螺杆式空压机热能回收分析及应用实例

2014-11-27刘惠明

压缩机技术 2014年4期

刘惠明

（柳州富达机械有限公司，广西柳州 545006）

1 引言

在世界能源日趋紧张的今天，节能和能量回收问题已被提到重要的议事日程，生产设施正在不断寻找潜在的能量节约，压缩机的能量回收就是一项效益显著的节能措施之一。

螺杆式空压机是广泛应用于各行各业的通用机械，据不完全统计，其工作耗电量占全国用电量的15%以上，而大多数的螺杆式空压机用户每天的耗电量占到其用电量的30%以上，甚至50%。由于空压机工作时输入的电能大部分转换为压缩热，这些热能散发到大气中或被冷却水带走，既造成了浪费又污染了环境，对于竞争激烈的市场经济来说，它的浪费无疑让每个用户心痛而无奈。通过回收空压机的压缩热，用于其它生产工艺或生活系统，可以变废为宝，节省了能源消耗，达到一次性投资，今后持续获得节能和增效的目的。

2 螺杆式空压机热能回收分析

2.1 热能产生原理

螺杆式空压机长期连续工作过程中，把电能转换为机械能，机械能转换为热能，在机械能转换为热能过程中，空气得到强烈的高压压缩，使之温度骤升，这是普通物理学机械能量转换现象，机械螺杆的高速旋转，同时也摩擦发热，这些产生的高热由空压机润滑油的加入混合成油/气蒸气排出机体，这部分高温油/气流的热量相当于空压机输入功率的3/4，它的温度通常在90℃（冬季）－100℃（夏秋季），这些热能都由于机器运行温度的要求，都被无端地废弃排往大气中，即空压机的散热系统来完成机器运行的温度要求。螺杆空气压缩机的热能回收装置并非简单和传统的冷热交换形式，采用同程截流式反串使冷热交换效果增到1.8～2.0倍。产出的热水可提供生产车间工艺用水或者员工生活用水，从而大大减轻了企业为产生热水长期支付沉重的经济负担。

2.2 使用螺杆式空压机热能回收技术优势

（1）零运行成本：不烧煤、油、天然气，不耗电，没有运行成本符合环保要求；

（2）低成本投入：无需投入其它热水设备，从开始使用，省钱马上变成现实；

（3）不受天气影响：只要空压机运行，即可供应热水；

（4）效益显著，出水温度最高可达到75℃；

（5）延长空压机使用寿命、减少机器故障和降低维护成本；

（6）热能回收系统对空压机的运行维护保养无任何影响。

2.3 螺杆式空压机热能回收技术应用

（1）生活热水，可用于员工热水洗澡。

（2）利用废热气与室外冷空气混合，实现办公室、生产车间采暖。锅炉补水预热，可大大降低锅炉使用过程中的燃料成本。

（3）锅炉补水预热，可大大降低锅炉使用过程中的燃料成本。

（4）可用作其它液体介质的加热。

（5）电子行业生产线或其它工业的工艺用热水。

2.4 喷油空压机的热量分布及回收率

从图1可以看出，主机工作产生的高热由油/气混合气排出机体后，除了热辐射损失2%无法利用外，将有98%的热量随压缩油气进入冷却系统，26%热量随压缩空气进入用户端，而72%热量被油冷却系统带走。压缩空气带走的热量部分少且不便于回收，而油冷却部分72%热量如果能回收起来，潜力巨大，一举多得，有着良好的经济、环境和社会效益。

图1

3 实例应用

某公司生产车间安装使用了2台柳州富达螺杆式空压机LU250W-8.5。该公司生产状况良好，2台压缩机长期处于满负荷工作状态见表1。

表1

3.1 空压机热能回收可行性分析

我公司已有成熟的热能回收技术，根据该公司在用的2台空压机使用率高，且有对热水的实际需求。为降低空压机的耗能和锅炉烧水的环境污染问题，针对该公司的实际情况进行计算，我公司给出切实可行的方案：对空压机正常运行所产生的热量进行热能回收再利用，即加装“空压机余热产生热水的节能换热装置”。通过该热能回收装置，满足公司日常对热水的需求，同时达到节能减排的目的，见表2。

3.2 加装空压机机热能回收装置流程图说明

从图2可以看出，空压机原有的冷却系统和加装的热能回收装置是2套完全独立的系统，2套系统可以通过球阀进行切换。当热能回收装置未启用时，空压机使用原有的冷却系统；通过球阀切换可使用热能回收装置，若热能回收装置发生故障，可单独对该装置进行检修而不影响压缩机的正常运行。

整套系统的工作原理：按正常程序启动压缩机。

润滑油不流经热能回收装置时：

润滑油→油气桶→球阀2（打开） →温控阀2→油冷却器或旁通→油过滤器→主机（注：球阀1和球阀3关闭）

润滑油流经热能回收装置时：

润滑油→油气桶→球阀1打开→温控阀1→油水换热器或旁通→球阀3（打开） →温控阀2→油冷却器或旁通→油过滤器→主机

空压机调试正常后，通过球阀切换至热能回收装置回路即可；若热能回收装置出现故障时，亦可通过球阀切换，进行检修和维护。

3.3 根据空压机热能回收方案，选择H R L-3热能回收交换器及管控系统装置进行改造。

HRL-3是一款外置于喷油螺杆式空压机的热能回收交换器，以水为媒介回收空压机压缩过程中产生的废热。利用废热来提升水温，满足用户的热水需求，以达到节能目的。

表2

图2 热能回收装置流程图

管控系统装置内含有温控阀：可控制空压机润滑油温度，油气桶内的热油流入温控阀，温控阀根据流入润滑油的温度控制流到油水换热器和旁通油量的比例从而控制润滑油出口温度不至于过低。因为控制润滑油温度是为了保证主机排气温度不至于过低，过低的排气温度会使空气中的水分在油气桶内析出，使油乳化从而缩短其寿命。油水换热器技术参数见表3。

表3

3.4 投资回报分析

从加装热能回收装置流程图可以看出，热能回收装置主要件包括：油水换热器和温控阀；附件包括：球阀、接口法兰、螺栓和接管等。该公司安装这套热能回收装置后，压缩机运行良好，热水正常供应、满足工人的需求。该套装置在运行0.93个月后，所有投资成本已收回，并今后每年可以在燃料煤节省近28万元，节能效果显著。

4 热能回收装置安装要点说明

空压机热能回收节能工程是一项意义重大的节能工程，支持节能环保事业是企业的义务及光荣使命，进行空压机热能回收项目，需要选择技术力量雄厚、安装经验丰富和售后服务到位的公司。承接公司的实力决定着工程的质量与运行保障。热能回收产品设计和安装如果不合理会使空压机润滑油压差过大而导致机头缺油而卡死的可能性发生，同样温控阀选择不合理可能导致油气桶内析出冷凝水，恶化润滑油的品质，缩短其使用寿命，得不偿失。所以市场上虽有很多的热能回收供应商，但COPY占了很大部分。所以尽量选择大的有实力的供应商或空压机厂家进行配套。实施热能回收工程后，承接商必须对该工程进行售后服务及维修跟踪，以确保空压机和热能回收装置的正常运行。基于以上分析，客户在进行空压机热能回收项目时，需慎重选择承接公司。