佛山神威热交换器有限公司
摘要：本文阐述了空压机的余热回收概念，针对目前工厂空压机大量余热散失浪费的现状，提出热能回收的改造方案。
关键词：空压机；余热回收；利用；节能
引言
压机余热回收是指一款新型高效的余热利用设备，它是100%靠吸收空压机废热来把冷水加热的，没有能源消耗。作为一种新型高效的余热利用设备，主要用于解决员工的生活、工业用热水等问题，因为企业本身就现在用螺杆式空压机，只是增加了螺杆空压机的功用，为企业节省能源的消耗，从而节省大量的成本。
空压机在国内的使用范围很广泛，其产生的热能的浪费现象也很严重，如何将空压机的余热进行回收，以便于能够合理、科学的利用这些余热成为近几年研究的热点。但是，空压机的余热利用情况确实比较乐观，因此，我们有必要进行深入的研究和分析，尽可能的提高其余热的利用效率。
一、空压机余热
国家能源局统计，压缩空气是工业领域中应用最广泛的动力源之一，其具有安全无公害调节性能好、输送方便等诸多优点。但要得到品质优良的压缩空气需要消耗大量能源在大多数生产型企业中，压缩空气的能源消耗占全部电力消耗的10%-35%。
空压机运行时会产生大量的压缩热，压缩热消耗的能量占机组运行功率的85%，通常这部分能量通过机组的风冷或水冷系统交换到大气当中。根据相应类型压缩机的结构和原理适当地进行改造，将其热量回收，结合工厂实际情况将这些热源进行利用，那么就可以变废为宝，将原本排入环境的热量收集利用，减少其他用途加热的燃料消耗量。
空压机的产气量会随着机组运行温度的升高而降低。在实际使用中，空压机不会稳定在标定温度上进行产气工作、温度每上升1℃，产气量下降0.5%，温度升高10℃，产气量就下降5%。一般风冷散热的空压机都在80- 100℃运行，产气量降幅为1%-8%，夏天更甚。安装空压机余热回收系统的空压机组，可以使空压机油温降低，提高产气量8%~10%，大大提高空压机的运行效率。
二、空压机余热利用的技术依据
现有技术中，空压机的工作流程如下：空气通过进气过滤器将大气中的灰尘或杂质滤除后，由进气控制阀进入压缩机主机，在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合，经压缩后的混合气体从压缩腔排入油气分离罐，从而分别得到高温高压的油、气。由于机器工作温度的要求，这些高温高压的油、气必须送入各自的冷却系统，其中压缩空气经冷却器冷却后，最后送入使用系统;而高温高压的润滑油经冷却器冷却后，返回油路进入下一轮循环;根据计算，在上述过程中，高温高压的油、气所携带的热量大约相当于空气压缩机功耗的85% 的转化热量，余热温度通常在80℃―100℃之间。空气压缩机通过其自身的散热系统来给高温高压的油、气降温的过程中，大量的热能就被无端的浪费了;空压机运行产生的余热，如果不交换掉，可引起电机高温及排气高温，不但影响空压机的使用寿命，更影响压缩空气的质量;如直接由冷却系统将热量排放，不但浪费了能源，更会造成热污染。如何回收利用这些余热，成为本领域技术人员所急待解决的一个技术问题。
进行热回收系统与空压机拥有良好的兼容性，对空压机的使用寿命和压缩空气的质量都有积极作用。为了充分利用空压机所产生的余热，利用空压机及系统设计，采用余热回收装置，利用该装置对空气压缩机所产生的高温高压的压缩机油进行冷却，不仅可以提高空气压缩机的产气效率，而且可获得生产和生活所需的热水，严冬都可以达到≥50℃，最高温度≥70℃，从而有效的降低工业企业单位制造成本和提高能源的利用率。
2.1 空压机余热利用技术
余热回收系统（HRS）技术原理如图1所示：
2.2 空压机启动状态
当空压机冷态启动时，冷却油的温度较低，此时油冷器旁通阀热交换器旁通阀关闭，冷却油不经过热交换器和冷却器而直接进入空压机。
2.3 HRS 机组工作状态
空压机运行一段时间后，温度开始升高，当冷却温度升高到热交换器旁通阀的设定值时，此阀自动打开，需要冷却的热油进入热交换器将热量传递给冷却水，然后进入下一流程 如果经过热交换后冷却油的温度仍然低于油冷却器旁通阀的设定值.则不进入油冷却器而直接进入压缩机: 如果经过热交换后冷却的温度高于恒温油冷却器旁通阀的设定值，则先进入冷却器冷却，然后再进入压缩机循环。
2.4 热水机组暂停工作状态
当能量回收装置的热水暂不需要而停止供应时热交换器内不发生热量交换，此时冷却油仍然保持高温状态(通常大于油冷却器旁通阀的设定值)，于是冷却器油经油冷却器旁通阀进入油冷却器冷却后再进入空压机，以保证空压机的正常工作。
2.5 HRS 与空压机的连接油路中增加温控阀
HRS出油管连接另外一个温控阀的进油口，温控阀高温出口连接空压机冷却器的进口，温控阀低温出口连接冷却器出口，如图2所示。空压机热油经过HRS换热后，进入温控阀.如果换热后的油温超过温控阀设定温度，则进入空压机冷却器再次冷却后流入空压机机头: 如果换热后的油温低于温控阀设定温度，则直接进入空压机机头。这样就保证了空压机油不用再经过两次换热降温，既提高了HRS 的取热效率，又保证了空压机的正常运行。
图1 余热回收系统技术原理
三、空压机余热回收优势
余热回收与其它供热方式的比较如表1所示。余热回收的具体优势:
1)一次投资长期回报，投入的成本可以在一年内回收，却带来了以后长达10年的回报。
2)低运行成本.完全利用空压机的余热，即环保又节能。
3)每天源源不断地产生热水供员工冲凉、饭堂，以及工业用水。
4)改善空压机运行状况，降低油温，延长空压机及其零件寿命。
5)余热回收系统运作时空压机的冷却系统可以停掉，无需定期更换冷却器，并且大量节省冷却风扇的耗电:
6)增加余热回收系统，可使产气量增大5% 左右，一台10m3的空压机每小时可以增产0.5m3，相当于增加一台5.5kW 的小型空压机。
图2
表1
四、实例
以某玻璃生产企业为案例。
4.1需求
(1) 余热回收产生的热水用于清洗设备的水加热系统中，减少原加热器的加热时间，实现节能。
(2) 产生的热水热量与中央空调的热水管路进行二次热交换，减少中央空调的加热系统的加热时间，实现节能。
(3) 降低空压机出口温度，使冷干机进口温度不高于45℃，使之能正常工作。
(4) 空压机耗能降低。
4.2现状
一共有5台空压机，其中一台为新购。目前空压站有两台200kW的空压机，出口温度较高(70-90℃)，超过冷干机的进气温度45℃，导致冷干机的进口温度过高，启动自动化保护，造成停机工作，使之后端设备无法正常有效工作，如吸干机的吸附能力降低吸附剂过早失效等。
全厂有玻璃预处理清洗设备14台，其中钢化有9条，主要用水方式是回水与自来水混合:夹层有5条线，用水方式是去离子水与自来水混合。
钢化厂的加热器有33台，功率为11kW，夹层厂的加热器有22台，功率为11kW。水需要加热到50~60℃，而现在钢化厂的预处理清洗设备的加热系统的进水温度为34-36℃，要达到最佳的清洗效果水温还要再提升16℃左右。
4.3解诀方案
热回收解决方案如图3所示。
图3 热回收解决方案
根据现场调查情况，空压机的排气量为68m3，现场其中一台的位置有限，需要这台的HRS系统放得稍远一点，与另外一台的HRS系统并排放在一起。
目前厂区的回水使用状况: 回收水泵功率为22kW.流量160m3/min.扬程32m。回收水ph 值为6~9；钢化厂的清洁设备需要热水的温度为50-60℃，水量为5-10t/h;补水方式采用人工调节；加热器总功率为363kW ;夹层厂的清洗设备全部用去离子水，现阶段不用HRS进行补水。
HRS热水在中央空调的进水进入加热器之前与之进行二次热交换，以减少中央空调的加热器加热时间:
2 台200kW 空压机各配置一台余热回收设备IRS用于产热水，进水温度34-36℃ (计算用35℃).用于生产与空调制热用水，供应热水温度≥60℃热水使用情况:50-60℃，5~10t/h.
据实际测试数据统计分析，空压机能耗有75% 通过高温高压的润滑油经冷却器散走，按空压机运行加载率100%，回收率95% 计算，加热同样的水需要耗电285kWh，电费按照0.7元/度计算，每天节省费用1788元，一年按照330天计算，节约1580010元。另外，空压机效率提高5%-8%，节约了能耗。
结束语
合理使用空压机产生的余热将为我们的生活提供更多的清洁的能源，同时，也能够让我们周围的环境变得更加的环保节能。随着空压机在国内越来越普及，更多的余热使用技术需要我们去开发，更好的节能技术需要我们去探求，未来的研究和分析之路还需要我们不断努力。
参考文献
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[5]张浩，闵圣恺空气压缩机的热回收改造实践,上海节能.2009
论文作者:郑鸿基
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/17
标签：空压机论文; 余热论文; 冷却器论文; 温度论文; 热交换器论文; 系统论文; 热水论文; 《基层建设》2018年第17期论文;