【壓縮機(jī)網(wǎng)】物理原理決定了壓縮空氣是迄今為止一種非常昂貴的能源。同時(shí)，熱動(dòng)力學(xué)定律也清楚地告訴我們，不消耗熱能就得不到壓縮空氣。所以，在壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行之后，壓縮空氣時(shí)產(chǎn)生的熱能回收再利用就非常重要。

　　一般來(lái)說(shuō)，熱能回收再利用的投資回報(bào)率比較高，通常不到兩年就能收回全部投資。為什么壓縮空氣的熱能回收有著這樣的潛力呢？本文將詳細(xì)解答。

　　現(xiàn)實(shí)因素推動(dòng)能效項(xiàng)目建設(shè)

　　從能源方面考慮，壓縮空氣是一個(gè)非常熱門的話題。壓縮空氣應(yīng)用于采礦、紡織、冶金、機(jī)械制造、土木工程、石油化工等各行各業(yè)里，是許多企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)不可或缺的關(guān)鍵動(dòng)力源。但它的能耗也不可小覷，據(jù)統(tǒng)計(jì)，空壓機(jī)系統(tǒng)的耗電量可以占到用氣企業(yè)總耗電量的15%～35%；在空壓機(jī)的全生命周期成本中，能耗成本就要占到約四分之三。從宏觀角度看，我國(guó)空壓機(jī)的總耗電量約占社會(huì)總發(fā)電量的10%，以2021年全社會(huì)用電量83128億千瓦時(shí)計(jì)算，空壓機(jī)的年用電量就超過(guò)8312億千瓦時(shí)。

　　而近年來(lái)，國(guó)家陸續(xù)發(fā)布了《關(guān)于嚴(yán)格能效約束推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳的若干意見》、《工業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標(biāo)桿水平和基準(zhǔn)水平(2023年版)》、《工業(yè)能效提升行動(dòng)計(jì)劃》、《重點(diǎn)用能產(chǎn)品設(shè)備能效先進(jìn)水平、節(jié)能水平和準(zhǔn)入水平（2022年版）》以及《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》等一系列政策、法規(guī)。有限的資源、嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)、限定的CO2排放量和不斷上漲的能源價(jià)格都是能效項(xiàng)目建設(shè)的推動(dòng)力。

　　一方面，精心設(shè)計(jì)的流程，其中包括利用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，盡可能地讓空壓機(jī)在最佳工作點(diǎn)附近工作，以及為了保障企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全進(jìn)行的適當(dāng)功率儲(chǔ)備等都為項(xiàng)目奠定了良好基礎(chǔ)。另一方面，壓縮機(jī)在提高空氣壓力時(shí)提高了空氣的溫度，這也為熱能回收再利用帶來(lái)了巨大的潛力?；谄髽I(yè)的成本效益考慮，企業(yè)用戶也越來(lái)越關(guān)注熱能回收再利用的問題了。

　　據(jù)熱力學(xué)定律可得，當(dāng)封閉空間內(nèi)的空氣被壓縮時(shí)，氣體溫度會(huì)升高；在封閉的空間里，氣體受到壓縮時(shí)，空氣分子之間的距離縮短，因此產(chǎn)生的摩擦增加。根據(jù)這些熱力學(xué)原理，結(jié)合空壓機(jī)各個(gè)工作點(diǎn)的效率可以計(jì)算空氣壓縮后的溫度。

　　溫度的高低還取決于壓縮比。例如進(jìn)氣溫度為20℃，壓縮比為3，壓縮機(jī)的等熵效率為74%時(shí)，空氣壓縮時(shí)的溫度會(huì)達(dá)到166℃。溫度越高，廢熱利用的范圍就越廣泛。

　　在熱力學(xué)中，熱量的質(zhì)量是用卡諾系數(shù)來(lái)描述的，即廢熱和散發(fā)熱量的絕對(duì)溫度之比，也就是廢熱利用率。氣體中所含有的熱量通常占可回收利用總熱量的85%左右，剩下的15%大致均勻分配給熾熱空氣壓縮階段的驅(qū)動(dòng)電機(jī)消耗、機(jī)械消耗以及熱輻射等。

　　以2臺(tái)315kW的空壓機(jī)為例，來(lái)看一下年節(jié)約的電費(fèi)以及其他能源的費(fèi)用對(duì)比：

　　江蘇某企業(yè)針對(duì)2臺(tái)315kW螺桿空壓機(jī)進(jìn)行改造，加載率均為80%，24小時(shí)運(yùn)行，通過(guò)回收空壓機(jī)熱能，用于中央空調(diào)輔助加熱，達(dá)到節(jié)省能源的目的?？諌簷C(jī)每小時(shí)可回收熱量分別為：

　　Q=PN1/PN2×n×η×860

　　=315kW×2×70％×80%×860

　　=303408kcal

　　≈352kW

　　自來(lái)水溫度從10度將水溫升至55度，2臺(tái)空壓機(jī)每小時(shí)可產(chǎn)生的熱水量約為：

　　=303408kcal*0.7/45

　　=4720kg=4.7t

　　由此可得：

　　2臺(tái)空壓機(jī)余熱回收全天（24h）連續(xù)運(yùn)行可產(chǎn)熱水量約為：4.7t*24h=112.8t

　　以上數(shù)據(jù)計(jì)算是根據(jù)空壓機(jī)額定壓力下，加載率為80%連續(xù)加載、運(yùn)行油溫在80-95℃情況下理論熱量計(jì)算，不同工況下，制熱量會(huì)有偏差。

　　由以上數(shù)據(jù)計(jì)算可知：空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)目前是集節(jié)能、環(huán)保、安全與一體的廢熱利用熱水項(xiàng)目。一次投資，長(zhǎng)期受益。并可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需專人看管，其他加熱方式需專人看管，每年需要一定的人工成本，余熱回收可減少空壓機(jī)風(fēng)扇的啟動(dòng)頻率和時(shí)間，從而減少空壓機(jī)的耗電量，避免空壓機(jī)高溫的情況發(fā)生，延長(zhǎng)空壓機(jī)的使用壽命。

　　空壓機(jī)回收熱能的用途

　　在熱能回收再利用措施的空間內(nèi)，可回收利用總熱量剩下的15%也可以直接利用，其可以作為附近辦公室和生產(chǎn)車間的采暖用熱能。

　　為了利用這些熱量，與以往的熱氣在壓縮階段、消音階段和消音罩內(nèi)管道系統(tǒng)中被冷卻的情況不同，我們?yōu)?a href="http://m.ytcaac.cn" target="_blank" class="keylink">螺桿壓縮機(jī)配備排氣管，空氣經(jīng)這一排氣管道排出。中央排氣管中的廢氣溫度在30℃～60℃之間，這一溫度范圍的廢氣經(jīng)分支管路返回，供室內(nèi)采暖使用。同時(shí)，這一采暖系統(tǒng)利用閘板閥來(lái)控制各個(gè)不同空間的具體采暖溫度。

　　純凈廢氣的熱能可以有效地直接用于室內(nèi)采暖，但管殼式換熱器的出現(xiàn)則開辟了高溫廢氣能源利用的新天地。因此這一技術(shù)也被推薦用于空壓機(jī)站的技術(shù)改造，以顯著提高空壓機(jī)設(shè)備的能源利用效率。

　　在廢水處理技術(shù)領(lǐng)域中，回收的熱能可以用于烘干污泥，但在設(shè)計(jì)這類系統(tǒng)時(shí)要注意其規(guī)格尺寸要與空氣壓縮設(shè)備的基本負(fù)荷相匹配，而空壓機(jī)站的基本負(fù)荷可以在長(zhǎng)期累積的特性曲線中輕松獲得。

　　廢熱利用的基礎(chǔ)是確定可回收再利用熱量的多少，而可回收再利用熱量的多少取決于可用的溫度差、能夠掌控的體積流量（不同時(shí)間可以使用的流量）以及生產(chǎn)和使用壓縮空氣的同時(shí)性程度等因素。

　　為了實(shí)現(xiàn)更好的余熱回收效果，建議使用緊湊型的管殼式換熱器。管殼式換熱器可以簡(jiǎn)單方便地集成到原有的壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)中。壓縮空氣通過(guò)熱交換器的冷卻器管，冷卻水在管子中逆向流動(dòng)，薄片設(shè)計(jì)的冷卻管確保了有效的熱傳遞并減少了壓力損失。管殼式換熱器的設(shè)計(jì)基于內(nèi)部介質(zhì)的流動(dòng)特性，隨著排氣管道系統(tǒng)壓力的增高，帶來(lái)的功率損失只有2%，與熱能回收帶來(lái)的節(jié)約相比幾乎可以忽略不計(jì)。

　　管殼式換熱器帶來(lái)了許多新的熱能利用的可能性，典型的就是對(duì)加熱系統(tǒng)、淋浴和洗手間用水以及工業(yè)用水等設(shè)備進(jìn)行加溫。

　　總結(jié)

　　空壓機(jī)在生產(chǎn)壓縮空氣時(shí)系統(tǒng)會(huì)不可避免的自動(dòng)產(chǎn)生廢熱，但是，“世界上沒有垃圾，只有放錯(cuò)的寶藏?！睘榱烁玫乩眠@些余熱，空壓機(jī)用戶應(yīng)將過(guò)去沒有充分利用的熱集成到其能源需求的解決方案里。實(shí)踐表明，利用壓縮空氣廢熱的投資是一項(xiàng)快回報(bào)的投資。

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