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空压机 余热回收利用原理及效益探讨

[点击量: ][来源:博莱特]

2016-08-25

  空压机余热回收利用原理及效益探讨

  随着机 械工业的迅速发展而引发的源能危机和环境污染,已成为 世界各国急待解决的严重问题。我国对 环保工作越来越重视,节能减 排被作为政府的重要工作来抓。

  作为生 产企业不可缺少的设备,工矿企 业耗电量较大的往往是空压机,并且经 常占到全厂用电量的50%。经测算,空压机 年耗电量约为全国工业用电量的9.6%。空压机 在重点应用领域的耗能更是惊人,其中煤化工、石化、化肥、电力、冶金等行业中,空压机的耗电约占6%以上,氮氢空 压机的耗电占合成氨装置电耗的70%;乙烯“三机”(裂解气空压机、乙烯空 压机和丙烯空压机)的耗电 占乙烯装置电耗的30%以上,一套10万空分 装置中配套的泵、风机、空压机的用电近8万千瓦。

  我们知道,空压机 在运行时要产生大量的热量,风冷机 组要把热量排入大气中;水冷机 组要通过冷却塔把热量排入大气中。根据美国能源署统计:空压机在运行时,真正用 于增加空气势能所消耗的电能,在总耗 电量中只占很小的一部分15%,大约85%的电能转化为热量,通过风 冷或者水冷的方式排放到空气中。

  空压机 的热量如果不排放,将影响 空压机的正常工作,影响压缩空气的质量。当然,这些热 量如果直接排放掉,不仅浪 费了大量的热能(可惜)又加剧大气“温室效应”,造成热污染。其实对 于这些被浪费的热量,采用空 压机热能回收技术,这些看似多余的热量,其中有 很大部分是可以被回收利用的!

  如何利用好这些余热,是企业 节能减排的重要工作,可为企 业创造良好的效益同时,也能为 保护环境尽一份力。

  经济效益分析

  空压机 通过风冷却器或水冷却器向大自然排放大量的废热,如果我 们用电热水器和柴油锅炉加热这些热量所需的电费和油费来计算,就可以 清楚地知道这些废热的价值。

  下面我们用一台100HP(75kW)的空压机,一天工作8小时,一年工作300天来计算。

  100HP空压机,功率75kW,油流量75L/min,油温度80℃,冷却后温度为58℃

  产生的热量:75×(80-58)×0.45×0.85×60=37868kcal/hr

  1、用电热 水器加热空压机一年所产生的这些热量所需金额,按0.8元每度电计算,电热水器的效率为80% 则需要用:

  1度电=1千瓦小时=860.42千卡

  37868千卡÷(860.421千卡/度×0.8)×0.8 元/度=44元/小时

  按一天工作8小时,一年工作300天计算:44×8×300=105600元

  2、柴油的热值为每公斤1×104千卡,柴油锅 炉与热交换器的总效率以0.75计算,则柴油 通过锅炉的燃烧取得的有效热值约为每公斤柴油7,500kcal。要产生37868千卡热量需要5公斤柴油。

  按一天工作8小时,一年工作300天,每公斤柴油5.5元计算

  5公斤/小时×8小时/天×300天/年×5.5元/公斤=66000元/年

  锅炉的 维护和管理还需要一个专职人员,按一年20000元算,一年的总费用为66000元/年+20000元/年=86000元/年。可见每 年从空压机浪费的能源折算成电费或油费非常严重,如果能 够把这些热量利用起来,将创造不小的效益(见表1、2)。


 

  空压机 余热回收系统节能原理

  螺杆空 压机的工作原理是由一对相互平行啮合的阴阳转子(或称螺杆)在气缸内转动,使转子 齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化,空气则 沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧,从而实 现空压机的吸气、压缩和排气的全过程。螺杆空 气空压机在长期连续的运行过程中,把电能转换为机械能,机械能转换为风能,在机械 能转换为风能过程中,空气得 到强烈的高压压缩,使之温度骤升,这是普 通物理学机械能量转换现象,机械螺杆的高速旋转,同时也摩擦发热,这些产 生的高热由空压机润滑油的加入混合成油、气蒸汽排出机体,这部分高温油、气的热 量相当于空压机输入功率的25~30%,它的温度通常在80℃(冬季)~100℃(夏秋季)。由于机 器运行温度的要求,这些热 能通过空压机的散热系统作为废热排往大气中。

  螺杆空 压机节能系统就是利用热能转换原理,把空压 机散发的热量回收转换到水里,水吸收了热量后,水温就会升高。使空压 机组的运行温度降低,不仅提 高了空压机运行效率,延长空 压机润滑油使用寿命,回收的 热水还可用于员工热水洗澡、办公室 及生产车间采暖、锅炉补充水、金属涂装清洁处理、无尘室 恒温恒湿车间及其它需要使用热水的地方,从而降 低了企业为福利生活用热水、工业用 热水而长期支付的经营成本,工作原理如图1。

螺杆空
压机节能系统工作原理图

  热回收 系统包含两个组成部分:空压机内部油路改造;外部加装热交换器。空压机 在运转时产生的热能通过回收系统回收,然后通 过循环泵把热水循环至保温水箱,待需要 热水时直接通过热水泵从水箱取热水。热回收 系统是安装在空压机外部的系统,通过油 管以及连接件与空压机进行相连,再通过 对空压机的改造,可以满足:

  ● 空压机 正常的工作油温;

  ● 不破坏 空压机的正常工作;

  ● 整洁的外表,安全可靠的系统,保证系统稳定运行;

  ● 余热利用,节能环保,减少温室气体排放,良好的 经济和社会效益。

  空压机余热回收方式

  空压机 余热回收不仅节省了能量,而且还 可以延长空压机的使用寿命,减少了维修的几率。但是空 压机余热回收不是只有一种换热方式,要选择 合适的换热方式才会得到事半功倍的效果。空压机 最常用的余热回收方式就是循环式和直热式。

  1、热风直接回收利用

  风冷空 压机的冷却系统由空压机内置油冷却器、气冷却器、排风扇换热器等组成。冷却用 空气通过强制对流的方式对油和气进行冷却,从而保 证空压机的正常运行。由于机组的散热,冷却排 风温度通常比进风温度高10 ℃~15 ℃。空压站房设计时,空压机 冷却热风通常经风管接至室外,将该热 风经风管直接送至需加热的场所是常用的余热直接回收利用方式。

  1.1 热风用 于车间的冬季辅助加热。

  当空压 站贴临厂房建设时,空压机 的冷却热风可直接排放到车间内,用于车 间的冬季辅助加热。该余热 利用方式存在如下特点:建设或改造简单,投资很小;余热的 利用存在季节性。该种余 热利用方式特别适用于中部地区,如江浙一带,冬季车间不采暖,但气温又比较低。这种余 热利用方式在使用过程中应该注意噪声对车间的影响。

  1.2 热风用 于特殊房间的工艺加热

  在工业 领域存在着需常年加热的场所,如后处 理车间的油漆房、烘干房等,且其使 用时间和空压站的启停同步,此时可 将冷却热风引至需加热房间。此时余 热利用效率较高,不存在季节性。需注意的是,此时排 热风管一般较长,需另设 引风机进行引风,且应在 厂房建设时同步实施。

  2、热量间接回收利用

  热量的 间接回收是指对空压机内部的冷却系统进行改造,并通过 换热的方式将余热进行回收。与热风直接回收相比,间接回 收应用范围更广,利用效果更好,不仅可 以用于风冷型空压机,也可以 用于水冷式空压机。

  经过滤 除尘和除杂质后的空气进入空压机,在压缩 过程中与喷入的冷却润滑油混合,压缩后 的混合气体从压缩腔排出,经油气 分离器分离为高温高压的油和气。为保证机器正常工作,高温高 压的油和气必须分别进入各自的冷却系统进行冷却,其中压 缩空气经冷却器、过滤器 后进入使用系统;高温高 压的润滑油经冷却器冷却后返回油路重新使用。高温高 压的润滑油温度在80℃~100℃之间,承载了 余热的大部分热量,将油路系统进行改造,并通过 换热设备将热量加以回收利用即为空压机余热的间接回收利用。根据工程经验,润滑油 路系统可回收的热量约占余热的60%左右。新增的 化热设备及其附属设施在工程被称为热能回收机组,现在各 空压机厂家基本都能提供该类产品。

  该类余 热利用系统在工厂中有着广泛的应用,尤其是 在耗气量较大的纺织、化纤等行业,空压机 的余热可完全满足整个厂区的工人淋浴用热。

  工程应用中,应用该 系统需增加热能回水机组,并对原 有的淋浴用热系统进行适当改造。因此,热量间 接回收利用系统有着如下特点:增加设 备投资及改造费用;对设备 占用场地有所要求;余热利用可常年使用;余热回收利用效率高,经济效益显著。

  需注意的是,余热系 统的配置需对空压机内部管道进行改造,因此余 热回收机组一般应由空压机的供应商进行成套配置,或由其 对既有机组进行改造,否则容 易造成空压机保修方面的纠纷。

  总结

  如今,节能被 提到一个相当重要的高度,有人甚至把节能称为“第二能源”。企业实施节能改进,不仅可 以缓解政府能源供应和建设压力,减少废 气污染保护环境,更重要 的是可以让企业降低能耗,减少企 业自身运营成本,而空压机余热回收正是广 大工矿企业进行节能减排、降低运 营成本的有力途径。

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