空气压缩机余热回收技术应用实践

刘欢

（中国航空动力机械研究所，湖南 株洲 412000）

空气压缩机余热回收技术应用实践

刘欢

（中国航空动力机械研究所，湖南 株洲 412000）

压缩机是工业生产中最为广泛的动力源之一，它最大的一个优点就是可以源源不断的吸收空气作为原料。由于其具有无污染、安全可靠的特性，在现代工业生产中的应用越来越广泛。本文拟从空气压缩机的基本原理入手，探讨其在余热回收中的技术应用，以期对空气压缩机在实际中的应用有所启迪。

空气压缩机；余热回收；技术应用

空气压缩机是气源装置中的主体部分，它可以将电动机的机械能转化为气体的压力能，是压缩空气气压的重要装置。在能源日益趋紧的今天，空气压缩机由于具有无污染、安全可靠以及运输方便地优点，被广泛地应用于生产的各个环节中，其中螺杆式空气压缩机的应用最为广泛。在机械、电子、医药、纺织、食品、煤矿开采等各个领域都收到了很广泛的应用。

1 空气压缩机余热回收

空气压缩机的余热通常情况下指的是螺杆空压机在生产高温空气中产生的多余热量。螺杆式空气压缩机在长时间的运转过程中，由于空气被高压进行压缩，使得空气的温度非常高。与此同时，由于空压机螺杆高速度的旋转而产生大量的摩擦，也会产生大量的热量。这些产生的热量相当于空气压缩机输入功率的四分之一，温度一般情况下有80～100℃。在工业生产中，需要的只是空气的压力，而由压力产生的热量通过空气压缩机的散热系统很快的冷却，从而保证空气压缩机正常工作的温度。这些被冷却的热量如果不能有效的利用的话，会造成很大的能源浪费。此外，在冷却的过程中也需要损耗电能，这就更加剧了能源的消耗。

空气压缩机余热回收系统依据其散热方式的不同，可以分为两大类，一类是风冷型的空气压缩机余热回收系统，另一种是水冷型的空气压缩机余热回收系统。

2 空气压缩机余热回收技术的主要应用

由于空气压缩机的具有很强的优点，因此，在各个行业中，其应用都非常的广泛。

空气压缩机在空调系统中的应用。现有6台无油螺杆式空气压缩机以及5台空气干燥机，总的热负荷是1 600KW，使用水冷却的方式，将冷却水进出口的温度控制在40℃和46℃。采用闭循环的方式对冷却水进行降温。现在将空压机的余热用作空调系统，使用其在冬天进行采暖以及预热生活用水。

余热回收的控制主要是调节冷却水的流量，使得空气压缩机的余热首先满足于生活热水系统的热负荷。在夏天，供暖的系统支路被关上，系统的控制转向生活用水热水的系统控制上。根据某一个时刻生活热水负荷，对流入生活热水系统的冷却水流量进行调节。如果在冬季，空气压缩机的余热首先要满足于生活用水，然后剩余的热量再用于供暖。假如热量不够，空调系统依靠自身配置的辅助热源来提供热量。

换热器的设计在余热回收系统中，一共需要两台换热器。一台用于空压机冷却水和生活热水的交换，另一台则用于冷却水和冷却塔之间的回水换热。两台换热器一般都使用板式换热器。如下面的两个图所示，左面的是（1）右面的是（2）。

3 空气压缩机余热回收系统的经济性评价

生活热水系统。假设预热由锅炉单独完成，其费用由锅炉购买费用以及使用年线之内煤炭消耗的费用组成。

使用空气压缩机之后，使用板式换热器（2）将空气压缩机的冷却水用来加热生活热水。消耗的费用是板式换热器（2）的费用，大约是4万元。如下表所示：

通过计算可以得出，使用空压机余热回收系统之后，与普通锅炉加热相比，其费用每年平均可以节省56.05万元，具有很大的经济效益。

方案名称锅炉加热空压机余热系统加热节省费用年均节省费用设备花费锅炉25万元年均运行费用煤炭耗费55万元年限内总费用1125万元板式换热器（2）4万4万1121万元56.05万元

空气压缩机余热回收系统在工业生产中的应用。现在以空气压缩机回收系统在某氯碱化公司中的应用为例，对空气压缩机余热回收系统进行说明。该厂共有10台空气压缩机，3台是螺杆微油空气压缩机，3台是有油润滑活塞式空气压缩机，还有三台是无油润滑活塞式压缩机，最后一台已经报废。

喷油螺杆空气压缩机余热回收系统总共有两部分组成：一是空气压缩机内部油路的改造，二是外部水冷换热器。

3.1 空压机内部输油管路的改进

空压机内部输油管道的改进。原来的空压机是空冷式的，为了使得压缩腔内部的温度保持在一定的状态上，当润滑油的温度达到一定的标准时，输油管道就会通过风冷散热器给润滑油降温。如果要对高温润滑油的余热进行回收的话，首先应该把高温润滑油管道接到水冷热回收换热器上面。

对输油管路油温控制系统的改进。改造之后，空气压缩机的输油管路的油温控制系统可以非常多的回收高温润滑油散发的余热，同时也可以确保空气压缩机正常喷油时的温度，从而保证空压机健康运行。

3.2 外部水冷换热器

可以使用拆板式水冷换热器，这样可以减少回收余热系统占据大量的面积，同时又可以提升热量回收的效率。在本案例中，对该厂的空气压缩机进行了改造，改造之后的空压机系统性能比原来要好得多。改造之前，该螺杆空压机的功率是250KW，经过改造之后，该系统在原有的油管上面增加了热回收板式换热器，这样做，可以在回收热量的同时，保证空压机正常的运行。改造之后的现场如下图所示：

设备的经济性分析。喷油螺杆空压机在运行时，板式热唤起理论热回收量功率是226.5 KW，若该空压机运行24小时，则可以回收的热量是：

Q=226.5×24×3600=19569.6MJ

如果换热器的进出水温度上升30摄氏度，可以加热的水的量是155.8 t。这些热水除了用作职工生活热水之外，还可以为电化厂的锅炉补给热水，这相当于给锅炉的补水进行了预热，大大减少了对油气的消耗。在实际中，其中的三台空压机要进行维修，同时一部分时间段内的空压机是非满载运行的，使得高温润滑油的旁通不经过换热器，因此，将上面空压机的均热回收功率按理论功率的60%进行计算，即135.9 KW，每天按24小时计算，则可以收回热量11 741.76MJ。

节能量计算

设柴油的燃烧率为0.9，通过上面的节能量计算表，可以得出，在对空压机进行改造之后，每天可以节省柴油：

111 741.76÷46.04÷0.9=283.37 Kg

那么每天可以节省的柴油费用是283.37×5.8=1 643.6（元）

每年可以节约锅炉用的柴油费用是1 643.6×365=60（万元）

综上所述，每年节能可以折合成燃油费共计60万人民币。

在大大节省费用的基础上，喷油螺杆空压机热回收改造时候还有以下几点优势：一是螺杆空压机热回收加热生活热水与锅炉相比，无污染，并且没有噪音，一旦投入使用，可以为企业职工随时供应热水。二是改造之后，可以确保喷油温度在正常的范围内，不仅较少了机器出故障的几率，同时延长了机器使用的寿命，大大降低了维修成本。

综上所述，随着能源日益趋紧，在探索开发新能源的同时，也要对余热进行充分回收和利用。在热量回收中，空气压缩机余热回收系统在各个行业得到了广泛的应用，大大增强了余热的利用率。本文先对空气压缩机余热回收系统进行了简单的分析，而后通过具体的实例分析了空气压缩机余热回收技术的具体应用：空气压缩机余热回收系统在空调中的使用以及空气压缩机余热回收系统在某电化厂中的应用，从而得出使用了空气压缩机余热回收技术可以大大降低运行的成本。期待本文的研究能够对空压机余热回收系统的推广应用有所帮助。

[1]吴世凤.空气压缩机系统余热回收在空调系统中的应用[J].价值工程，2012（24）.

[2]谢健.一种空压机余热回收系统研究与实现[D].北方工业大学，2012.

[3]桑广文.螺杆空压机余热回收利用技术的应用[J].产业与科技论坛，2011（14）.

TH45

A

1671-0037（2014）10-87-2

刘欢（1983-），男，本科，主管设计师，研究方向：航空机械设计。