽的費(fèi)用等），從而直接算出節(jié)省的經(jīng)濟(jì)效益。

以公司L501車間空壓站熱回收為例，Q=C·M·Δt= C·M·（t2-t1），其中：

Q指乙二醇回收的熱量，單位為焦耳（J）;

C指乙二醇的比熱容，25%濃度的乙二醇查得資料后為3.8×103J/kg·℃;

M為質(zhì)量流量，擬取體積流量為15m3/h，乙二醇密度查資料后為ρ=1.03×103kg/m3，則每小時(shí)的質(zhì)量流量為15m3/h×1.03×103kg/m3=15450kg/h。

？駐t為乙二醇溶液經(jīng)新風(fēng)后的前后溫差，即t2指乙二醇通過新風(fēng)前的溫度，t1指乙二醇通過新風(fēng)后的溫度，結(jié)合本地區(qū)預(yù)熱季（每年10月至次年3月）的平均氣象條件及換熱器的平均溫差，擬?。狂vt值3.0℃。

按照上述計(jì)算公式得出：每小時(shí)回收的熱量Q=3.8×103J/kg·℃×15450kg/h×3.0℃=176130J/h，1kW·h=3.6×106J，1J=1W·s，1h=3600s，折算成千瓦為單位，為48.925kW。

若電能轉(zhuǎn)化效率按照90%計(jì)算，則每小時(shí)回收的熱量相當(dāng)于耗電48.925/0.9=54.36kWh。

若熱回收僅按預(yù)熱季（每年11月至次年4月）計(jì)算：共6個(gè)月（180天），平均電費(fèi)以0.55元/度計(jì)算，則可省電費(fèi)：54.36×0.55×24×180=12.92萬元/年。

5 結(jié)束語

對國有企業(yè)來說，隨著重點(diǎn)耗能設(shè)備余熱回收技術(shù)的推廣和應(yīng)用，不僅有利于企業(yè)節(jié)約運(yùn)營成本，提升市場競爭力，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，同時(shí)又符合國家關(guān)于轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、節(jié)能減排的發(fā)展思路，更是國有企業(yè)重視能源精細(xì)化管控和履行企業(yè)節(jié)能減排這一社會(huì)責(zé)任的重要體現(xiàn)。當(dāng)然生物制藥企業(yè)余熱利用技術(shù)不僅限于此，隨著科技的發(fā)展必將會(huì)有更加有效的回收利用技術(shù)出現(xiàn)，因此我們有理由相信，未來更加多元和先進(jìn)的余熱利用技術(shù)必然對生產(chǎn)制造型企業(yè)的運(yùn)營和效益模式帶來深刻的變革。

參考文獻(xiàn)：

[1]張艷君，王曉慧.淺談空氣壓縮機(jī)的選擇及節(jié)能措施[J].甘肅科技，2008（8）.

[2]陳海燕.空壓機(jī)的節(jié)能改造[Z].中國外資，2010，18：57.

[3]葉校圳，張曉東，陳誠忠.空壓機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)改造[J].中國設(shè)備工程，2010（08）.