溫 超，楊世冬，潘 川

（山東黃金集團蓬萊礦業(yè)有限公司，山東 煙臺 265400）

空氣壓縮機將機械能轉換為氣壓能，廣泛應用于礦山、冶金等行業(yè)，主要用于風動工具和氣力輸送等環(huán)節(jié)，螺桿式空壓機具有使用壽命長、工作穩(wěn)定等優(yōu)點，但螺桿空壓機在大功率能耗方面的實際運行利用率較低，因此，加快螺桿式空壓機的循環(huán)利用，是提高企業(yè)空壓機使用效率，節(jié)省能耗和降低成本的關鍵。本文通過兩種空壓機的比對，分析螺桿式空壓機的應用情況，為后續(xù)提供參考。

1 工程概況

蓬萊公司現(xiàn)有強家溝分礦、齊家溝分礦、候格莊分礦共三個生產(chǎn)礦區(qū)，各礦區(qū)采暖點包括辦公室、宿舍區(qū)、食堂、浴室、井口操作室等，冬季采暖現(xiàn)狀為空調+油汀電暖器設施。由于蓬萊公司3 個生產(chǎn)礦區(qū)地處分散，無法實現(xiàn)集中供暖，為了選用環(huán)保高效的供暖熱源對礦區(qū)建筑供暖，達到國家要求的環(huán)保、高效供暖效果，公司采用螺桿式空壓機余熱回收應用供暖方案。

2 螺桿式空壓機余熱回收應用供暖方案

2.1 基本情況介紹

普通螺桿式空壓機分為吸氣、壓縮、輸送、排氣四個環(huán)節(jié)，由進出控制閥控制空壓機的吸氣量，但空壓機處于均速狀態(tài)下容易出現(xiàn)低效率運行，造成大量資源浪費，加快設備磨損。壓縮機的工作原理是將電能轉換為熱量，剩余熱量轉換為壓縮空氣能，能耗變成熱量壓縮后的油氣混合物分散至冷卻器中分散到空氣中，造成一定的熱能浪費。螺桿式空壓機的交流異步電動機的轉速和電源頻率成正比，可改變空壓機的排氣量，實現(xiàn)變頻調速，螺桿式壓縮機利用運行過程中的高熱熱能，傳遞壓縮機的余熱，降低壓縮機溫度，從而實現(xiàn)節(jié)能。

2.2 散熱器選擇

由于板翅式換熱器適用的壓力范圍比較窄，目前只適用于4.0MPa 以下的場合。下面列表比較其他三種換熱器：

表1 三種換熱器對比介紹

通過以上比對，螺桿式管式換熱器在實現(xiàn)充分換熱的同時還改變液體狀態(tài)，從而提高綜合換熱效率。

2.3 供暖熱量核算

（1）強家溝分礦：現(xiàn)有3 臺250KW 螺桿空壓機組和1臺110KW 螺桿空壓機組，正常生產(chǎn)時，只運行250KW 螺桿空壓機組2 臺，每天具體運行時間為7：00 到17:00，19：00～5:00，共計20 小時。按照1 臺250KW 空壓機熱量進行回收（空壓機加載率為70%～80%，每天工作20 小時）,熱能回收機熱量吸收率為80%（對油氣熱量同時回收）?？偣部梢赞D化成冬季供暖的功率為：140+24=164 千瓦×860 Kcal/h=141040Kcal。

經(jīng)過保溫處理并考慮熱量損失10%計算，可供暖氣片供暖的總功率為：147.6 千瓦。按照生活供暖加熱到23 攝氏度為例計算，每平方米面積所需供暖的功率為150W，總體供暖的面積約576 ㎡，需要熱量為86KW,由此核算滿足供暖要求。

供暖系統(tǒng)正常運行供水溫度55℃，回水溫度45℃，溫差10℃，每小時產(chǎn)熱水量為14.1 噸。

（2）齊家溝分礦：齊家溝分礦現(xiàn)有的螺桿空壓機運行時間20 小時，由兩臺機器正常運行，兩臺機器的熱能回收吸收率為80%，可提供暖氣片功率為129.88KW，每平方米的供熱功率為150W，總體供暖的面積約681 ㎡，需要熱量為102KW,由此核算滿足供暖要求，每小時產(chǎn)熱水量：12.4 噸。

（3）候格莊分礦：現(xiàn)有1 臺250KW 螺桿空壓機組和2臺110KW 螺桿空壓機組，正常生產(chǎn)時只運行1 臺250KW 螺桿空壓機組或1 臺110KW 螺桿空壓機組，候格莊分礦現(xiàn)有1臺設備正常運行，運行20 小時產(chǎn)生的熱能吸收率為80%，可供暖氣片供暖64.95W，每平方米供暖功率為150W，總體供暖的面積約381 ㎡，供暖系統(tǒng)正常運行供水溫度55℃，回水溫度45℃，溫差10℃，每小時產(chǎn)熱水量6.4 噸。

2.4 系統(tǒng)設計

（1）空壓機余熱回收系統(tǒng)。現(xiàn)根據(jù)用水量及空壓機的運行情況，將強家溝分礦2 臺250KW 螺桿空壓機組、齊家溝分礦2 臺110KW 螺桿空壓機組、候格莊分礦1 臺250KW和1 臺110KW 螺桿式空壓機在機房安裝油氣熱能雙交換機組進行余熱回收生產(chǎn)熱水。

（2）供暖系統(tǒng)。根據(jù)分礦實際情況，需增設一個10m3的循環(huán)水箱增加保溫并安裝兩套補水系統(tǒng)、回水系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)，自動補水系統(tǒng)：10m3循環(huán)保溫水箱安裝2 臺TD80-13 熱水循環(huán)泵連接循環(huán)管道DN100 鍍鋅鋼管外包聚氨酯+玻璃絲布+瀝青漆保溫層連接到熱能轉換機進行循環(huán)加熱，供暖系統(tǒng)設備詳見表2。

表2 供暖系統(tǒng)設備清單

3 投資概算

本方案設計3 個分礦采暖工程新增總投資估算為85.71萬元，其中：供熱主設備費用36.9 萬元，輔助設備費用2.6＊3=7.8 萬元，材料費用9.67＊3=29.01 萬元，土建施工費用0.5＊3=1.5 萬元，安裝施工費用3.5＊3=10.5 萬元。

4 運行費用

按照平均電價：0.75 元/度，每年運行120 天，每天24小時平穩(wěn)運行，計算用戶的室內溫度都按照標準要求溫度18°C 考慮，每年采暖期供暖運行能源消耗費用計算如下：

45kW/h＊3臺＊24h＊0.7＊120d＊0.75元/度=20.41萬元/a。

5 實際效果

直熱螺旋套管式余熱系統(tǒng)回收熱量效率高，空氣、潤滑油的溫度回收效率可達80%，且空壓機運行油溫降低了將近十幾個攝氏度，延長了潤滑油的使用壽命，熱水溫度可達65℃以上，供暖系統(tǒng)一次試車成功并投入運行，室內溫度可保持在23℃左右。

6 效益分析

（1）若采用空氣源熱泵供暖運行費用為20.41 元，若是空壓機余熱回收應用+智能電加熱器方案正常生產(chǎn)時余熱回收供暖運行電費為0 成本，因此采用空壓機余熱回收供暖節(jié)約運行電費為20.41 萬元/年。

（2）安裝空壓機轉換后，達到降低運行溫度保障空壓機最佳運行狀態(tài)，空壓機的產(chǎn)氣效率可以增加2%左右，也就是可以節(jié)省空壓機2%的耗電量，3個分礦共計3臺共250KW、3臺110kw空壓機節(jié)省費用：（250×3+110×3）KW×2%×20h/天×140天/年×0.7元/kwh=42336元/年。

（3）安裝空壓機熱能轉換機后，耗材的使用周期可延長35%左右，改造前空壓機機油、油過濾器、油氣分離器等的更換及清洗維保費用為156000 萬元，改造后減少維保費用為156000＊0.35=54600 元/年。

（4）空壓機熱能轉換機不僅制造0成本熱水供暖，在空壓機熱能轉換機運行時空壓機排風扇停止運行，降低運行費用。6臺空壓機排風扇（5.5＊6=33KW)每天開機24小時一年節(jié)能：33KW/臺×20h/天×0.7元/KWh×140天=64665元/年。

7 取得效益亮點

（1）安全衛(wèi)生方便。螺旋式管式換熱器在螺杄空壓機余熱回收供暖改造工程中與不燃煤蒸汽鍋爐比較，無一氧化碳、二氧化硫、黑煙和噪音、油污等對大氣環(huán)境的污染。

（2）提高空壓機的運行效率。普通螺桿式空壓機變頻節(jié)能改造后，按照實際需要的排氣壓力運轉，有效調節(jié)電機輸送功率，達到節(jié)能的目的，改造后的實際效果比改造前電能節(jié)省提高了20%，螺桿式管式換熱器在余熱回收改造后，將空壓機運行溫度控制在85℃內，螺桿空壓機運行產(chǎn)生的氣體量會隨著機組運行溫度逐漸上升，提高空壓機的運行效率。

（3）降低了維修保養(yǎng)成本延長了設備的使用壽命。螺桿空氣壓縮機的運行主要是對機油、電能、油氣分離器等器材的消耗，通過熱能改造后，將溫度控制在80-85℃之間，延長機油的使用效率，延長設備的使用壽命，空壓機通過空氣濾器吸入灰塵和雜質，通過合運動改變主機的容量，完成空氣壓縮，尤其混合物通過排氣閥進入油氣分離器，并各自輸送到冷卻器中，所產(chǎn)生的熱量通過油氣冷卻揮發(fā)到周圍空氣中，達到余熱回收的目的。

8 結束語

螺桿式空壓機技術是節(jié)約能源、提高設備運行效率的關鍵技術，余熱回收玲改造空壓機自身空間，變廢為寶，減少污物的排放，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。