工业厂房压缩空气站的节能设计思路探索

李平

摘  要：在工业厂房中，压缩空气站作为能耗大户，具有较强的节能潜力，为了积极响应国家节能减排目标，本文主要以工业类厂房压缩空气站作为研究对象，从设备选型、空气压缩机余热回收及再利用设计等方面入手，具体分析了如何进行节能，希望能够为工业厂房压缩空气站的节能设计提供有价值的参考，有效实现节能减排，推动工业厂房绿色发展。

关键词：空气压缩机;压缩空气站设计;空压机余热;公用系统节能

引言：

工业厂房中的压缩空气站，耗电量巨大，在各类工业厂房建设中占比非常大。从国内工程机械、汽摩、电子、食品、化工等行业工厂看，针对压缩空气站采取的节能设计非常少，即便是部分工厂采取了节能措施，也仅仅是停留在表面，未能充分结合工业厂房实际情况和需求进行合理设计。究其原因，主要是因为传统设计中缺乏对压缩空气站节能设计的全面描述，与此同时，多数工作人员也没有充分认识到压缩空气站节能设计技术可行性，缺乏对其可观经济效益的综合考量。针对此，本文深入分析，探讨出行之有效的压缩空气站节能设计思路。

一、设备选型

压缩空气站内的系统设备，涉及到了空压机及后处理设备。空压机不同，对应的排气温度以及含油量存在较大差异性，同时，后处理工艺也不尽相同。而空压机、干燥器作为压缩空气系统核心设备，优化设备选型，能够进一步提升整个系统节能减排效果。

（一）空压机选型

在主流空压机中，涉及到了喷油螺杆空压机、离心式空压机。如图1、2所示。一般压缩空气系统主要以主流的喷油螺杆空压机为主，而离心式空压机的应用，通常只有系统流量提出明确要求，单台空压机排气量超过100 m3/min时才会选择。现阶段，很多用户都更加倾向于无油螺杆机，主要是因为多数人误认为无油螺杆机不喷油，所以后处理设备需要配置不同的高效除油器，试图通过此降低企业设备运营成本，但事实并非如此，因为无油螺杆机并没有实现对冷却液的冷却、密封，所以会直接影响到单级压缩比，使其降低，进而导致排气温度不稳定，致使内泄漏系数增大，缩短设备寿命，因此，在食品处理、军工、极寒等特殊条件下才较为适用。此外，若是用户对含油量提出特殊要求，则在排气量合适情况下可以考虑选择离心式空压机。

（二）干燥器选型

目前，主流干燥器主要包含了两种，即冷冻式干燥器、吸附式干燥器。其中冷冻式干燥器主要以热交换器为载体，而后在制冷技术的作用下，实现对压缩空气强制制冷，使得露点温度达到3-10℃，此条件下排出的为饱和压缩空气;相比之下，吸附式干燥器主要工作原理是变压吸附，在干燥剂作用下，将压缩空气内的水分进行有效吸附，并采取降低压力的方式将排干燥剂内水分有效排除，进而达到低于0℃的露点温度[1]。进一步划分吸附式干燥器，可以分为内热吸附、无热吸附、外热吸附等多种。对于干燥器的选型，需要结合用户对压缩空气品质的要求而定，事实上，对于设备所需的压缩空气流量及品质，即便是设备方也很难准确掌握，所以对压缩空气提出过高品质要求，会导致很难把握好压缩空气流量要求，在选型过程中只参考设备方提出的压缩空气要求缺乏足够的科学性。

（三）过滤器选型

在空气压缩站中，还包含了其他净化设备，过滤器可以按照精度要求划分为不同等级。对比干燥器选型，二者存在一些相似性，由于过度净化会增加系统压力损耗，耗费大量的元件，从而增加企业生产运行成本。实际上，以往净化系统中2级品质及以下的净化设备，一般都配置在压缩空气站内，所以不管是否达到用户点后品质是否能够如一，弱化管道输送中的污染物，都无法完全达到设计目的。按照新国标要求，明确提出2级以上的供气，应当在用户点之前设置精密过滤器，做好基础保障。

二、空气压缩机余热回收回用设计

（一）热回收能力

现阶段，喷油螺杆式空气压缩机较为常见，在应用过程中，风冷、水冷的产生，对应机组产生的废热最终都会进入大气，这样不仅资源浪费，同时，也会直接污染环境，因此，可以根据此情况采取有效措施进行节能。

根据喷油螺杆式空气压缩机数据分析可知，空压机在消耗电能过程中，按照100W电能，其消耗形式主要表现为：1、其中75%的电能会向热能转化，而后依托冷却油，借助冷却器通过冷却消耗;2、还有10%的电能在转化为热能后，一种会发生辐射，另一种会通过不可控的压缩内耗损;3、當中10%的电能在转化为热能后，会借助压缩空气在冷却器作用下，完成冷却后消耗;4、当中还有5%的电能会向电机热转化，最终损失耗尽。

从100W电能损耗情况看，喷油螺杆式空气压缩机约75%的能源主要耗费在冷却油循环中，如果能够将此部分热利用循环热水形式进行回收再利用，能够实现对空压机余热的回收。从目前市场常见空压机热回收设备看，将回收能力折合成空压机轴功率，一般在40%-50%[2]。分析空压机热回收设备，其作用原理就是换热器，其中冷却油是换热器的一次侧热源，空压机出口油温80-90℃，循环热水是二次侧热源，并且循环水最高温度可达60℃。

（二）确定合适的用户

保证空压机具备一定热回收能力后，需要进一步明确热水用户，目的在于促使回收的空压机余热可以充分应用于有热源需求的用户，从而保证整个系统处于稳定状态，这种情况下的系统可以达到最优节能状态。下文主要以某工厂为例，通过分析公用系统热回收用户，简单介绍其特点，仅供参考。

1、浴室生活热水系统

浴室生活热水系统的应用最大优点就是没有高水温要求，一般情况下，40℃水温便可满足工厂日常职工用水需求，但缺点也较为明显，因此是集中供应，所以，厂区职工只能在下班后1小时内使用。因此，为了更好的将空压机余热回收利用到生活热水中，在设计时应当考虑这一点，从浴室淋浴头个数入手，按照满足一定容积的蓄热水箱进行设计。与此同时，还需要设计好合理水温自动控制功能，若是生活热水消耗小时，水温会逐渐升高，并且循环生活热水无法冷却空压机冷却油，会造成空压机冷却油温急剧升高，导致空压机运行受严重影响，此时需要及时切换主空压机本身风冷或者水冷系统。当中冷却系统切换的信号，主要就是来自冷却油系统温度信号，因此，设计人员应当在设计时，明确要求设备厂家按照此要求生产。此外，设计人员还需要做好前期思考，即保证浴室和空压站余热回收系统位置不能过远，应当尽量靠近，避免距离过远损失热能。

2、工业气站气化系统

从一般规模焊接工段工厂看，绝大部分都会设置集中气体站，主要就是满足焊接用混合气供应需求。在混合气内，包含了二氧化碳和氩气，二者按照一定比例混合，从两种气体性质看，主要是以低温高压的液态形式储存在真空绝热贮槽而后在空温气化器、强制加热装置作用下，实现气化最终为车间供应。液态二氧化碳本身沸点非常低，并且在气化过程中会吸收大量的热，如果只是运用空温气化器并不能达到要求，特别是我国北方地区的冬季，天气非常寒冷，需要增设强制加热气化器[3]。在实际操作过程中，可以运用电加热水浴式气化器，其缺点就是能耗较大。若在条件允许下，可以引入空压机余热回收循环热水，这样可以节省这部分电能，并且气化器运行更加稳定，可以最大限度上保证和空压站运行时间同步。

3、办公用房中央空调系统

办公用房中央空调系统的实现，一次侧热源可以利用空压机余热回收热水，二次侧冬季采暖热源主要是空调水系统，利用空压机余热回收再利用，满足建筑物冬季采暖需求。由于这两种水系统处于完全独立状态，若想实现热量交换，需要依靠换热器实现。如果冬季环境温度超出0℃，可以使得室温达到20℃左右，为工厂办公用房提供良好采暖。在此采暖系统作用下，可以很好的节省锅炉房循环热水系统天然气的消耗，或者利用VRV多联机系统引发的大量电耗，能够获得较为明显的经济效益。

综合来看，空压机余热采暖系统的应用，最大的优点就是采暖季能够保持稳定运行状态，不仅满足工厂办公用房采暖需求，同时，也能获得良好的节能减排效果。但从该系统实际应用效果看，其缺点也非常明显，由于使用两套换热器回收空压机余热，在这一过程中会出现非常高的热损耗。该系统虽然可以获得一定采暖效果，但综合采暖能力有限，只能应用到一定规模的空气站采暖面积，并且，只适用于冬季，若是在其他季节，还需要更换热回收系统，导致系统更加复杂，同时也涉及到了一定维护费。

三、其他节能措施

（一）做好空气站的通风工作

如果空压站室温过高，会直接引发机组运行工况出现恶化，直接影响到空压机正常运行，最终导致电耗上升，寿命缩短。因此，为防止出现这种情况，需要做好空压站室内通风工作，充分利用站房自然通风条件，也可考虑增设机械通风装置。

（二）引入鼓风外加热或压缩热再生型吸附式干燥器

压缩空气干燥器的工作原理，包括吸附式、冷冻式。根据相关检测数据看，将干燥器折合为压缩机耗能比例，其中冷冻式电耗大约为3%-5%，而加热再生吸附式大约为8%-10%，而無热、微热再生式大约为18%。因此，在设计选型干燥器时，若是选择冷冻式干燥器，就避免再用吸附式干燥器，若是选用吸附式干燥器，应当选择有热再生式干燥器。

（三）设计合理的压缩空气管路

应当结合用户的最大耗量选择适宜的管径，同时，也要保证管路系统短直，保证车间管道按照首尾相通的环路布置，借此降低管路系统压力损失，最终达到节能降耗的目的。

结束语：

总之，通过本文介绍的工业厂房压缩空气站的节能设计思路，希望能够真正意义上将空压机余热回收在公用系统，实现空压站节能设计目标，为业内人士提供合理参考。

参考文献：

[1]刘睿超，优质本体着色玻璃与压缩空气站管网互通控制技术. 浙江省，长兴旗滨玻璃有限公司，2020-04-25.

[2]高应超.离心式空气压缩机在烧结工程中的运用研究[J].烧结球团，2015，40（06）：8-10+39.

[3]彭恒，李红梅.新版《压缩空气站设计规范》中节能、安全和环保条文分析[J].流体机械，2014，42（02）：33-36.