空氣壓縮機余熱回收技術應用實踐

劉歡

（中國航空動力機械研究所，湖南 株洲 412000）

空氣壓縮機余熱回收技術應用實踐

劉歡

（中國航空動力機械研究所，湖南 株洲 412000）

壓縮機是工業生產中最為廣泛的動力源之一，它最大的一個優點就是可以源源不斷的吸收空氣作為原料。由于其具有無污染、安全可靠的特性，在現代工業生產中的應用越來越廣泛。本文擬從空氣壓縮機的基本原理入手，探討其在余熱回收中的技術應用，以期對空氣壓縮機在實際中的應用有所啟迪。

空氣壓縮機；余熱回收；技術應用

空氣壓縮機是氣源裝置中的主體部分，它可以將電動機的機械能轉化為氣體的壓力能，是壓縮空氣氣壓的重要裝置。在能源日益趨緊的今天，空氣壓縮機由于具有無污染、安全可靠以及運輸方便地優點，被廣泛地應用于生產的各個環節中，其中螺桿式空氣壓縮機的應用最為廣泛。在機械、電子、醫藥、紡織、食品、煤礦開采等各個領域都收到了很廣泛的應用。

1 空氣壓縮機余熱回收

空氣壓縮機的余熱通常情況下指的是螺桿空壓機在生產高溫空氣中產生的多余熱量。螺桿式空氣壓縮機在長時間的運轉過程中，由于空氣被高壓進行壓縮，使得空氣的溫度非常高。與此同時，由于空壓機螺桿高速度的旋轉而產生大量的摩擦，也會產生大量的熱量。這些產生的熱量相當于空氣壓縮機輸入功率的四分之一，溫度一般情況下有80～100℃。在工業生產中，需要的只是空氣的壓力，而由壓力產生的熱量通過空氣壓縮機的散熱系統很快的冷卻，從而保證空氣壓縮機正常工作的溫度。這些被冷卻的熱量如果不能有效的利用的話，會造成很大的能源浪費。此外，在冷卻的過程中也需要損耗電能，這就更加劇了能源的消耗。

空氣壓縮機余熱回收系統依據其散熱方式的不同，可以分為兩大類，一類是風冷型的空氣壓縮機余熱回收系統，另一種是水冷型的空氣壓縮機余熱回收系統。

2 空氣壓縮機余熱回收技術的主要應用

由于空氣壓縮機的具有很強的優點，因此，在各個行業中，其應用都非常的廣泛。

空氣壓縮機在空調系統中的應用。現有6臺無油螺桿式空氣壓縮機以及5臺空氣干燥機，總的熱負荷是1 600KW，使用水冷卻的方式，將冷卻水進出口的溫度控制在40℃和46℃。采用閉循環的方式對冷卻水進行降溫。現在將空壓機的余熱用作空調系統，使用其在冬天進行采暖以及預熱生活用水。

余熱回收的控制主要是調節冷卻水的流量，使得空氣壓縮機的余熱首先滿足于生活熱水系統的熱負荷。在夏天，供暖的系統支路被關上，系統的控制轉向生活用水熱水的系統控制上。根據某一個時刻生活熱水負荷，對流入生活熱水系統的冷卻水流量進行調節。如果在冬季，空氣壓縮機的余熱首先要滿足于生活用水，然后剩余的熱量再用于供暖。假如熱量不夠，空調系統依靠自身配置的輔助熱源來提供熱量。

換熱器的設計在余熱回收系統中，一共需要兩臺換熱器。一臺用于空壓機冷卻水和生活熱水的交換，另一臺則用于冷卻水和冷卻塔之間的回水換熱。兩臺換熱器一般都使用板式換熱器。如下面的兩個圖所示，左面的是（1）右面的是（2）。

3 空氣壓縮機余熱回收系統的經濟性評價

生活熱水系統。假設預熱由鍋爐單獨完成，其費用由鍋爐購買費用以及使用年線之內煤炭消耗的費用組成。

使用空氣壓縮機之后，使用板式換熱器（2）將空氣壓縮機的冷卻水用來加熱生活熱水。消耗的費用是板式換熱器（2）的費用，大約是4萬元。如下表所示：

通過計算可以得出，使用空壓機余熱回收系統之后，與普通鍋爐加熱相比，其費用每年平均可以節省56.05萬元，具有很大的經濟效益。

方案名稱鍋爐加熱空壓機余熱系統加熱節省費用年均節省費用設備花費鍋爐25萬元年均運行費用煤炭耗費55萬元年限內總費用1125萬元板式換熱器（2）4萬4萬1121萬元56.05萬元

空氣壓縮機余熱回收系統在工業生產中的應用。現在以空氣壓縮機回收系統在某氯堿化公司中的應用為例，對空氣壓縮機余熱回收系統進行說明。該廠共有10臺空氣壓縮機，3臺是螺桿微油空氣壓縮機，3臺是有油潤滑活塞式空氣壓縮機，還有三臺是無油潤滑活塞式壓縮機，最后一臺已經報廢。

噴油螺桿空氣壓縮機余熱回收系統總共有兩部分組成：一是空氣壓縮機內部油路的改造，二是外部水冷換熱器。

3.1 空壓機內部輸油管路的改進

空壓機內部輸油管道的改進。原來的空壓機是空冷式的，為了使得壓縮腔內部的溫度保持在一定的狀態上，當潤滑油的溫度達到一定的標準時，輸油管道就會通過風冷散熱器給潤滑油降溫。如果要對高溫潤滑油的余熱進行回收的話，首先應該把高溫潤滑油管道接到水冷熱回收換熱器上面。

對輸油管路油溫控制系統的改進。改造之后，空氣壓縮機的輸油管路的油溫控制系統可以非常多的回收高溫潤滑油散發的余熱，同時也可以確保空氣壓縮機正常噴油時的溫度，從而保證空壓機健康運行。

3.2 外部水冷換熱器

可以使用拆板式水冷換熱器，這樣可以減少回收余熱系統占據大量的面積，同時又可以提升熱量回收的效率。在本案例中，對該廠的空氣壓縮機進行了改造，改造之后的空壓機系統性能比原來要好得多。改造之前，該螺桿空壓機的功率是250KW，經過改造之后，該系統在原有的油管上面增加了熱回收板式換熱器，這樣做，可以在回收熱量的同時，保證空壓機正常的運行。改造之后的現場如下圖所示：

設備的經濟性分析。噴油螺桿空壓機在運行時，板式熱喚起理論熱回收量功率是226.5 KW，若該空壓機運行24小時，則可以回收的熱量是：

Q=226.5×24×3600=19569.6MJ

如果換熱器的進出水溫度上升30攝氏度，可以加熱的水的量是155.8 t。這些熱水除了用作職工生活熱水之外，還可以為電化廠的鍋爐補給熱水，這相當于給鍋爐的補水進行了預熱，大大減少了對油氣的消耗。在實際中，其中的三臺空壓機要進行維修，同時一部分時間段內的空壓機是非滿載運行的，使得高溫潤滑油的旁通不經過換熱器，因此，將上面空壓機的均熱回收功率按理論功率的60%進行計算，即135.9 KW，每天按24小時計算，則可以收回熱量11 741.76MJ。

節能量計算

設柴油的燃燒率為0.9，通過上面的節能量計算表，可以得出，在對空壓機進行改造之后，每天可以節省柴油：

111 741.76÷46.04÷0.9=283.37 Kg

那么每天可以節省的柴油費用是283.37×5.8=1 643.6（元）

每年可以節約鍋爐用的柴油費用是1 643.6×365=60（萬元）

綜上所述，每年節能可以折合成燃油費共計60萬人民幣。

在大大節省費用的基礎上，噴油螺桿空壓機熱回收改造時候還有以下幾點優勢：一是螺桿空壓機熱回收加熱生活熱水與鍋爐相比，無污染，并且沒有噪音，一旦投入使用，可以為企業職工隨時供應熱水。二是改造之后，可以確保噴油溫度在正常的范圍內，不僅較少了機器出故障的幾率，同時延長了機器使用的壽命，大大降低了維修成本。

綜上所述，隨著能源日益趨緊，在探索開發新能源的同時，也要對余熱進行充分回收和利用。在熱量回收中，空氣壓縮機余熱回收系統在各個行業得到了廣泛的應用，大大增強了余熱的利用率。本文先對空氣壓縮機余熱回收系統進行了簡單的分析，而后通過具體的實例分析了空氣壓縮機余熱回收技術的具體應用：空氣壓縮機余熱回收系統在空調中的使用以及空氣壓縮機余熱回收系統在某電化廠中的應用，從而得出使用了空氣壓縮機余熱回收技術可以大大降低運行的成本。期待本文的研究能夠對空壓機余熱回收系統的推廣應用有所幫助。

[1]吳世鳳.空氣壓縮機系統余熱回收在空調系統中的應用[J].價值工程，2012（24）.

[2]謝健.一種空壓機余熱回收系統研究與實現[D].北方工業大學，2012.

[3]桑廣文.螺桿空壓機余熱回收利用技術的應用[J].產業與科技論壇，2011（14）.

TH45

A

1671-0037（2014）10-87-2

劉歡（1983-），男，本科，主管設計師，研究方向：航空機械設計。