淺析空壓機余熱的回收利用的實現

摘要：當前，空氣壓縮機的應用十分普遍，由于其在空氣壓縮過程中會有大量熱量產生，致使被壓縮空氣的溫度急劇升高。傳統使用中為了滿足運行要求，需配備冷凍水或循環冷卻水系統，同被壓縮空氣之間進行熱交換，以確保空壓氣運行過程的穩定性及可靠性，而所產生的熱量則被排入大氣中，導致大量熱能散失，并導致冷卻水及冷凍水耗電量大幅度升高。鑒于此，本文重點探討了如何實現空壓機余熱的有效回收利用，以達到節能降耗的目的。

關鍵詞：空壓機；余熱；回收利用

作為化工領域廣泛應用的一種動力源，壓縮空氣不僅安全、無害，而且便于輸送、調節性能良好，但是，為了獲取性能優良的壓縮空氣，必須消耗大量的能源。據統計，空氣壓縮所需消耗的能源占電力總消耗量的10-35%。隨著空氣壓縮系統效率的逐步提高，空壓機生產過程中所產生的壓縮熱也居高不下。為了提高生產力，通常需要將此部分能量利用水冷系統釋放到空氣中，浪費了大量的余熱。因此，有必要針對空壓機余熱回收利用進行研究，以更好地降低能耗，實現節能、環保的目的。

1．空壓機散熱及溫度控制原理分析

在闡述空壓機余熱回收利用的原理及方法前，需要先了解空壓機機組的散熱、溫度控制及調節原理。

在傳統噴油螺桿空壓機中，油氣分離器中的潤滑油存在著大量的熱量，潤滑油在經過油冷卻器后溫度得到有效降低，并經過油過濾器的過濾之后回到壓縮機頭開始進行循環使用，能量約為電機輸入功率的80-90%，經過水冷或風冷器及后冷卻器后，熱量被散發于大氣中，在空壓機連續運行過程中，排氣的溫度切忌過高或過低，若溫度過高會導致潤滑油加速老化，機組零件由于熱脹而摩擦加劇，導致機組壽命縮短，且高溫下油氣混和物容易引發火災。排氣溫度通常設定在110-115℃內，若超過該溫度，控制系統會自動停機。若排氣溫度過低，空氣中所含的水分受壓后，極有可能從機頭或油氣分離器中析出，導致潤滑油發生乳化，轉子及軸承生銹或腐蝕。因此，冬季時空壓機排氣溫度應趨于下限，夏季則趨于其上限。空壓機機組排氣溫度是通過溫控閥對噴入機頭的潤滑油溫度進行自動調節的，通常而言，噴油溫度需要控制在60-80℃內。

當啟動空壓機冷態后，油溫會降低，當低于60℃時，油冷卻器會完全被旁通；潤滑油在通過溫控閥、油過濾器后返回并噴入機頭，在油溫超過60℃時，溫控閥局部開啟，一部分潤滑油在油冷卻器的作用下冷卻降溫，同剩余潤滑油相互混合之后共同噴入機頭。若油溫達到溫控閥所設定溫度（通常為75℃）時，此時溫控閥將全部開啟，潤滑油受油冷卻器作用迅速散熱降溫，并經過油過濾器噴入機頭。

2．空壓機余熱回收利用的實現

最為簡便的余熱回收利用原理如下：在冬季，將空壓機風冷系統中釋放的熱量導入生產車間，用以取暖，此法在冬季可使余熱得到最大程度的回收利用，幾乎可以將所有余熱進行回收利用，但是，在其他季節，仍需要將余熱釋放至大氣中。

圖1顯示的是對空壓機余熱回收利用進行改造了的原理圖。由圖可知，系統保留了傳統冷卻系統，只是對油氣分離罐之后的油路及氣路進行了改造，連接至增設的余熱回收利用交換器中，將潤滑油的熱量傳送給交換器中的另一載體，使余熱進入保溫儲水罐中，用以對生產及生活用水進行加熱，將廢熱轉變為寶，有效減少了傳統加熱水所需電能消耗，經增設相應的水溫及油溫控制系統后，實現了對油溫的有效調節，確保了空壓機運行過程的穩定性，實現了空壓機余熱的有效回收利用。

圖1 現有空壓機余熱回收利用改造原理圖

在對空壓機機組進行重新設計時，可直接采用余熱回收利用換熱器作為機組冷卻系統，如圖2所示，此設計不僅可以降低系統成本，而且便于控制，余熱回收效率也相對較高。余熱回收器通過吸收空壓機機組的廢熱，將熱量成功傳導至保溫儲水罐中，儲水罐中的水溫被加熱到所設定溫度時，供水泵將自動開啟，并向固定場所進行熱水供應；當儲水罐水位降至設定值時，循環水泵將自動開啟，并向儲水罐中進行補水。

圖2 新設計空壓機余熱回收利用原理圖

3．空壓機余熱回收利用及節能效果分析

空壓機余熱回收利用主要是將空壓機排放的熱量作為熱源，經余熱回收交換器，實現能量轉移，將其轉移至需要熱量的介質內，從而有效減少了加熱所需的燃料成本。由于空壓機余熱溫度范圍處在80-100℃之間，因此，回收熱量多用于以下場合：1）加熱空間，如冬季車間、辦公室或居民取暖；2）洗澡用水的加熱；3）預熱鍋爐水，節約鍋爐燃料；4）車間工藝流程所需供熱，例如，造紙廠可將空壓機余熱用以加熱紙漿，以便有效提高造紙的質量及效率；5）用于干燥壓縮空氣。

空壓機余熱回收利用不僅有效減少了大氣中熱污染的排放，還為企業省下了一筆可觀的成本。以一臺功率為200kW的空氣壓縮機為例，設一年運行時間為8000h，電費為0.9元//kW?h，經計算可知，每年所節約的電能與電費分別為1024000 kW?h、102.4萬度電，折合為人民幣約91.26萬。相當于每年節約0號柴油85.2t，天然氣97780m3，標準煤125.7t。空壓機24h所回收利用的余熱，每天可供60℃的熱水量達66.1t，每日可供1322人洗澡。

對空壓機余熱進行回收利用，除了具有良好的節能效益以外，還具有如下特點：1）空壓機運行溫度受到外界環境溫度的影響降低，可在恒定溫度下進行有效運行；2）改善了空壓機的運行溫度，空壓機的輸氣量得到了有效提高，運行效率及成本也大幅降低；3）油分效率得到了有效提高，極大地降低了油耗，有效延長了潤滑油的傳統更換周期，降低了日常維護成本；4）潤滑油及空壓機機組的壽命得到了大幅延長。

4.參考文獻

[1] 韓彥寧.空氣壓縮機余熱回收及節能分析[J].壓縮機雜志,2012(07):193-196.

[2] US Department of Energy, Heat Recovery with Compressed Air Systems-Compressed AirSystems Fact Sheet #10, Compressed Air Challenge , 2010.

5.作者簡介

瞿智鋒（1984—），漢助理工程師，研究方向：機械設備