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幾種空氣壓縮機的余熱利用綜述
昆山遠方機電設(shè)備有限公司 2017/2/8 10:09:00
壓縮空氣在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，主要用于風動設(shè)備、風動工具、氣力輸送和吹掃等。壓縮空氣一般由廠區(qū)集中設(shè)置或各廠房分散設(shè)置的空壓站提供。壓縮空氣系統(tǒng)的能耗約占工業(yè)生產(chǎn)總能耗的10%～35%，其中壓縮空氣能耗的96%為空壓機的耗電。由于螺桿式空壓機具備供氣范圍跨度大，供氣壓力波動小等優(yōu)點，一般工廠用空壓機以螺桿式空壓機為主，故本文的分析以螺桿式空壓機為例?？諌簷C輸入電能的有用功部分為壓縮空氣勢能的增加，該部分約占輸入功率的15%;無用功部分為機械做功產(chǎn)生的熱能，該部分約占輸入功率的85%。轉(zhuǎn)換的熱能中少量部分(約占輸入功率的3%～5%)為機殼的散熱，此部分熱量不能回收利用;轉(zhuǎn)換熱能的大部分(約占輸入功率的80%～82%)通過空壓機的冷卻系統(tǒng)(風冷或水冷)最終散發(fā)到周圍的環(huán)境中去，從而保證空壓機的正常運行，該部分的熱量稱之為余熱，可以回收利用。根據(jù)上述分析，余熱利用可以顯著地提高能源的利用效率，降低能源的消耗和生產(chǎn)成本。
風冷空壓機的冷卻系統(tǒng)由空壓機內(nèi)置油冷卻器、氣冷卻器、排風扇換熱器等組成。冷卻用空氣通過強制對流的方式對油和氣進行冷卻，從而保證空壓機的正常運行。由于機組的散熱，冷卻排風溫度通常比進風溫度高10 ℃～15 ℃。空壓站房設(shè)計時，空壓機冷卻熱風通常經(jīng)風管接至室外，將該熱風經(jīng)風管直接送至需加熱的場所是常用的余熱直接回收利用方式。
當空壓站貼臨廠房建設(shè)時，空壓機的冷卻熱風可直接排放到車間內(nèi)，用于車間的冬季輔助加熱。
夏季,車間不需加熱時，開啟進風百葉A、排風百葉A，關(guān)閉進風百葉B、排風百葉B，空壓站冷卻進風引自室外，冷卻熱排風排至室外，保證空壓機組正常運行，此時無余熱利用。冬季，開啟進風百葉B、排風百葉B，關(guān)閉進風百葉A、排風百葉A，空壓站冷卻進風引自廠房內(nèi)，冷卻熱排風排至車間內(nèi)，對車間進行補充加熱。
該余熱利用方式存在如下特點：建設(shè)或改造簡單，投資很小;余熱的利用存在季節(jié)性。該種余熱利用方式特別適用于中部地區(qū)，如江浙一帶，冬季車間不采暖，但氣溫又比較低。如浙江海寧愛家家具廠，經(jīng)過對空壓站排熱風系統(tǒng)改造后，車間內(nèi)溫度有著明顯提升。這種余熱利用方式在使用過程中應(yīng)該注意噪聲對車間的影響。
在工業(yè)領(lǐng)域存在著需常年加熱的場所，如后處理車間的油漆房、烘干房等，且其使用時間和空壓站的啟停同步，此時可將冷卻熱風引至需加熱房間。此時余熱利用效率較高，不存在季節(jié)性。需注意的是，此時排熱風管一般較長，需另設(shè)引風機進行引風，且應(yīng)在廠房建設(shè)時同步實施。
熱量的間接回收是指對空壓機內(nèi)部的冷卻系統(tǒng)進行改造，并通過換熱的方式將余熱進行回收。與熱風直接回收相比，間接回收應(yīng)用范圍更廣，利用效果更好，不僅可以用于風冷型空壓機，也可以用于水冷式空壓機。
噴油式螺桿空壓機的工作流程簡述如下，經(jīng)過濾除塵和除雜質(zhì)后的空氣進入壓縮機，在壓縮過程中與噴入的冷卻潤滑油混合，壓縮后的混合氣體從壓縮腔排出，經(jīng)油氣分離器分離為高溫高壓的油和氣。為保證機器正常工作，高溫高壓的油和氣必須分別進入各自的冷卻系統(tǒng)進行冷卻，其中壓縮空氣經(jīng)冷卻器、過濾器后進入使用系統(tǒng);高溫高壓的潤滑油經(jīng)冷卻器冷卻后返回油路重新使用。高溫高壓的潤滑油溫度在80 ℃～100 ℃之間，承載了余熱的大部分熱量，將油路系統(tǒng)進行改造，并通過換熱設(shè)備將熱量加以回收利用即為空壓機余熱的間接回收利用。根據(jù)工程經(jīng)驗，潤滑油路系統(tǒng)可回收的熱量約占余熱的60%左右。新增的化熱設(shè)備及其附屬設(shè)施在工程被稱為熱能回收機組，現(xiàn)在各空壓機廠家基本都能提供該產(chǎn)品。
在工程中，通常將該余熱作為廠區(qū)淋浴用熱系統(tǒng)的熱源，其流程示意圖見圖2。
該余熱利用系統(tǒng)在工廠中有著廣泛的應(yīng)用，尤其是在耗氣量較大的紡織、化纖等行業(yè)，空壓機的余熱可完全滿足整個廠區(qū)的工人淋浴用熱。如杭州華欣紡織廠，空壓站內(nèi)設(shè)有5臺額定功率為250 kW的螺桿式壓縮機，經(jīng)節(jié)能改造后，可滿足廠區(qū)約2 000名工人的淋浴用熱問題。
工程應(yīng)用中，應(yīng)用該系統(tǒng)需增加熱能回水機組，并對原有的淋浴用熱系統(tǒng)進行適當改造。因此，熱量間接回收利用系統(tǒng)有著如下特點：增加設(shè)備投資及改造費用;對設(shè)備占用場地有所要求;余熱利用可常年使用;余熱回收利用效率高，經(jīng)濟效益顯著。需注意的是，余熱系統(tǒng)的配置需對空壓機內(nèi)部管道進行改造，因此余熱回收機組一般應(yīng)由空壓機的供應(yīng)商進行成套配置，或由其對既有機組進行改造，否則容易造成空壓機保修方面的糾紛。
空壓機的余熱利用有著顯著的節(jié)能效果;對生產(chǎn)企業(yè)來講，有著顯著的經(jīng)濟效益;在工程設(shè)計和引用中必須給予足夠的重視。在實際工程中應(yīng)根據(jù)具體的情況選用不同的余熱回收利用系統(tǒng)。