空壓站余熱回收系統設計

張曉楠

（中國城市建設研究院有限公司，北京 100120）

引言

能源的高效利用關系到國家的可持續發展以及環境的綜合治理和企業的成本控制。隨著科技的發展，很多以前無法解決的能源控制問題，現在得以解決，很多以前不受重視的節能措施，現在備受青睞。空壓機的余熱回收利用就是其中一例。本文對空壓站余熱回收利用的優缺點進行了簡單分析，并以某工程的空壓站余熱回收系統為例，簡述了此系統的設計流程。

1 空壓站余熱回收系統簡介

空壓機的能源消耗在工廠總能源消耗中占很大的比例。以鑄造廠為例，空壓機的耗電量約占整個廠區耗電量的20%～30%[3]。因而壓縮空氣系統的節能對整個廠區的節能意義重大。

以螺桿空壓機為例，其運行時的有效功率占其總電功率的15%～25%[4]，有效功率之外的損耗主要以熱的形式散發到外界。當前的空壓機余熱利用，主要是依靠熱能轉換裝置，將空壓機的余熱轉化為熱水，供應區域內各單位的采暖、生活熱水或進行其他用途。

2 空壓機余熱利用的優缺點

2.1 空壓機余熱利用的優點

1）節約能源，運行成本低。空壓機余熱利用屬于對廢棄能源的重新利用，其消耗能源僅為循環泵所需電能，運行成本較低。2）有利于對空壓機本身降溫，提高空壓機使用壽命。3）熱量制備不受環境影響。

2.2 空壓機余熱利用的缺點

1）余熱回收品位低。空壓機余熱回收系統產生的熱水溫度大都在40℃～70℃[3]。2）回收熱量與空壓機的運行工況有關，且最低負荷很難預測，故收回熱量不穩定。3）需要增加初期投資，包括余熱回收裝置及相關管路。4）余熱回收裝置中的換熱器部分要求設備質量高，否則換熱器故障（泄漏）會對空壓機本體產生損害。

3 空壓站余熱回收設計實例

某公司30萬t鑄件產業化基地項目一期工程的空壓站，建設地點位于黑龍江省齊齊哈爾市；空壓站為廠區單獨建筑物。項目工藝用壓縮空氣的平均用氣量為：153.8m3/min，設備入口工作壓力為0.6MPa，三班運行。

3.1 空壓站負荷計算

式中：

3.2 洗浴用熱負荷計算

式中：

根據以上計算結果，共選用6臺空壓機，其中SRC-330DSW型水冷噴油螺桿空氣壓縮機，共5臺，4用1備，單臺空氣壓縮機額定排氣量40m3/min，額定排氣壓力0.8MPa，電功率250kW/臺；SRC-380DSWVB型變頻水冷噴油螺桿空氣壓縮機1臺，連續調節運行，單臺空氣壓縮機最大排氣量45m3/min，額定排氣壓力0.8MPa，電功率280kW/臺[1]。HRS-COMP-300A型熱交換器（空壓機熱能回收系統）6臺（5用1備），每臺熱交換機的出熱量為對應空壓機功率的60%，故空壓機熱能回收系統的總出熱量為768kW，根據以上計算的水專業洗浴最大熱負荷1155kW，空壓站滿負荷運行1.5倍洗浴時間即可滿足需求，其他時段的熱量由屋頂的冷卻塔排出。當空壓機低負荷運行時，由水專業的電熱水器作為輔助熱源滿足洗浴用熱水的需求。

3.3 熱水箱選型計算

式中：

計算得：V=1.2G=46.4t。

根據以上計算結果，選用2臺熱水箱，每臺30m3，一用一備。空壓站一層布置空壓機、熱交換機及輔助設備，熱水箱布置在二層。空壓機熱回收系統及熱水加壓供水系統示意見下圖。

空壓機熱回收系統及熱水加壓供水系統示意圖

4 空壓站余熱回收系統技術經濟分析

該項目已正式投產使用。根據建設方的反饋信息，空壓站余熱回收系統基本能保證該廠的洗浴用熱。其節能量和靜態投資回收期的技術經濟分析如下。

4.1 節能量

廠區洗浴分三班，一、二班為大班，洗浴用熱1155kW，時間為2h；三班為小班，洗浴用熱為大班的50%，時間為1h。故每天洗浴用熱為18 711MJ/d，空壓站余熱回收系統可保證14 968.8MJ/d。按年工作日251d計算，標煤熱量29 307kJ/kg，每年可節省熱量折標煤量128.2t。

4.2 靜態投資回收期分析

分析只考慮熱回收設備和當地電價，不涉及方案比較。

式中

A —單臺設備初投資，25×104元/臺；

n —為設備臺數，6臺；

Q —洗浴用熱，1155kW；

h —每天洗浴用時，相當于4.5h/d；

η —電熱器效率，取90%；

C —黑龍江工業用電基本價，0.936元/kW·h；

D —年工作日，251d/a；

t —項目靜態投資回收期，a。

計算得，t=1.1年，故該空壓站余熱回收系統投產約兩年后可收回成本。

5 結語

根據工程實例的技術經濟分析可知：空壓站余熱回收系統相對簡單，主要設備熱交換器相當于油水換熱器，結構簡單便于維護，系統整體節能效果顯著，短期內即可收回投資，在中大型空壓站有較高的應用價值。