离心式空压机余热回收利用分析

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摘 要：通过对离心式空压机一至三级的高温压缩空气同时进行余热回收的原理及其运用在企业洗浴系统中的控制原理进行介绍，丰富了空压机余热回收的途径和形式。空压机余热利用可节约企业浴室蒸汽用量3500吨/年，节约费用73.5万元。空压机余热利用将是一项非常值得在工业企业中推广的项目。

关键词：离心式空压机；余热回收；洗浴系统；蒸汽

在大型机械制造过程中，压缩空气是一种必不可少的能源形式，广泛应用于喷涂、干燥、吹扫、气动工具等系统中，且具有装机数量多、单台容量大、运行时间长等特点[1]。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%。在不断提高压缩空气系统效率的同时，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%以上，通常这部分能量通过机组的风冷或水冷系统释放到大气当中。所以压缩机的热回收是持续降低空气系统损耗，提高客户生产力的必要手段[2]。余热回收的节能技术目前研究很多，但大多只针对喷油螺杆式空压机的油路改造或者离心式空压机的第三级压缩空气进行余热回收而言，本文通过对离心式空压机一至三级高温压缩空气同时进行余热回收的原理及其运用在企业洗浴系统中的控制原理进行介绍，从而丰富了空压机余热回收的途径和形式，便于企业更加彻底地对空压机的余热进行回收，降低企业的能源消耗费用，达到节能环保的目的。

1 离心式空压机的工作流程及原理

工作流程：当电动机经增速器带动空气空压机的转子旋转时，空气经过滤器清除机械杂质后，被吸入空气空压机，空气在叶轮和扩压器中被压缩。由于压缩后空气温度会升高，它将增加空气空压机的功率消耗，因此需经中间冷却器冷却后，再回到空压机进一步压缩。经末级压缩后，达到所要求的压力后，送空气分离装置。

工作原理：离心空压机的一个工作轮与其相配合的固定元件组成一个级。当电机带动工作轮旋转时，工作轮腔内的气体随叶轮一起转动，并通过离心力的作用被甩出，使气体的压力升高，增加了气体的动能和压力。同时，由于叶轮的通道是从里往外逐渐扩大，气体从叶轮进口流向出口的过程中，相对速度降低，使一部分动能转为压力升高。气体由叶轮进入扩压器后，由于速度进一步降低，转变为压力进一步提高；另一方面，空气从吸入口进入叶轮腔内，补充甩走空气后留下的空间，使气体不断受到压缩。由于每个叶轮所能提高的压力有限，根据所需的压力，应配置相应数量的空压机级（即叶轮数目）。每个叶轮的进气口均在接近轴心处由轴向流入，要使从前一级压缩出的气体进入下一级，还必须通过弯道和回流来均匀地引导气流的流向。

从离心式空压机的工作流程与原理中我们可以获悉，如何将每一级压缩后的高温气体中的热能进行回收是下文我们需要讨论的。

2 离心式空压机改造方案

2.1 企业空压机概况

企业共有6台英格索兰C950 MX3离心式空压机，其中1台常年满负荷运行。拟对1台满载的C950 MX3离心式空压机实施改造，设备参数见表1。回收其运行时产生的余热，生产75℃热水供工人生活楼浴室使用。

2.2 方案描述

将以上机组进行节能改造，进行3级压缩热提取，生产75℃热水供生活用水及浴室用水，替代原蒸汽加热及外购热水系统，达到节能效果。机组热回收改造后与换热器构成闭式循环回路，该系统与机组距离10m，详见图1； 换热器生成的75℃热水到2个60吨水箱，水箱接管到员工浴室，与原蒸汽换热后的系统对接，停止蒸汽系统供热。

3 离心式空压机余热回收改造原理

气路：空压机机头产生的热源110-130℃之间，通过各级换热器使其出气温度为35-45℃之间。

水路：各级换热器内部的25-30℃的蒸馏水通过恒温调节阀与机头110-130℃的热源进行热交换后温度控制在85℃。此时85℃蒸馏水通过用热换热器与常温5-25℃的自来水进行热交换，换热后形成75℃自来水进入热水箱，85℃的蒸馏水通过用热换热器与冷却塔共同换热形成25℃的蒸馏水。

4 离心式空压机余热回收运用在洗浴系统中控制原理

4.1 高效换热器出口温度控制

每个高效换热器的回水管路上安装有一个调节阀和一个温度探头及一个温度控制器，用来控制高效换热器的水量，保证换热器的出水温度稳定在85℃。（图3）

4.2 水箱液位控制

水箱上装有液位计，控制系统内设一上限和下限，当控制系统检测到水箱的液位低于下限时开启电动补水阀补水，并同时开启循环泵加热市政水，当液位高于上限时关闭补水阀。

4.3 水箱温度控制

水箱上装有温度计，控制系统内设一温度上限和下限，当控制系统检测到水箱的温度低于下限时启动循环泵对水箱内的水循环加热，高于上限且不在自动补水状态时停止循环泵。

4.4 应用端楼顶水箱液位、温度控制

应用端楼顶的原有水箱增加一液位计，控制系统中设一液位上限、下限，当控制系统检测到该液位低于下限（1.75米）时立即自动启动一台给水泵；当液位还低于下限并超过一定时间就再启动下一台给水泵，直到3台泵全部启动。当液位高于上限（2.1米）后超过一定时间，停止一台给水泵，直到全部给水泵都停止。应用端楼顶的原有水箱的蒸汽自动加热系统保留，防止在高峰期时热回收系统过来的热水温度不足，原有蒸汽加热系统能自动投入二次加热。

5 余热回收利用改造的节能量及经济效益分析

5.1 节能量及经济效益分析

机组轴功率850kw，按回收率80%计，每天可回收的热量850*80%*860*4.2*24=58947840千焦/天。企业浴室全年1月份为用热高峰，2.5-3kg饱和蒸汽用量580吨，折合热量580*1000*2700/30=52200000千焦/天。机组产生的热量大于公司浴室最大需热量，理论上机组回收的热量可以完全取代原系统蒸汽加热。企业浴室蒸汽用量3500吨/年，外购蒸汽210元/吨，节约蒸汽费3500吨/年*210元/吨=73.5万元。年节能量：3500吨/年*0.097吨标煤/吨=340吨标煤/年。

5.2 投资回收期

改造投资费包括设备购置费与设备安装费两个部分，费用合计195万元，投资回收期：195/73.5=2.6年。

根据国家“十二五”的节能规划，很多高能耗企业被列入“万家企业”，每年必需完成国家安排的节能任务。从以上的节能与经济分析，空压机余热利用将是一项非常值得在工业企业中推广的项目[3]。

6 结束语

空压机运行产生的热量一般通过冷却系统将热量释放，空压机余热回收在减少企业原供暖系统的同时也减少了空压机冷却系统的运行能耗。目前空压机余热回收不仅运用在办公、洗浴等生活区域，更多的运行在生产车间供暖系统。通过本文离心机的节能改造方案，可供有关单位和工程技术人员更好地对空压机进行余热回收，从而降低企业的能源费用，减少对环境的热污染，达到节能环保的目的。

参考文献：

[1]李钰.空压机能量回收帮助实现节能减排[J].GM通用机械，2010.8.

[2]赵新红.浅谈几种典型空压机的余热回收[J].上海节能，2013（8）：31-35.

[3]王少波.螺杆式空压机余热回收技术的应用及节能效益分析[J].能源与节能，2011（9）：15-16.

作者简介：

徐君（1982-），男，江苏南通人，硕士研究生，南通中远川崎船舶工程有限公司，工程师，主要从事节能环保管理工作。

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