張曉楠

（中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100120）

引言

能源的高效利用關(guān)系到國家的可持續(xù)發(fā)展以及環(huán)境的綜合治理和企業(yè)的成本控制。隨著科技的發(fā)展，很多以前無法解決的能源控制問題，現(xiàn)在得以解決，很多以前不受重視的節(jié)能措施，現(xiàn)在備受青睞。空壓機(jī)的余熱回收利用就是其中一例。本文對空壓站余熱回收利用的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了簡單分析，并以某工程的空壓站余熱回收系統(tǒng)為例，簡述了此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程。

1 空壓站余熱回收系統(tǒng)簡介

空壓機(jī)的能源消耗在工廠總能源消耗中占很大的比例。以鑄造廠為例，空壓機(jī)的耗電量約占整個(gè)廠區(qū)耗電量的20%～30%[3]。因而壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能對整個(gè)廠區(qū)的節(jié)能意義重大。

以螺桿空壓機(jī)為例，其運(yùn)行時(shí)的有效功率占其總電功率的15%～25%[4]，有效功率之外的損耗主要以熱的形式散發(fā)到外界。當(dāng)前的空壓機(jī)余熱利用，主要是依靠熱能轉(zhuǎn)換裝置，將空壓機(jī)的余熱轉(zhuǎn)化為熱水，供應(yīng)區(qū)域內(nèi)各單位的采暖、生活熱水或進(jìn)行其他用途。

2 空壓機(jī)余熱利用的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 空壓機(jī)余熱利用的優(yōu)點(diǎn)

1）節(jié)約能源，運(yùn)行成本低?？諌簷C(jī)余熱利用屬于對廢棄能源的重新利用，其消耗能源僅為循環(huán)泵所需電能，運(yùn)行成本較低。2）有利于對空壓機(jī)本身降溫，提高空壓機(jī)使用壽命。3）熱量制備不受環(huán)境影響。

2.2 空壓機(jī)余熱利用的缺點(diǎn)

1）余熱回收品位低?？諌簷C(jī)余熱回收系統(tǒng)產(chǎn)生的熱水溫度大都在40℃～70℃[3]。2）回收熱量與空壓機(jī)的運(yùn)行工況有關(guān)，且最低負(fù)荷很難預(yù)測，故收回?zé)崃坎环€(wěn)定。3）需要增加初期投資，包括余熱回收裝置及相關(guān)管路。4）余熱回收裝置中的換熱器部分要求設(shè)備質(zhì)量高，否則換熱器故障（泄漏）會(huì)對空壓機(jī)本體產(chǎn)生損害。

3 空壓站余熱回收設(shè)計(jì)實(shí)例

某公司30萬t鑄件產(chǎn)業(yè)化基地項(xiàng)目一期工程的空壓站，建設(shè)地點(diǎn)位于黑龍江省齊齊哈爾市；空壓站為廠區(qū)單獨(dú)建筑物。項(xiàng)目工藝用壓縮空氣的平均用氣量為：153.8m3/min，設(shè)備入口工作壓力為0.6MPa，三班運(yùn)行。

3.1 空壓站負(fù)荷計(jì)算

式中：

3.2 洗浴用熱負(fù)荷計(jì)算

式中：

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，共選用6臺(tái)空壓機(jī)，其中SRC-330DSW型水冷噴油螺桿空氣壓縮機(jī)，共5臺(tái)，4用1備，單臺(tái)空氣壓縮機(jī)額定排氣量40m3/min，額定排氣壓力0.8MPa，電功率250kW/臺(tái)；SRC-380DSWVB型變頻水冷噴油螺桿空氣壓縮機(jī)1臺(tái)，連續(xù)調(diào)節(jié)運(yùn)行，單臺(tái)空氣壓縮機(jī)最大排氣量45m3/min，額定排氣壓力0.8MPa，電功率280kW/臺(tái)[1]。HRS-COMP-300A型熱交換器（空壓機(jī)熱能回收系統(tǒng)）6臺(tái)（5用1備），每臺(tái)熱交換機(jī)的出熱量為對應(yīng)空壓機(jī)功率的60%，故空壓機(jī)熱能回收系統(tǒng)的總出熱量為768kW，根據(jù)以上計(jì)算的水專業(yè)洗浴最大熱負(fù)荷1155kW，空壓站滿負(fù)荷運(yùn)行1.5倍洗浴時(shí)間即可滿足需求，其他時(shí)段的熱量由屋頂?shù)睦鋮s塔排出。當(dāng)空壓機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由水專業(yè)的電熱水器作為輔助熱源滿足洗浴用熱水的需求。

3.3 熱水箱選型計(jì)算

式中：

計(jì)算得：V=1.2G=46.4t。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，選用2臺(tái)熱水箱，每臺(tái)30m3，一用一備。空壓站一層布置空壓機(jī)、熱交換機(jī)及輔助設(shè)備，熱水箱布置在二層。空壓機(jī)熱回收系統(tǒng)及熱水加壓供水系統(tǒng)示意見下圖。

空壓機(jī)熱回收系統(tǒng)及熱水加壓供水系統(tǒng)示意圖

4 空壓站余熱回收系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

該項(xiàng)目已正式投產(chǎn)使用。根據(jù)建設(shè)方的反饋信息，空壓站余熱回收系統(tǒng)基本能保證該廠的洗浴用熱。其節(jié)能量和靜態(tài)投資回收期的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析如下。

4.1 節(jié)能量

廠區(qū)洗浴分三班，一、二班為大班，洗浴用熱1155kW，時(shí)間為2h；三班為小班，洗浴用熱為大班的50%，時(shí)間為1h。故每天洗浴用熱為18 711MJ/d，空壓站余熱回收系統(tǒng)可保證14 968.8MJ/d。按年工作日251d計(jì)算，標(biāo)煤熱量29 307kJ/kg，每年可節(jié)省熱量折標(biāo)煤量128.2t。

4.2 靜態(tài)投資回收期分析

分析只考慮熱回收設(shè)備和當(dāng)?shù)仉妰r(jià)，不涉及方案比較。

式中

A —單臺(tái)設(shè)備初投資，25×104元/臺(tái)；

n —為設(shè)備臺(tái)數(shù)，6臺(tái)；

Q —洗浴用熱，1155kW；

h —每天洗浴用時(shí)，相當(dāng)于4.5h/d；

η —電熱器效率，取90%；

C —黑龍江工業(yè)用電基本價(jià)，0.936元/kW·h；

D —年工作日，251d/a；

t —項(xiàng)目靜態(tài)投資回收期，a。

計(jì)算得，t=1.1年，故該空壓站余熱回收系統(tǒng)投產(chǎn)約兩年后可收回成本。

5 結(jié)語

根據(jù)工程實(shí)例的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析可知：空壓站余熱回收系統(tǒng)相對簡單，主要設(shè)備熱交換器相當(dāng)于油水換熱器，結(jié)構(gòu)簡單便于維護(hù)，系統(tǒng)整體節(jié)能效果顯著，短期內(nèi)即可收回投資，在中大型空壓站有較高的應(yīng)用價(jià)值。