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空压机常见余热利用方式设计特点

国际节能环保网  来源:压缩机网  作者:范亚伟 章杰  日期:2017-01-06

压缩空气在工业领域有着广泛的应用,主要用于风动设备、风动工具、气力输送和吹扫等。压缩空气一般由厂区集中设置或各厂房分散设置的空压站提供。压缩空气系统的能耗约占工业生产总能耗的10%~35%,其中压缩空气能耗的96%为空压机的耗电。由于螺杆式空压机具备供气范围跨度大,供气压力波动小等优点,一般工厂用空压机以螺杆式空压机为主,故本文的分析以螺杆式空压机为例。

空压机输入电能的有用功部分为压缩空气势能的增加,该部分约占输入功率的15%;无用功部分为机械做功产生的热能,该部分约占输入功率的85%。转换的热能中少量部分(约占输入功率的3%~5%)为机壳的散热,此部分热量不能回收利用;转换热能的大部分(约占输入功率的80%~82%)通过空压机的冷却系统(风冷或水冷)最终散发到周围的环境中去,从而保证空压机的正常运行,该部分的热量称之为余热,可以回收利用。根据上述分析,余热利用可以显著地提高能源的利用效率,降低能源的消耗和生产成本。

1、热风直接回收利用

风冷空压机的冷却系统由空压机内置油冷却器、气冷却器、排风扇换热器等组成。冷却用空气通过强制对流的方式对油和气进行冷却,从而保证空压机的正常运行。由于机组的散热,冷却排风温度通常比进风温度高10℃~15℃。空压站房设计时,空压机冷却热风通常经风管接至室外,将该热风经风管直接送至需加热的场所是常用的余热直接回收利用方式。

1.1热风用于车间的冬季辅助加热。

当空压站贴临厂房建设时,空压机的冷却热风可直接排放到车间内,用于车间的冬季辅助加热。空压机排热风管连接示意图见图1。

夏季,车间不需加热时,开启进风百叶A、排风百叶A,关闭进风百叶B、排风百叶B,空压站冷却进风引自室外,冷却热排风排至室外,保证空压机组正常运行,此时无余热利用。冬季,开启进风百叶B、排风百叶B,关闭进风百叶A、排风百叶A,空压站冷却进风引自厂房内,冷却热排风排至车间内,对车间进行补充加热。

该余热利用方式存在如下特点:建设或改造简单,投资很小;余热的利用存在季节性。该种余热利用方式特别适用于中部地区,如江浙一带,冬季车间不采暖,但气温又比较低。如浙江海宁爱家家具厂,经过对空压站排热风系统改造后,车间内温度有着明显提升。这种余热利用方式在使用过程中应该注意噪声对车间的影响。

1.2热风用于特殊房间的工艺加热

在工业领域存在着需常年加热的场所,如后处理车间的油漆房、烘干房等,且其使用时间和空压站的启停同步,此时可将冷却热风引至需加热房间。此时余热利用效率较高,不存在季节性。需注意的是,此时排热风管一般较长,需另设引风机进行引风,且应在厂房建设时同步实施。

2、热量间接回收利用

热量的间接回收是指对空压机内部的冷却系统进行改造,并通过换热的方式将余热进行回收。与热风直接回收相比,间接回收应用范围更广,利用效果更好,不仅可以用于风冷型空压机,也可以用于水冷式空压机。

喷油式螺杆空压机的工作流程简述如下:经过滤除尘和除杂质后的空气进入压缩机,在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合,压缩后的混合气体从压缩腔排出,经油气分离器分离为高温高压的油和气。为保证机器正常工作,高温高压的油和气必须分别进入各自的冷却系统进行冷却,其中压缩空气经冷却器、过滤器后进入使用系统;高温高压的润滑油经冷却器冷却后返回油路重新使用。高温高压的润滑油温度在80℃~100℃之间,承载了余热的大部分热量,将油路系统进行改造,并通过换热设备将热量加以回收利用即为空压机余热的间接回收利用。根据工程经验,润滑油路系统可回收的热量约占余热的60%左右。新增的化热设备及其附属设施在工程被称为热能回收机组,现在各空压机厂家基本都能提供该产品。

在工程中,通常将该余热作为厂区淋浴用热系统的热源,其流程示意图见图2。

该余热利用系统在工厂中有着广泛的应用,尤其是在耗气量较大的纺织、化纤等行业,空压机的余热可完全满足整个厂区的工人淋浴用热。如杭州华欣纺织厂,空压站内设有5台额定功率为250kW的螺杆式压缩机,经节能改造后,可满足厂区约2000名工人的淋浴用热问题。

工程应用中,应用该系统需增加热能回水机组,并对原有的淋浴用热系统进行适当改造。因此,热量间接回收利用系统有着如下特点:增加设备投资及改造费用;对设备占用场地有所要求;余热利用可常年使用;余热回收利用效率高,经济效益显著。需注意的是,余热系统的配置需对空压机内部管道进行改造,因此余热回收机组一般应由空压机的供应商进行成套配置,或由其对既有机组进行改造,否则容易造成空压机保修方面的纠纷。

3、结语

空压机的余热利用有着显著的节能效果;对生产企业来讲,有着显著的经济效益;在工程设计和应用中必须给予足够的重视。在实际工程中应根据具体的情况选用不同的余热回收利用系统。

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