空压机热能回收分析

摘要：压缩机压缩空气产生大量的热能，通过冷却器散发到大气中。如果回收利用，可帮助企业节约能源消耗，又能够间接减少CO2的排放，有着良好的经济、环境和社会效益。本方案通过回收空压机热能，用于工厂采暖和生活热水使用，另外可用于RO反渗透自来水的升温、锅炉补充热水等，达到节省能源，节约成本。

关键词：空压机 热能回收

1 无油空压机冷却工作原理

空气通过过滤器进入第一级低压转子的加压和中间冷却器冷却，再通过管路系统进入第二级高压转子的加压和后冷却器冷却，使高油的压缩空气降低到可接受的程度。外界的冷却水进入后冷却器、中间冷却器和油冷却器，冷却高温压缩空气和高温油。油通过管路系统冷却低压转子和高压转子，高温油进入油冷却器冷却后，在内部循环使用。对于空压机空气经过第二级高压转子的压缩，一般可以达到180℃～190℃的温度，经过冷却后，压缩空气温度一般控制在40℃～45℃进入干燥机干燥，空压机的输入功率大约有90%（大部分为轴功率）是作为热量通过冷却器带走，消耗在环境中的。

2 现状分析

2.1 空压机系统现状分析（表1）

表1

■

2台ZR200回收热水情况（如表2）。

ZR200热能回收分析：

回收的效率为85%，加载率为90%，则该2台ZR200空压机满负荷运行20小时可供每天回收的热量为：6120KWH （400×85%×90%×20=6120KWH.）。

2.2 用热系统现状分析

①冬季。取暖应用+洗澡水=综合应用

a取暖应用。冬季取暖管道回水温度为50度左右，进水温度为65度左右，空压机可回收温度：最高90度，空压机允许冷却进水温度最高35度。空压机热能回收加热取暖出水温度高于65度（可到90度），回水温度低于35度，90%加载、回收85%。热能回收水每天循环量=174.86吨。400*0.85*0.9*3.6/4.2/（65-35）*20=174.86吨。

Q（T/H）=■

每小时可用采暖热量=174.86*1.17/24*（65-50）=153.44KW。

（冬季供暖要求出水温度65度，回水温度50度。）可用采暖面积为：153.44/0.12=1278m2。（根据暖通规定采暖面积 按照120W/m2计算）。

每天用于取暖的热量为：

3068.8KWH.（153.44*20=3068.8KWH）

3068.8KWH相当于11047兆焦

180吨蒸汽的热值为：2520兆焦/吨

每天折合节省蒸汽为：5.5吨。（蒸汽80%的热效率利用计算）

蒸汽按照250元/吨，每天则可以节省：1375元。

130天取暖计算，一个冬季则可以取暖节省178750元。

b洗澡应用

自来水冬季温度约为0度，需要加热到50度供工人洗澡。

经过取暖加热后，空压机热水回收的温度约为50-55度左右，可把洗澡水加热到45度。

2台ZR200空压机每小时可回收热量：306KWH（400*0.85*0.9=

306）

取暖每小时用掉：153.44KWH

每小时可用于洗澡水加热的热量为：152KWH。

洗澡水从0度到45度每天可以加热量为：2.9吨/小时。

全天可以生产加热洗澡水为：58吨/天（2.9*20）

Q（T/H）=■

冬季加热洗澡水可以节省蒸汽：5.5吨。

一个取暖冬季综合应用每天可以节省蒸汽：11吨。

一个取暖冬季综合应用可以节省蒸汽：357500元。（130天计算）

冬季回收应用示意图：

原洗澡应用：（图1）

冬季热量用于取暖和洗澡应用，洗澡水箱加热完毕后，全部热量用于取暖应用。

②其余季节 洗澡水=综合应用

洗澡应用

自来水温度约为15度，需要加热到50度供工人洗澡。

2台ZR200空压机每小时可回收热量：306KWH（400*0.85*0.9=

306）

洗澡水从15度到50度热水量为：7.5吨/小时。

全天可以生产加热洗澡水为：150吨/天（7.5*20）

其余季节关闭取暖系统，满足洗澡系统的应用。（如图2）

其余季节（200天计算）如果热量全部利用，则可以节省蒸汽：2200吨。（200*11）节省蒸汽：550000元。

③全年节省费用计算：

2台ZR200热能全部利用，全年可以节省蒸汽：907500元。

④冷却补充水夏季可大大降低，按照每天减少30吨补充量，每吨1.5元，150天计算可节省：30×150×1.5=6750元。

⑤总计可节省费用：

空压机热量应用+冷却水减少量=91.3万元。

3 改造方案

此次改造的主要内容：空压机提供优质的热源通过改造和控制使之出口水温度达到要求温度，改造空压机内部冷却水系统，循环泵系统，热交换系统。如图3所示。

空压机经过改造后，热能通过热能输出模块C进行输出，当外部不用热量时，通过备用冷却水（原冷水塔的水）进行散热，保证空压机的正常运行。空压机的空气出口温度经过再加的后冷器A进行降温，保证空气出口温度达到干燥机的入口要求。当空压机开时，相应的电动阀DF开启，提取热量。空压机关闭时，相应的DF关闭但留10%的开度，保证空压机的余热散发。洗澡换热应用，洗澡水箱和洗澡的板式换热器F1换热，出口温度由J1进行控制，当水箱内的温度达到要求时，水泵组G1停止运行。洗澡应用，洗澡前15分钟，回水电子阀门H2开启，定压水泵G3运行，把管道内的水预热。回水电子阀门H2在15分钟延时后关闭，洗澡进行，洗澡完毕定压水泵G3关闭。洗澡水箱内的水位降到一定的比例时，补水电子阀门H1开启，也可手动补水。软水箱加热，软水箱的水由原先的水泵到达F2换热器后，流回软水箱。当软水箱的水温达到一定的温度时，温控电子阀门H2关闭。冬季取暖时，关闭取软水箱的阀门，打开G2水泵，把取暖的回水到换热器F1进行加热，温度由温控阀门J2进行控制，然后再回到取暖的回水管路上。

空气压缩机是目前的市场上普遍使用的一种动力设备，只需进行适当的改造，可以提供品位较高的热源，用于锅炉进水预热，生活热水，空调供热等。在保证热回收效率最大化的同时，也使设备的油温控制在正常合理的范围，保障了设备的正常运行，对空压机不会产生任何负面影响。

参考文献：

[1]张玮，李广华.空压机热能回收与应用的探讨[J].科技创新与应用，2013（13）.

[2]张玮，李广华.空气压缩机热能回收改造分析与应用[J].硅谷，2013（04）.

[3]叶聿漳.空压机热能回收器的应用[J].能源与环境，2012（06）.

作者简介：

栾强（1975-），男，辽宁盖县人，工程师，科员，研究方向：电气设备及自动化控制。

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