空壓機余熱利用及節能效益分析

朱佳偉

（上海安悅節能技術有限公司，上海 200083）

空壓機余熱利用及節能效益分析

朱佳偉

（上海安悅節能技術有限公司，上海 200083）

空壓機余熱回收是指一項新型高效的余熱利用回收技術，依靠吸收空壓機運行時產生的廢熱使水加熱，再將加熱的水用于員工的生活、工業用所需，沒有太大的能源消耗。作為一種新型高效的余熱利用技術，可以為企業節省能源的消耗，從而節省大量的成本。

余熱回收；零風險節能；合同管理模式

CLC NO.: YK1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

引言

太陽能熱水器是部分有節能意識的工廠首選的制取熱水方式，可太陽能熱水器受天氣的局限性太大，在陽光條件達不到的情況下，電力加熱冷水帶來的能耗相當巨大。該廠使用太陽能熱水器以及電輔助加熱形式，電加熱不僅使用成本高，不環保節能，還存在大量的安全隱患。

1、項目背景

公司有兩個15噸水箱為員工提供洗浴用水，每年制取洗浴熱水的耗電量為48.96萬k·Wh。上海安悅節能技術有限公司在實地考察中發現，距離公司水箱約180米處便是空壓機房，空壓站房內共有五臺200kW的阿特拉斯水冷螺桿式空壓機并且有三臺空壓機24小時不間斷運行?？諝鈮嚎s機在其長期、連續的運行過程中，空壓機在工作時產生大量熱能，最后以風冷或水冷的形式將廢熱奢侈的浪費到環境中。 空氣壓縮機產生熱能，不僅營運成本高，而且環境污染極為嚴重，如將該部分熱能回收利用于企業生活采暖、工業用水、熱水空調等。據統計，空壓機在運行時只能將15%的電能轉化為空氣勢能為生產所有，其余85%的電能都轉化為熱能，其中3%-5%的電能通過電機機殼及空壓機機殼散失掉，另外80%-82%的電能通過空壓機冷卻系統散失。若將空壓機在運行時所散發的廢熱能有效利用起來，對耀皮玻璃公司減少用電投入將具有明顯效果。空壓機余熱利用，最大限度的節能源，節省制熱水的不必要的費用。投入成本低，綜合回收率高，安全可靠，經濟效益好。

2、空壓機原理

根據耀皮玻璃公司的情況，安悅節能決定對兩臺空壓機進行改造，利用空壓機余熱回收配合原有太陽能系統制取洗浴熱水。經空壓機余熱回收裝置將冷水加熱至設定溫度60℃并送至保溫水箱。

螺桿式空壓機的工作原理是由一對相互平行嚙合的陰陽轉子(或稱螺桿)在氣缸內轉動，使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化，空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側，從而實現空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。螺桿空氣壓縮機在長期連續的運行過程中，把電能轉換為機械能，機械能轉換為風能，在機械能轉換為風能過程中，空氣得到強烈的高壓壓縮，使之溫度驟升，這是普通物理學機械能量轉換現象，機械螺桿的高速旋轉，同時也摩擦發熱，這些產生的高熱由空壓機潤滑油的加入混合成油、氣蒸汽排出機體，溫度通常在80℃（冬季）—100℃（夏秋季）。由于機器運行溫度的要求，這些熱能通過空壓機的散熱系統作為廢熱排往大氣中。

螺桿空壓機節能系統就是利用熱能轉換原理，把空壓機的高溫潤滑油與冷水換熱，將熱量回收轉換到水里，水吸收了熱量后，將空壓機的高溫潤滑油冷卻。

在對空壓機進行余熱回收改造后，明顯改善空壓機運行工況，使空壓機溫度降低8～10℃，有效延長潤滑壽命。螺桿式空壓機的產氣量會隨著機組運行溫度的升高而降低。在實際運行中，空壓機的機械效率不會穩定在80℃標定的產氣量上工作。溫度每升高1℃，產氣量就會下降0.5%，溫度升高10℃，產氣量就會下降5%。一般空壓機都在88-96℃運行，其降幅都在4%-8%，夏天更甚。對空壓機進行余熱回收改造后，可以使空壓機油溫控制在80-86℃之間，可提高產氣量8%-10%，大大提高了空壓機的運行效率。

空壓機余熱回收系統與空壓機冷卻系統是兩套完全獨立的系統。使用者無須擔心空壓機余熱回收系統影響空壓機的運行。兩套系統的切換自動控制，在空壓系統可自動切換至余熱回收系統。

空壓機余熱回收系統為全自動控制系統，無需人為操作，控制系統會根據溫度、水位的情況做出判斷，自行決定換熱方式。該廠每天洗浴人數約為300人共分兩個班次，每天的洗浴用水需求約為30噸（60℃）。根據實際用熱需求，對其中的2臺空壓機進行余熱回收改造，將空壓機運行時所散發的廢熱回收用于加熱洗浴熱水。對兩臺200kW的空壓機進行余熱回收改造，每小時可以回收熱量約為18萬大卡，春夏秋季每小時可制取60℃熱水3.6噸，冬季每小時可制60攝氏度熱水約為3噸。故在太陽能系統無法工作時，空壓機余熱回收系統單獨運行8-10小時即可滿足整個工廠浴室洗浴要求。根據實際考察，空壓機余熱回收系統及太陽能系統共同工作時，每天工作約6個小時即可滿足整個工廠洗浴要求。

3、空壓機余熱利用設計方案

3.1 工程概述

本項目對空壓機站房2臺200kW壓機進行余熱回收改造，加熱職工洗浴熱水。最終達到利用余熱不浪費，合理節約經濟。按照循環水溫度最終達到60℃考慮，熱水管道設計溫度為80℃。

3.2 工程綜合方案制定

我們設計方案的系統原理如下：

（1）當2臺空壓機中有任何一臺運行及水箱水溫、水位都未達到設定值時，循環水泵開啟。

（2）前置水箱補水由浮球控制，當后置水箱開始往浴室送水時，通過連通管由前置水箱往后置水箱送熱水。

（3）前置水箱通過浮球補冷水（洗浴時間內不補水）。

（4）當兩個水箱水溫都達到設定值（60℃可調）、液位達到設定液位時，一、二次側循環水泵關閉，連通管循環泵關閉。

（5）檢測兩個水箱供回水溫度，當供水溫度低于設定值時，電加熱開啟。（原系統已設定此控制策略）。

（6）當檢測到水箱水溫低于設定值時，同時開啟空壓機能量回收裝置循環水泵及太陽能系統循環水泵。

流程圖，如圖所示：

根據該廠的空壓機使用情況，我們根據空壓機所在位置以及對余熱回收后產生的保溫水箱所處的位置進行了制圖規劃。如下圖：

根據該公司的空壓機放置位置以及保溫水箱距離用源的位置一系列因素等等考慮后，我們畫出了空壓機余熱回收改造的圖，如下圖。

4、使用效果

2012年12月空壓機余熱回收系統正式投入運行，根據實際電表測量，全年的用電量為3.26萬千瓦時，較2012年全年用電量48.96萬千瓦時，共節約用電45.7萬千瓦時，折合標準煤為137噸，節能率高達93.3%。在空壓機余熱回收系統投入運行之后，業主將原電加熱系統拆除。在節約用電的同時，增加了用水的安全性。

5、電加熱與空壓機余熱回收的對比

5.1 電加熱成本

用電加熱一噸洗澡水（40攝氏度左右），利用公式Q=C*M*T，1噸水溫升高一度，需要能量Q＝4200×1000× 1＝4,200,000焦耳，損耗設為：15%，則需要能量，Q1＝4200000/0.85=4,940,000焦耳，1度電＝3600000焦耳，1噸水每升高1度，需要耗電1.37度，電費平時0.93元/度，即1噸水每升高1度花費1.27元，假設原來水溫15℃，則需要25×1.27＝31.75元。

而每天利用余熱可以燒開24頓的水，則一年的費用為31.75×24×365=278130元，而且這僅僅是理論上的數值。

從成本的角度來做對比，余熱回收利用的經濟效益遠遠大于電加熱水的經濟效益，并且余熱回收利用更加環保。

5.2 電加熱安全性能

一般都裝有各種的溫度控制器或熱保護器。這種配件可以使被加熱的水在測試點溫度達到設定值后暫時斷開電路，停止加熱。但當被測點水溫降到一定值后，該器件又會自動閉合，若此時沒有關掉電源，電加熱器又將重新工作。許多電加熱器生產廠家把帶有這種溫控器的產品在空氣中長期通電演示，以證明自己的產品能“防干燒”。其實，這種所謂的防干燒宣傳，如果不是廠家故意誤導，就是產品制造者存在這一概念上的誤區。事實上，這種演示的本身非但沒有說明其產品能“防干燒”，相反卻證明了在沒有水的情況下這種產品在不停地一次又一次干燒。甚至電加熱器的元件老化等等很容易出現線路故障引發安全隱患的問題，同樣的，突然斷電也會是元件損傷然后引發安全隱患。并且電加熱器要經常維護維修，來維持其安全性能。而空壓機余熱利用技術就不存在這樣的問題，更安全經濟。

6、經濟效益

值得一提的是，項目采用了節能效益分享型合同能源管理模式。耀皮玻璃公司無需投入任何資金，前期工程全部由安悅節能公司投資建設，耀皮玻璃公司只需在項目完成后，每季度根據照節約費用按照比例支付給安悅節能一定金額，就能零風險享受節能效果。并且，在一段時間后，設備的所有權也會完全轉交給耀皮玻璃公司。

本項目于2014年申請通過上海市合同能源財政獎勵。

2013 年實際分享節能量：

1季度 2季度 3季度 4季度 合計分享量 186771 99091 19336.8 151636.2 456835

上海安悅節能技術有限公司2013年實際分享節能量為456835kWh，折合137 tce。

下表是經濟收益表。

從圖上可以清楚的看出僅僅一年就節省了90萬元的經濟，比預期的收益還要高出許多。

7、結論

空壓機在工作時產生大量的余熱，以往都被散熱器和散熱風扇排往空氣中沒有利用此熱能，反而造成運營成本高和環境污染，現空壓機熱能轉換機將余熱回收利用于加熱，成為企業：工業用水、恒溫用水、鍋爐預熱水、員工沖涼用水、熱水空調等從而解決了企業為使用熱水的長期經濟負擔。

相比較電加熱的諸多不安全因素,空壓機預熱回收利用則不會因為斷電、元件老化以及其它各種人為的因素而造成安全事故。能更加安全合理高效的使企業空壓機多余的熱回收利用，從安全性能方面更顯得突出和具有優勢。

并且它有簡單、可靠、安全、維護少的特性?？諌簷C安裝余熱回收熱水系統后，空壓機控制系統不變，工作性能不變，操作維修方式不變。余熱回收系統如有任何故障，甚至余熱回收系統停水、停用時，原空壓機系統都可以照常運行。

全年的用電量為3.26萬千瓦時，較2012年全年用電量48.96萬千瓦時，共節約用電45.7萬千瓦時，折合標準煤為137噸，節能率高達93.3%，使得運行費用減少，緩解了電網的壓力，同時取的良好的社會效應和經濟效應。

從上述的空壓機余熱回收和電加熱的對比得出，從節能環保，具體的實行后的經濟效益，安全性能等方面證明了空壓機余熱回收技術的合理和先進性，是一個良好的選擇。

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Air compressor waste heat utilization and energy efficiency analysis

Zhu Jiawei
（Shanghai Anyoee Energy Saving Technology Co., Ltd., Shanghai 200083）

Air compressor waste heat recovery means a new and efficient use of waste heat recovery technology, relying on waste heat absorbing air compressor running water heating, then heated water for the staff of life, with the required industry, there is not much energy consumption. As a new and efficient waste heat recovery technology that can save energy consumption for the enterprise, thus saving a lot of cost.

Waste Heat Recovery; Zero risk saving; Contract management

TK1

A

1671-7988(2015)03--

朱佳偉，就職于上海安悅節能技術有限公司。