空压机余热回收的若干应用

2022-06-25陈剑昌胡淑华

上海节能 2022年6期

关键词：压缩空气排风空压机

0 背景

压缩空气是一种重要的动力源，在工业领域中被广泛应用，通常用于建筑、纺织、机械制造、石油化工、矿山开采等场所。在众多生产型企业中，能源消耗中的10%～35%为压缩空气能耗。在机加工行业中，这个比例更是占到30%～50%。

相关研究对一套空压机系统的能耗进行了追踪调查，结果表明，其运行五年的费用构成中，用于系统初期设备投资和设备维护保养的费用仅占到总费用的23%，而电费则高达77%

。

施泰特的话中之意是让她考虑一下自己的牙齿，老妇人有所顾忌地说：“我如果买了黄桃罐头，你岂不是要少赚一些钱？”

随着经济和工业的不断发展，压缩空气作为工业制造行业的主要动力源之一，空压机的能耗问题已经被引起了高度重视。空压机的余热回收，为节能提供了可能。

目前市场上的空压机使用最多的是离心机和螺杆机，对空压机的余热回收也主要是针对这两类空压机。此两大类空压机的余热回收系统根据用户端用途的不同和余热回收原理的不同，可以分为若干类。本文主要阐述离心式空压机和螺杆式空压机的工作原理，从热力学角度介绍空压机余热回收的原理。收集各种不同类型的空压机余热回收案例，介绍典型的空压机余热回收系统，为相关企业的余热回收提供一定的参考。

1 余热回收原理

空气从空压机入口被吸入，经压缩后输送至用气位置。以空压机的范围为控制体，忽略空气压缩时的漏损，并且不考虑负荷的波动，这是一个开式系统的稳态流动。根据能量守恒定律，在稳定流动中，如果忽略了位能的变化，对于单位质量气体，外力对气体所做的功减去气体向外界所传出的热量等于气体的焓值增加和气体流动的动能变化之和。其能量方程见式（1）。

从空压机的类型分类，大致可分为四类：离心式空压机的余热回收系统、无油螺杆式空压机的余热回收系统、喷油螺杆式空压机的余热回收系统和风冷螺杆式空压机热排风余热回收系统。

Q——气体对外的散热量（W）；

自1979年中国恢复保险业务以来，我国的保险业发展迅速。人寿保险作为一项关乎民生的保险业务，亦是保险业的重要组成部分，自1982年中国人民保险公司恢复人寿保险业务以来，取得了突飞猛进的发展。我国的寿险保费收入在1990年仅有50.08亿，至2016年收入已达22234.6亿元，仅27年的时间就增长了300多倍，特别是2000年以后随着新型投资型寿险产品的出现，寿险产品形态不断丰富，寿险保费收入已成为保险业最主要的收入来源。因此分析寿险需求的影响因素、对寿险保费收入做出合理准确的预测，对保险公司制定相关的发展规划和保监会制定保险方面的政策、法规等都有一定的参考意义。

、h

——进口和出口处气体的焓值（J/kg）；

m——质量流量（kg/s）；

、c

——进口和出口处气体流速（m/s）。

一般空压机的排气温度比环境温度高8～12 ℃，以250 kW空压机为例，其排气量约为42 m

/min，其焓值增量为7.3～10.9 kW，约为空压机功率的3%～5%。排气流速取12 m/s，则压缩空气动能增量为65 W，相对空压机的功率，几乎可以忽略。因此，从能量方程可见，空压机输入的功率绝大部分转化为热能释放。这部分热量具有很大的回收价值。

徐树风

根据工程热力学理论分析，气体在等温压缩过程中，内能不变，外界对气体所做的功将全部被转化为对外释放的热量。喷油螺杆式压缩机在工作时，电能转化的分布比例如图1 所示。由图1 可知，空压机在工作过程中所耗电能全部转化成热能，这部分热能中大部分被油气混合物带走。油气混合物经过分离后，分别在油冷却器和气冷却器中被冷却介质带走（水冷或者空气冷却），这些热量被浪费了。从理论上分析，除了4% 被气体带走的热量和2%的辐射热以外，有接近94 %的热量是可以被回收的。

一杭在护士的带领下来到母亲的病床前，母亲的头上缠着绷带，并用网状的头套固定着，这让一杭想起小时，母亲用网兜装西瓜。母亲眼睛紧闭，靠呼吸机呼吸。一杭走过去，蹲下身，轻轻地握着母亲冰凉的手，母亲动了一下，吃力地睁开眼，想做出一个笑脸，但嘴上套着吸氧面罩，没成功。“妈！”一杭压抑着哭声低低地叫了一声。母亲用力握了一下他的手。张着嘴想说话，面罩像一个漏气的气球，一鼓一瘪的。“医生，医生，我妈好像要说话。”医生取下面罩，一杭把耳朵凑近母亲的嘴。母亲微弱的声音伴着粗重的喘息传来：“我……”喘息越来越急促。一杭说：“妈，您有什么吩咐？”

离心式空压机和无油螺杆式空压机的冷却方式与喷油螺杆式空压机有所不同。离心式空压机是通过水冷却，无油螺杆式空压机是通过水冷却或者风冷却。虽然冷却原理不同，但是其能量转化分布也可参考喷油螺杆式空压机的能量转化分布，其余热回收的潜力相当可观。

随着微创技术发展，其在临床上的应用越来越广泛，由于其具有创面小，对身体损伤小，术后恢复快的优点，在进行手术治疗时往往会选用微创手术[1] 。在妇科上经常进行的微创手术是腹腔镜手术，虽然它产生的创面小，但是围手术期的护理对于患者的康复同样重要，快速康复是近年来越来越成熟的一种临床医疗护理理念，较多的研究已经证明其可缩短患者住院时间，降低住院费用，已经被应于胃癌、结直肠癌、肝胆疾病、心脏疾病等，对于减轻患者手术创伤以及术后恢复具有重要的作用。

例如，在教师带领下学习完《点、线、面之间的位置关系》相关基础知识以后，数学教师通常会为我们布置一定的实践练习题目，如“一个凳子的四条腿是否在同一个平面呢？要怎样才能检验出来？”“两个平面中各有一条直线，而分别与这两条直线相交的另两条直线一定具有怎样的关系？”等等。面对这些问题，我首先独立进行了思考解答，探寻出了问题的答案。接着我进一步与同学结成了学习小组，与他们就以上题目展开了热烈的讨论，在此过程中我不仅认识到了自己思考欠缺之处，同时还在与同学观点碰撞中进一步打开了想象与思维，大胆进行了以各种角度为切入点的思考探究活动，最终在深化课堂所学的同时，促使自己的数学思维能力得以极大拓展。

2 典型余热回收系统

根据收集到的案例分析，空压机的余热回收系统，根据空压机工作原理不同和使用场合不同，有各种不同的形式。

1.让每一位学生参加中学英语教材教案撰写、试讲和评教，提高学生的参与意识和教育教学水平，书本理论知识的学习和实践活动的参与相结合，直接将《中学英语新课标》引进课堂，设计中小学英语课堂教学实践活动，为学生第七学期的教育实习和毕业后的就业打好基础。

从热交换后的用途分类，大致可分为生产用热、采暖用热、生活用热、溴化锂吸收式制冷和作为低温热源由热泵进一步提升能源品位后使用五类。其中，采暖用热根据回收原理的不同，又可分为利用热排风的采暖和利用热水采暖两类。图1为喷油螺杆式空压机能量转化分布图。

式中：W——外界对气体做的功（W）；

历史是一门人文性较强的学科，在学习过程中帮助学生进行思考与体验，对学生的人文观念价值有着潜移默化的影响，因此在进行高中历史教学过程中，教师需要重视对历史文化的正确引导，科学讲授。为学生培养正确的历史价值观与人文观念，塑造学生优秀的人文素养。

本小节根据空压机类型的不同，简要介绍不同的余热回收系统。

2.1 离心式空压机的余热回收

气路：空气在空压机各级机头压缩后，形成高温压缩空气，其温度在110～130 ℃之间。高温压缩空气通过各级换热器与常温软化水换热，出气温度控制在35～45 ℃之间。

以回收三级余热、两次换热为例，介绍余热回收原理。

水路：常温软化水在换热器中与110～130 ℃的高温压缩空气进行热交换，出水温度根据需要调节，一般不超过70 ℃。然后，70 ℃软化水通过用二次换热，将二次侧水加热至所需温度，比如60 ℃的生活用水。

离心式空压机对压缩空气有三级压缩，余热回收有回收其最后一级压缩热，有回收最后两级压缩热，也有回收三级全部压缩热。回收最后一级压缩热的系统，对机组运行的影响最小。回收三级全部压缩热的系统，对机组运行会带来一定风险，如果冷却不好，会影响出气量。

李勇强调，一是珍惜当前来之不易的成绩，深刻认识外部环境的常态化特征，充分挖掘和发挥人才、资金、项目优势，凝心聚力、共度时艰，确保打好年度收官之战。二是坚定不移推进转型升级工作，正确处理好“稳与进”关系，在打牢“稳”的基础上，强化“进”的担当，在各业务板块领域有所作为、有所突破，推进企业持续健康发展。三是切实增强紧迫感和危机感，坚持刀刃向内、勇于自我革命，时刻对标找差，敢于向矛盾和问题“叫板”，严控经营风险，打好企业改革攻坚战。

总的来说，该结构的演变主要可以归纳为由于时间的增加，其结构中的各个组成要素所占据的比例变化，是从一开始由银行进行主导到市场主导，是一个不断发展、不断进步的过程。一般经济条件不同、时代发展不同其金融结构也是不同的。但是该结构基本的演变过程主要就是经过漫长的历史发展才能够展现出来一定的规律。

2.2 喷油螺杆式空压机的余热回收

对喷油螺杆式空压机进行余热回收，主要是针对空压机的油系统进行改造，回收油系统中的热量。

对参与调查护理人员的满意度评分进行分类评价，其满意度合格以上的比例组成其总的满意率，对比分析两组人员的满意度评价情况。

空压机的气路流程：外部的空气首先经空气过滤器进行初过滤；再进入机头通过螺杆进行压缩；压缩后，油和压缩空气的混合物从排气口排出，经过管路系统和油气分离系统后，压缩空气进入空气冷却器冷却。

空压机的油路流程：经过压缩后，油和压缩空气的混合物从主机出口排出，在油气分离器的筒体内，油与压缩空气进行分离；分离后，油进入油冷却器冷却，冷却后的油进入新的循环，经过相应的油路重新喷入主机，起到润滑、密封和冷却的作用。

对喷油螺杆空压机进行余热回收，需要对空压机油路进行改造。经空压机的机头压缩后形成的高温高压油气混合物进入油气分离器进行分离。对油气分离器出油管路进行一定的改造，将高温油引入热交换器进行热交换。热交换器一次侧为油，二次侧为水。水侧的冷水被加热后，可以用于工艺用热水、锅炉进水预热、生活热水、空调采暖等。需要注意的是，热交换器需要设置旁通阀，实时调节进入热交换器和旁通管的油量，保证回油的温度不低于空压机的回油保护温度。

杨磊

研究了将空压机的热排风用于冬季矿井采暖的案例。该案例中，在空压机排风管后接风管，用轴流风机输送至需要采暖的井筒和井口。替代原有的热风炉采暖，节约了燃煤量，取得了很好的经济效益，同时也减少了CO

的排放。

2.3 无油螺杆式空压机的余热回收

无油螺杆式空压机的余热回收是冷水依次经过油冷却器、高压压缩系统、低压压缩系统、中间冷却器以及后冷却器进行换热，制得热水。

对无油螺杆式空压机的余热回收，需要对冷却水系统进行改造。无油螺杆式空压机的内部水冷系统为并联管路，冷却水量大，冷却水温偏低，热能难以回收。如果要进行热回收改造，则需要将空压机内部原并联的冷却系统改为串联系统，同时降低冷却水流量，使温差提高，水温最高可以达到85 ℃左右。使热能回收变得更为容易。

需要指出，无油螺杆式空压机有水冷和风冷两类，以上余热回收方式是针对水冷型的空压机，对于风冷型的无油螺杆式空压机无法采用该方式进行余热回收。风冷型无油螺杆式空压机余热回收制备热水量有限，价值不大，不建议采用。

2.4 风冷型螺杆式空压机热排风的余热回收系统

风冷型螺杆式空压机热排风的余热回收主要用于冬季采暖。

坚持精准营销，全面参与市场竞争。一是坚持客户分级管理，按照“大客户保销量、中小客户保效益”的原则，细分区域市场和客户需求，精准实施“一户一价”、“梯次定价”等差异化营销策略，锁定优质大客户135户。二是活用零售竞争“三部曲”，抢占市场主动权，按照“面上竞争要稳、点上竞争要狠”的思路，在市场争夺区打谈结合、以打促谈，促进市场回归理性竞争。由此，取得哈尔滨东部和齐齐哈尔甘南县、讷河国道等多个竞争抢夺区域胜利，当期实现柴油机出同比增幅85%。三是建设和运用零售营销决策系统，推行“一站一策”、“一户一策”模拟决策，提升零售营销响应和决策效率，在“油非互促”环节，利用信息化手段提高营销效率。

王玉冰

介绍了风冷型螺杆机的热排风用于冬季站房和相邻车间采暖的系统。该案例中，在采暖季，空压机热排风一部分排在站房内，利用这部分余热保证空压站的温度；另一部分排至临近车间，提供一定采暖热量。在非采暖季，空压机热排风直接排至室外，或有工艺热风需求的地方。

风冷螺杆式空压机热排风的余热回收系统在实际工程中运用较少。主要原因是其余热回收受季节和地区的影响，只能在冬季北方需要采暖的地方使用，不能最大量地回收空压机的余热，经济效益和节能效益不如其他余热回收系统。

3 需要注意的问题

在不同的项目中，不同的余热回收系统需要注意的问题如下：

1）系统运行的可行性

需要关注最高温度和供热量。一般而言，螺杆机热水温度控制在70 ℃以内、离心机热水温度控制在60 ℃以下是可以稳定运行的；理论上热水温度最高可达到90 ℃。但实际上，不同供应商的设备有所不同，其最高温度也不一样。螺杆机热水温度超过70 ℃，离心机热水温度超过60 ℃，需要考虑系统运行的可靠性。可能会影响出气量、设备的使用寿命等。

空压机的余热回收量一般可做到电功率的70%以上。但是，考虑到设备一般不会满负荷运行，因此余热回收量可按电功率的60%考虑，再多将很难以供应。

2）系统运行的可靠性

系统可靠性主要有两点，一是系统运行时，热量的供求不平衡。在产能爬坡阶段，或者其他空压机低负荷运行时，余热回收热量有限，供热量不足，需提醒用热专业考虑其他热源。在某些时候，比如夏天用热量小，此时热量供大于求，需要冷却塔供应循环冷却水冷却空压机。二是热水系统的最高温度，这是一个可行性问题，也是一个可靠性问题。已在上述可行性中讨论过，这里不再赘述。

3）系统运行的经济性

对于大部分项目而言，余热回收系统的投资回报都是相当可观的，回报期一般为2-3年。但对于有些项目，空压机容量很小，余热回收量就会很小。有些项目负荷不稳定（比如实验室），余热回收量也会不稳定，影响使用。在上述两种情况下，余热回收的价值不大，不建议做余热回收。