空壓機余熱回收在洗浴系統上的應用

文/吳曉榮，上汽大通汽車有限公司

空壓機是能耗比較大的動力設備之一，一般空壓機的輸入功率除了部分變成了壓縮空氣的勢能以外，其它也有一部分的能量以廢熱的形式被排放到空氣中浪費掉。同時，為降低空壓機的油溫，還需要消耗電能開動冷卻風機來降低油溫，以保證空壓機的正常運行。充分利用這些浪費的熱能有利于節能減排，降低工廠的運營成本，同時可改善空壓機的運行狀態，提高產氣量，節約空壓機的耗電費用。在大多數生產型企業中，壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的10%～35%。因此，利用這一浪費的能源，已成為越來越多企業的共識。

1 空壓機余熱回收原理及實施方案

1.1 余熱回收原理

熱回收系統包含兩個組成部分。一是空壓機內部油路改造，二是外部加裝余熱回收機組。空氣通過進氣過濾器將大氣中的雜質和灰塵濾除后，由進氣控制閥被吸入螺桿空壓機，在壓縮過程中與循環油混合形成高壓高溫油氣混合氣體，進入油氣分離器。油氣混合氣體經壓縮腔排入油氣分離罐，之后被分離得到高壓油氣和空氣，再送入各自的冷卻系統，其中高溫高壓的潤滑油經冷卻器冷卻后，凝結成液態，再經前冷卻器散熱及過濾器過濾，回到壓縮機，完成一個循環過程。高溫高壓的油氣所攜帶的熱量大致相當于空氣壓縮機功率的3/4，其中溫度通常在80～100℃。

1.2 油溫控制

空壓機開機運行后，內部潤滑油溫度會逐漸上升，當上升到熱水機設定值時，熱水機自動開啟水泵，使循環水箱和熱水機內的水進行循環換熱。當熱水消耗量小于產生量時，熱水機停止工作，空壓機油溫升高。當升至空壓機自身設定溫度，一般為85℃（此溫度為空壓機出廠設定溫度，節能改造不需在空壓機上加裝任何溫控裝置），空壓機本身的冷卻系統自動啟動，防止油溫過高，可保證空壓機的正常工作。空壓機停止工作后，內部潤滑油溫度下降，低于熱水機溫度設定值時，自動停止水泵工作，循環換熱停止。

2 洗浴用水供應系統原理及設計思路

2.1 設計余熱回收的基本方案

處于運行狀態的空壓機將會引發熱能的產生，因此有必要著眼于適當加以改造，依照當前的減排與節能宗旨來優化其中的某些設計參數。具體在實踐中，全面改造空壓機裝置必須建立于可行方案的前提下，同時也要全面關注于回收其中的部分余熱。全面改造現有的空壓機裝置，其根本宗旨在于優化空壓機內部的進水裝置、回收余熱裝置、出水裝置以及加熱水體的裝置。在自動化的模式下，空壓機系統不必借助其他的外界能源，而是可以自動實現加熱。

2.2 洗浴用水供應系統設計思路

通過空壓機余熱回收系統將空壓機余熱進行回收，一級換熱后，被循環加熱的軟水在一級換熱器的二次側循環流動，并與二級水-水換熱系統進行熱交換，換熱后產生的42℃（該數據可根據實際運行調整）熱水輸入新建的不銹鋼保溫水箱，通過增壓泵泵至職工浴室屋頂現有水箱（若保溫效果差，需進行保溫改造），后通過自壓進入供水管網。浴室使用后的廢水經粗過濾后匯入新建的一座一次廢水收集池內，通過增壓泵進入換熱器，一次換熱后進入新建的另一座二次廢水收集池，然后給入熱泵機組提熱，若機組出水溫度未達到排放要求則繼續通過管路返回機組，直至達到排放溫度后排放。自來水首先經過換熱器一次換熱，升溫后經熱泵機組加熱至42℃，儲存于新建的不銹鋼成品保溫水箱內，通過管道泵給至職工浴室屋頂現有的保溫水箱，再通過自壓至淋浴管網，從而完成一個熱泵工作循環，成品保溫水箱與熱泵機組間設置循環保溫管，使水箱水溫維持在設計溫度。

2.3 回收余熱的裝置

回收余熱的裝置設有收集熱水以及流通熱水的管路，其中關鍵在于布置圓形管路。在此前提下，對于其中的收集裝置最好配備相應的熱導材料。具體在全面設計回收余熱的裝置時，應當能夠妥善分離液體與氣體，依照現有的空氣阻力來實現全方位的余熱回收。此外在涉及到傳遞余熱時，應當運用必要的密封措施來避免泄露，增強裝置具備的隔離功能。因此可見，優化設計回收余熱裝置有助于消除潛在性的污染威脅，同時也顯著增強了設備本身能夠達到的減排效能。

3 空壓機熱回收器節能經濟效益分析

某公司用電1822萬元，涂裝用電占全公司40%，月729萬元，涂裝空調用電展涂裝用電主要部分，月437萬元。為了節能降耗，決定對新建的聯合站房制冷系統進行水蓄冷改造，以便節省涂裝制冷系統的運行費用。于是我們參考相關行業的成功案例，對客戶聯合房水蓄冷改造：建造蓄冷罐，晚上低谷時段儲存冷量，白天電價高峰時段代替冷水機組部分冷量供給，以此達到削峰填谷，節省電費的效果。冷水機組3臺，1650冷噸2臺，868冷噸1臺；冷凍水泵4臺，流量800m3/h，揚程37m，電機功率110kw；冷卻水泵4臺，流量1250m3/h，揚程25m，電機功率110kw；冷卻塔12個，流量350m3/h，電機功率15kw。蓄冷罐占地133 m2，高26m，有效容積3300m3,最大蓄冷量為10000冷噸時。施工過程中，全程現場旁站監控，保證質量。罐體由18根10米樁增加至33根18米樁。再改造前電費30萬/月，改造后13萬/月。該項目改造費用共298萬，每年的維護費用5萬，每年節約電費88萬，分析其投資回報期為：298萬÷（88萬-5萬）=3.6年。項目改造完成后，自第四年開始收回投資成本，此后每年至少節約83萬元，實現增效。

4 結束語

空壓機系統存在的大量電能轉化為熱量，從而造成能源浪費現象，通過對空壓機余熱回收系統將原有空壓機壓縮系統進行改造，不僅可以充分利用廢熱，而且降低了其他燃料的消耗，保護了環境，實現了節能的目標，帶來了良好的經濟效益和社會環境效益，在目前乃至未來都有著良好的市場前景。