【壓縮機(jī)網(wǎng)】1、引言

 

　　由于空氣具有可壓縮性、清晰透明、輸送方便、不凝結(jié)、沒有特殊的有害性能以及取之不盡的特點(diǎn)，同時(shí)使用壓縮空氣比采用蒸汽和電力顯得更為方便和安全，使得很多工業(yè)部門選擇壓縮空氣作為主要?jiǎng)恿υ?，因此壓縮空氣成為僅次于電力的第二大動(dòng)力能源。壓縮空氣應(yīng)用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機(jī)械、輕工、紡織、汽車制造、電子、食品、醫(yī)藥、生化、國(guó)防、科研等行業(yè)和部門。
 

 

　　根據(jù)美國(guó)能源署統(tǒng)計(jì)，壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)，真正用于增加空氣勢(shì)能所消耗的電能，在空壓機(jī)總耗電量中只占很小的一部分約為15%，大約85%的電能轉(zhuǎn)化為熱量，通過風(fēng)冷或者水冷的方式排放到空氣中。這些“多余”熱量被排放到空氣中，既影響了環(huán)境，加劇大氣“溫室效應(yīng)”，制造了“熱”污染，同時(shí)這些熱量被白白浪費(fèi)，而這些損失的熱量中有80%是可以被回收利用的，折合壓縮機(jī)的軸功率約為60-70%。

 

　　空壓機(jī)余熱是空壓機(jī)在生產(chǎn)高壓空氣過程中隨之產(chǎn)生的多余熱量。空氣壓縮機(jī)是將原動(dòng)機(jī)（通常是電動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置。在機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體壓力能過程中，空氣受到強(qiáng)烈的高壓壓縮，空氣分子的勢(shì)能的轉(zhuǎn)化將產(chǎn)生大量的熱能，使得溫度驟升，同時(shí)空壓機(jī)機(jī)械部件高速運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)產(chǎn)生大量的摩擦熱。這些高溫?zé)崃坑煽諌簷C(jī)潤(rùn)滑油混合成的油氣、蒸汽攜帶排出機(jī)體。

 

　　這些熱量若不能按要求及時(shí)轉(zhuǎn)移出去，會(huì)使空壓機(jī)運(yùn)行溫度升高，導(dǎo)致潤(rùn)滑油氧化，潤(rùn)滑性能降低．出風(fēng)量下降，功率消耗增大，最終可能導(dǎo)致空壓機(jī)損壞。同時(shí)壓縮空氣排氣溫度過高、還會(huì)影響壓縮空氣品質(zhì)，增加后處理設(shè)備工作負(fù)荷。目前空壓機(jī)普遍采用風(fēng)冷或水冷方式進(jìn)行快速冷卻，將這些低品質(zhì)熱量排放到大氣中，以滿足空壓機(jī)正常工作的溫度要求。

 

　　因此合理、有效、充分的利用空壓機(jī)余熱是十分有必要的。

 

　　2、回收空壓機(jī)余熱的主要方式

 

　　2.1 壓縮熱再生式吸干機(jī)

 

　　壓縮熱再生式吸干機(jī)適用于對(duì)空氣品質(zhì)要求較高，空壓站房?jī)?nèi)集中安裝后處理設(shè)備的情況，通常多與離心機(jī)配套安裝?，F(xiàn)在阿特拉斯·科普柯研制出適用于無油螺桿式空壓機(jī)的MD干燥機(jī)。

 

　　壓縮熱再生吸附式干燥機(jī)主要的工作原理就是利用氣體被壓縮產(chǎn)生的熱量，減少離心式空壓機(jī)第三級(jí)冷卻器，使得壓縮機(jī)出口的高溫氣體高達(dá)120℃以上，從而滿足TSA（變溫吸附）所需要的高溫再生環(huán)境和干燥塔中高溫飽和、吸水能力及強(qiáng)的再生氣體的要求。根據(jù)變溫吸附原理，利用高效吸附劑，根據(jù)毛細(xì)作用吸附空氣中的汽態(tài)微粒，以達(dá)到凈化壓縮空氣的目的，同時(shí)通過加熱來脫去吸附劑所吸附的水份。由于利用空壓機(jī)高溫排氣的熱量直接加熱再生干燥劑，取消了為再生干燥劑的電加熱器，同時(shí)由于加熱時(shí)再生時(shí)氣耗小，最大程度的節(jié)約了能量。

 

　　采用吸附式干燥機(jī)可使空氣壓力露點(diǎn)達(dá)到-40℃。無熱吸附式干燥機(jī)完全依靠壓縮空氣的反吹再生吸附劑，平均再生耗氣≤15%，微熱吸附式干燥機(jī)采用電加熱氣加熱氣體至高溫，對(duì)吸附劑進(jìn)行再生，平均再生耗氣≤8%；壓縮熱再生吸附式干燥機(jī)利用空壓機(jī)提供的高溫氣體對(duì)吸附劑進(jìn)行再生，平均再生耗氣≤1.5%，對(duì)于MD干燥機(jī)的再生耗氣量可以降低至0。

 

　　現(xiàn)將壓縮熱再生吸附式干燥機(jī)與無熱吸附式干燥機(jī)、微熱吸附式干燥機(jī)運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行比較如下（均按照處理流量100Nm³/min， 1年8000小時(shí)計(jì)算）：
 

 

　　由上表進(jìn)行無熱吸附式干燥機(jī)、微熱吸附式干燥機(jī)及壓縮熱再生吸附式干燥機(jī)對(duì)比，從運(yùn)行所消耗的電能及運(yùn)行費(fèi)用可看出，壓縮熱再生式干燥機(jī)較其它耗能和運(yùn)行費(fèi)用較低。僅運(yùn)行費(fèi)用，壓縮熱再生吸附式干燥機(jī)比微熱吸附式干燥機(jī)每年可減少90%，購買壓縮熱再生吸附式干燥機(jī)的價(jià)格約為48萬元，購買微熱吸附式干燥機(jī)的價(jià)格約為20萬元，價(jià)格差為28萬元，年運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用基本一致，從運(yùn)行費(fèi)用來看僅運(yùn)行0.5年即可收回。

 

　　2.2 螺桿式空壓機(jī)熱能回收系統(tǒng)

 

　　螺桿壓縮機(jī)由于本身的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工作原理決定，它的絕熱效率在0.65-0.85之間。低壓力比、大中容積流量壓縮機(jī)為0.75-0.85，高壓力比、小容積流量比壓縮機(jī)為0.65-0.75。對(duì)于空氣壓縮機(jī)，供油溫度一般在50-60℃，實(shí)際運(yùn)行時(shí)的排氣溫度往往在80-90度之間，高的排氣溫度會(huì)導(dǎo)致更多的滑潤(rùn)油處于氣相，增加油氣分離的難度，降低潤(rùn)滑油的使用壽命等。針對(duì)螺桿式空壓機(jī)可采用安裝空壓機(jī)熱能回收系統(tǒng)。

 

　　螺桿式空壓機(jī)是通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺桿機(jī)旋轉(zhuǎn)，空氣經(jīng)過濾器，被吸入螺桿壓縮機(jī)中壓縮成高壓空氣，并與循環(huán)油混合形成高壓高溫油氣混合氣體，進(jìn)入油氣分離器。油氣混合氣被分離成油氣和空氣后，其中的壓縮空氣經(jīng)后冷卻器散熱后供給用戶；而循環(huán)油氣在油氣分離器中被分離，凝結(jié)成液態(tài)后，再經(jīng)前冷卻器散熱及過濾器過濾，回到壓縮機(jī)，完成一個(gè)循環(huán)過程?？諌簷C(jī)熱能回收系統(tǒng)即熱能熱水機(jī)組，將高溫循環(huán)油（和高溫壓縮氣體）引入熱能熱水機(jī)組內(nèi)，是通過熱交換將空壓機(jī)運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的熱能傳遞給常溫水，對(duì)壓縮機(jī)循環(huán)油冷卻降溫，同時(shí)實(shí)現(xiàn)熱能回收。

 

　　空壓機(jī)熱能回收系統(tǒng)包括兩部分即空壓機(jī)內(nèi)部的油路改造和外部加裝熱交換器?？諌簷C(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通過熱能回收系統(tǒng)回收熱量，通過循環(huán)泵把熱水循環(huán)至保溫水箱，待需要熱水時(shí)通過熱水泵從水箱供應(yīng)熱水。通過空壓機(jī)內(nèi)部的改造，利用熱能交換設(shè)備，可以大量回收空壓機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的多余熱能，同時(shí)保證正常工作油溫，不影響空壓機(jī)的正常工作。

 

　　2.3 水源熱泵

 

　　對(duì)于大于250kW的空壓機(jī)需采用循環(huán)水進(jìn)行降溫冷卻，此時(shí)若循環(huán)水量較大可考慮采用水源熱泵來提取循環(huán)水中的低品質(zhì)熱量。

 

　　熱泵技術(shù)其基本原理是基于逆卡諾循環(huán)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移：通過消耗一定的輔助能量(如電能、蒸汽、天然氣等)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，使制冷劑在換熱系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，達(dá)到從低溫?zé)嵩次諢崃?，向高溫?zé)嵩瘁尫艧崃康哪康?。熱泵系統(tǒng)主要由吸熱盤管(俗稱蒸發(fā)器)、壓縮機(jī)、散熱盤管等部件組成。壓縮機(jī)運(yùn)行作功消耗了部分能量，使不斷循環(huán)的制冷劑在低溫端和高溫端產(chǎn)生不同的變化狀態(tài)和不同的效果，即蒸發(fā)吸熱和冷凝放熱。該系統(tǒng)達(dá)到了一機(jī)兩用的目的。當(dāng)循環(huán)的目的是給高溫?zé)嵩垂?yīng)熱量時(shí)，可用作供熱采暖設(shè)備；若為了從低溫?zé)嵩慈∽邿崃繒r(shí)，又可用作制冷降溫設(shè)備。通常熱泵每消耗1個(gè)單位的能量，用戶可以得到3.5個(gè)單位以上的熱量或冷量，能效比較高。
 

 

　　3、回收的空壓機(jī)余熱的利用

 

　　通過空壓機(jī)熱能回收系統(tǒng)和水源熱泵所回收的熱能可用于生產(chǎn)和生活用熱需求的諸多方面。

 

　　3.1 鍋爐補(bǔ)水預(yù)熱。大多數(shù)的行業(yè)和企業(yè)在生產(chǎn)過程中都會(huì)用到鍋爐，利用回收的空壓機(jī)余熱，可將鍋爐補(bǔ)給水在進(jìn)入鍋爐之前由較低的溫度先一步提升，再由鍋爐加熱到設(shè)定溫度。這樣可以大大降低鍋爐使用過程中的燃料成本。

 

　　3.2 反滲透純水制取用熱（RO）。食品飲料、半導(dǎo)體和醫(yī)藥化學(xué)等行業(yè)在生產(chǎn)過程中，往往用到大量的反滲透純水。純水需要在25℃的特定溫度下制取，當(dāng)春季、秋季和冬季水的溫度低于25℃時(shí)，必須投入設(shè)備、消耗燃料為水升溫?；厥湛諌簷C(jī)的余熱用來生產(chǎn)純水，不但可以減少燃料的消耗，甚至可以減少加熱設(shè)備的投入成本。

 

　　3.3 采暖用熱。很多地區(qū)冬季需要采暖供熱，而這部分熱量往往是利用鍋爐加熱提供的?，F(xiàn)回收空壓機(jī)的余熱用于采暖，不但節(jié)省了能源的消耗，還可以減少鍋爐的裝機(jī)容量，進(jìn)一步降低設(shè)備上的投資。

 

　　3.4 類采暖用熱。裝配業(yè)的涂裝車間、油漆噴刷車間等為了提高生產(chǎn)效率，往往需要供暖風(fēng)，保證烘干室溫度，加快油漆干燥。

 

　　3.5 洗浴用熱水和移動(dòng)供應(yīng)熱水。如生產(chǎn)車間按照企業(yè)環(huán)境衛(wèi)生要求需滿足職工洗浴需要，回收空壓機(jī)的余熱加熱熱水，用于洗浴等。

 

　　4、空壓機(jī)余熱回收利用的意義

 

　　通過對(duì)空壓機(jī)余熱回收裝置或水源熱泵的利用，可使空壓機(jī)油溫降低，不易變質(zhì)，潤(rùn)滑良好，設(shè)備磨損減小，延長(zhǎng)空壓機(jī)壽命；空壓機(jī)機(jī)油降溫，使粘度升高，密封性好，吸氣力大，泄漏減少，提高產(chǎn)氣率；空壓機(jī)溫度不高，可連續(xù)滿負(fù)載，減少輕載機(jī)開機(jī)次數(shù)達(dá)≥25%；空壓機(jī)房運(yùn)行中降至環(huán)境溫度，可停開機(jī)上散熱風(fēng)扇和機(jī)房排風(fēng)扇；后處理設(shè)備處理負(fù)荷降低20%，提高處理效果；空壓機(jī)余熱全部用于制造熱水，就無廢熱氣排放，大大減少制備熱水能源消耗。

 

　　通過空壓機(jī)余熱的利用可以保證空壓機(jī)的冷卻效果，改善空壓機(jī)的工作性能；充分利用這部分被排放熱量，到其他需要加熱的地方，可以大大降低原來工藝所需的燃料消耗，減少有害氣體和CO2的排放，可以取得節(jié)能減排效果。

 

　　5、結(jié)論

 

　　通過以上分析，從節(jié)約資源、可持續(xù)發(fā)展的角度來看，采用壓縮熱的后處理設(shè)備和利用某些專用設(shè)備把空壓機(jī)產(chǎn)生的廢熱轉(zhuǎn)移利用，既能解決空壓機(jī)組的冷卻問題，又最大限度地利用了能量，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義。

 

　　參考文獻(xiàn)

　　1、《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50029-2003

　　2、《干燥裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》化學(xué)工業(yè)出版社

　　3、《壓縮空氣站設(shè)計(jì)手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社

　　4、《工程熱力學(xué)》高等教育出版社

 

　　作者簡(jiǎn)介

　　任淑娟，女，1976年，工程師，熱能動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域，主要從事動(dòng)力管道動(dòng)力設(shè)備新建項(xiàng)目、更新、節(jié)能改造等技術(shù)方案設(shè)計(jì)和方案論證等。