生物制藥企業空壓站余熱回收的可行性

曹嚴亮 唐正剛 李守軍 蘇德華

摘? 要：文章從蘭州生物制品研究所有限責任公司L501車間空壓站螺桿空壓機的運行現狀、空調系統的運行特點出發，結合當前的余熱回收技術等方面提出了將空壓站余熱回收后用于空調新風系統預熱這一設想，并對此設想進行了可行性論證和經濟性分析，同時倡導并追求綠色能源高效回收和循環利用的理念。

關鍵詞：空壓站;余熱回收;能耗

中圖分類號：TQ460.5? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）06-0085-02

引言

能源問題已經是世界性的主要議題，為了減緩能源緊缺這一社會性困境，每個生產制造型企業都有義務也有責任減少能源的浪費。就目前的情況來看，我們無法停止能源的繼續使用，也無法挽回已經變暖的氣候。但是有一點可以肯定，在保持可持續發展的前提下，用能企業可以突破固有的、傳統的用能方式，有效利用先進的科學技術，將制冷或加熱設備后剩余的“高位能源”回收后繼續使用，再次發揮此部分“剩余能源”的價值，提高能源的利用率來減少能源的無效消耗或至少可以維持目前的狀況。尤其對生物制藥企業來說，有效開展節能減排是降低企業運營成本，增收節支工作的迫切需求，也是響應國家政策和履行企業社會責任之舉。

1 車間空壓站運行現狀

蘭州公司L501車間現有兩臺互相切換使用的空壓機24小時不停歇工作，共用1臺軸流風機用于排出設備的壓縮熱及壓縮空氣的冷卻熱，該部分熱量即使在設備自身冷卻風機及機房軸流風機的雙重驅使下仍無法通過風道有效排至室外，熱空氣在導風罩內積聚，逸散至機房局部環境之內，回流后被空壓機再次吸入，此過程長年累月地進行著惡性重復，不僅造成能源的大量浪費和環境的熱污染，還增加了排熱成本，更使得空壓機的運行狀態每況愈下（機體表面最高溫度經實際測量已超過60℃），甚至頻發一系列報警（惡劣氣候一級吸氣溫度超過45℃，排氣溫度超過200℃，二級排氣溫度最高超過220℃）而自動停機，進而造成空壓站的運行中斷，影響車間的計劃生產及公司的正常運營。

2 余熱回收初步設想及原理

2.1 初步設想

為了追求綠色能源高效回收和循環利用，經過多次現場勘查測試、采集數據及理論分析，本文提出對L501車間空壓站排風系統的余熱回收，即在冬季以換熱器和乙二醇溶液作為換熱媒介將空壓機排風側的熱量通過換熱器傳遞給乙二醇溶液，提高乙二醇溶液的溫度，然后通過循環泵將被加熱的乙二醇溶液輸送到空調系統新風側的換熱器中，提高新風溫度，減少系統的負荷和整個空調系統的運行成本，實現能源回收利用。此設想既是節能減排工作的具體落實，也是降低設備運行風險、延長設備使用壽命有效舉措。

2.2 余熱回收原理

冬季工況下，空壓站較高溫度的排風（大于35℃）經過熱盤管后，將盤管內部的乙二醇溶液由27℃，加熱至30℃，此時被加熱的“高溫”的乙二醇溶液經水泵輸送到預熱盤管處，預熱盤管與新風進行換熱后，將此部分熱量釋放至新風，以此完成對新風的預熱，圖示（圖1）的工況35℃的室內排風可以將-5℃的新風預熱至15℃，接近20℃的溫差的熱量，由熱回收系統節省。此過程中，水泵推動乙二醇工質流動，傳感器檢測各處的乙二醇的溫度，流量等，但在室外新風溫度比較高的時候，此時溫度傳感器將檢測到的溫度進行反饋，由自控系統控制三通閥的開度，減少進入新風預熱盤管的乙二醇溶液的流量，由此將預熱后新風溫度控制在比較高的精度，滿足送風溫度的要求。

3 可行性分析

（1）據大量文獻及學術研究成果記載顯示，無油螺桿空壓機制得的壓縮空氣潔凈無油，但是，真正被用來增加空氣勢能消耗的電能僅占總消耗電能的10%-20%，大約有80%-90%的電能轉換為熱量，其中75%是可以利用的，相當于軸功率的60%，此部分熱量最終以余熱形式被排放到大氣中，不僅造成了能源的極大浪費而且產生了大氣的廢熱污染。

（2）對于壓縮空氣而言，在輸出壓力不變的情況下，吸入口溫度每升高4℃，能耗將增加1%左右（因為冷空氣的吸入可帶來更有效的壓縮）。

（3）結合本車間運行的周期性，空壓站及空調系統24小時全時開機持續運行，機組的能耗非常巨大，乙二醇熱回收系統如果以70%以上的熱回收效率，可以節省巨大的能耗，為企業帶來直接可觀的經濟效益。

（4）熱回收系統通過盤管對乙二醇進行循環，送風排風沒有任何接觸，不存在任何交叉污染。

（5）熱回收系統可以將兩臺空壓機散布的排風集中起來進行熱回收，水路系統具有很大的靈活性，管路的施工可根據現場情況靈活布置，簡潔高效且對距離不敏感。

（6）本地區冬季室外新風平均溫度低于0℃，空壓站排風溫度平均在35℃左右，利用排風溫度與新風溫差較大這一特點，實現換熱的高效性。

（7）乙二醇溶液冰點較低，可利用這一物理屬性，將冷側乙二醇溶液盤管安裝于新風表冷器的前端，對新風預熱后降低了表冷器凍傷的風險。

4 回收經濟效益分析

通過專業的熱力計算或節能選型軟件對每一種溫度工況的計算，可以得到在每種工況溫度下，新風可以被預熱多少度及單位風量可以節省的熱量。本應由相應的熱水機組或蒸汽或電能所提供的熱量，此時被乙二醇熱回收系統回收，從而達到工況要求。根據不同的需求，可以精確計算出為了提供這些熱量需要付出的“代價”（即熱水機組的電費，蒸汽的費用等），從而直接算出節省的經濟效益。

以公司L501車間空壓站熱回收為例，Q=C·M·Δt= C·M·（t2-t1），其中：

Q指乙二醇回收的熱量，單位為焦耳（J）;

C指乙二醇的比熱容，25%濃度的乙二醇查得資料后為3.8×103J/kg·℃;

M為質量流量，擬取體積流量為15m3/h，乙二醇密度查資料后為ρ=1.03×103kg/m3，則每小時的質量流量為15m3/h×1.03×103kg/m3=15450kg/h。

？駐t為乙二醇溶液經新風后的前后溫差，即t2指乙二醇通過新風前的溫度，t1指乙二醇通過新風后的溫度，結合本地區預熱季（每年10月至次年3月）的平均氣象條件及換熱器的平均溫差，擬??？駐t值3.0℃。

按照上述計算公式得出：每小時回收的熱量Q=3.8×103J/kg·℃×15450kg/h×3.0℃=176130J/h，1kW·h=3.6×106J，1J=1W·s，1h=3600s，折算成千瓦為單位，為48.925kW。

若電能轉化效率按照90%計算，則每小時回收的熱量相當于耗電48.925/0.9=54.36kWh。

若熱回收僅按預熱季（每年11月至次年4月）計算：共6個月（180天），平均電費以0.55元/度計算，則可省電費：54.36×0.55×24×180=12.92萬元/年。

5 結束語

對國有企業來說，隨著重點耗能設備余熱回收技術的推廣和應用，不僅有利于企業節約運營成本，提升市場競爭力，獲得良好的經濟效益和環境效益，同時又符合國家關于轉變發展方式、節能減排的發展思路，更是國有企業重視能源精細化管控和履行企業節能減排這一社會責任的重要體現。當然生物制藥企業余熱利用技術不僅限于此，隨著科技的發展必將會有更加有效的回收利用技術出現，因此我們有理由相信，未來更加多元和先進的余熱利用技術必然對生產制造型企業的運營和效益模式帶來深刻的變革。

參考文獻：

[1]張艷君，王曉慧.淺談空氣壓縮機的選擇及節能措施[J].甘肅科技，2008（8）.

[2]陳海燕.空壓機的節能改造[Z].中國外資，2010，18：57.

[3]葉校圳，張曉東，陳誠忠.空壓機系統的節能技術改造[J].中國設備工程，2010（08）.