空压机余热回收

曹武强 张 成（东莞生益电子有限公司，广东 东莞 523127）

空压机余热回收

曹武强 张 成
（东莞生益电子有限公司，广东 东莞 523127）

结合东莞生益万江工厂空气压缩机大量余热散失浪费的现状，提出了一种余热利用方案。空压机热能回收是一款新型高效的余热利用设备。通过回收空压机热能，用于生活热水的加热，达到节省能源和节约成本费。

空压机；热能；节能

1 前言

伴着中国的经济高速发展，能源的需求量日益加剧，能源紧缺的问题日益突出，我国面临的资源环境约束将日益强化。为确保实现节能减排的目标，缓解资源环境约束，应对全球气候变化，促进经济发展方式转变，建设资源节约型、环境友好型社会，增强可持续发展能力。

我国是PCB生产大国，PCB生产又是高能耗、高污染行业。PCB行业开展节能减排工作是十分有必要的。PCB行业节能减排，为改善和提高行业相关企业的能源利用效率、减少污染物的产生。

东莞生益电子有限公司万江工厂针对空气压缩机大量余热散失浪费的现状，提出了一种余热利用方案。压缩机压缩空气产生大量的热能，通过冷却系统散发到大气中。如果回收利用，可帮助公司节约能源消耗，又能够间接减少CO2排放，有着良好的经济和社会效益。针对万江工厂目前正在运行的空压机及现场利用能源情况进行分析，提出热能回收的改造方案。

空气压缩机是将原动机（通常是电动机）的机械能转换成气体压力能的装置。在机械能转换为气体压力能过程中，空气被强烈地压缩。温度骤升，产生大量的热量，同时空压机机械部件高速运转也会产生大量的摩擦热。这些热量若不能按要求及时转移出去，会使空压机运行温度升高，导致润滑油氧化，润滑性能降低，出风量下降，功率消耗增大。形成了恶性循环，最终可能导致空压机损坏，这种情况在夏季尤其明显。利用某些专用设备把空压机产生的废热转移利用，通过回收空压机热能来加热生活热水，从而达到节省能源和节约成本费用。

2 空压机热能回收工程分析

2.1 空压机热能回收工程方案简介

由于公司员工较多，目前的生活用热水由液化气锅炉制热提供，运行费用较高。而且由于部分宿舍楼距离集中冲凉房较远，使得绝大多数员工的生活用热水都是直接在本楼通道电开水器上取水，增加了不少用电量。

根据对现场实地考查，万江工厂现有多台螺杆式空压机，空压机正常工作中产生的大量热能将通过热回收设备获取60 ℃热水，通过水泵和管道向集中冲凉房及宿舍楼输送。为了进一步提高员工满意度，宿舍楼热水直接输送到各间冲凉房。

2.2 空压机热能分析

2.2.1 空压机的耗电分析

空压机在运行时，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占很小的一部分，约15%左右。美国能源署统计约85%的耗电则转化为热量，通过风冷或者水冷的方式排放到空气中去。我司的空压机也是一样的，将空气压缩机产生的热能排到空气中，目前还没有回收利用。

2.2.2 空压机余热处理分析

空压机运行时多余的热量如果不排放出去，一方面会影响空压机的正常工作，如高温报警、使用寿命缩短，甚至烧毁；另一方面会影响压缩空气的质量，如压缩空气温度过高、增加冷干机工作负荷等。

但是，多热如果直接排放到大气中，一方面浪费了大量的热能，另一方面则加剧了大气的“温室效应”，造成热污染。

2.3 空压机热回收工程原理和图纸

螺杆空压机的工作原理是由一对相互平行啮合的阴阳转子（或称螺杆）在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，从而实现空压机的吸气、压缩和排气的全过程。

螺杆空压机节能系统就是利用热能转换原理，把空压机散发的热量回收转换到水里，水吸收了热量后，水温就会升高。使空压机组的运行温度降低，不仅提高了空压机运行效率，延长空压机润滑油使用寿命，回收的热水还可用于员工热水洗澡、锅炉补充水、金属涂装清洁处理，从而降低了企业为福利生活用热水、工业用热水而长期支付的经营成本。

产生热水系统：空压机房内水箱里的水经过热回收机后，温度上升。当产水端水箱水位达到正常位后，而温度没有达到设定值的上限（上限80 ℃，可调范围为40 ℃ ～ 80 ℃），产热水系统正常运行制热，反之则停止运行。温度上升到设定温度后，输水系统开始工作（具体见图1）。如果冲凉房及宿舍楼顶的水箱水位均达到设定水位，那么当循环水箱的水位及水温达到设定值后，热回收机和循环水箱之间的水泵停止，产生热水的系统停止工作。

空压机房水箱里的水温达到要求温度后，只要集中冲凉房和宿舍楼的任一水箱水位低于设定下限值，输水泵启动，热水送入低水位水箱，高液位的水箱通过浮球阀来控制水流通断。只有当所有水箱水满后（达到设定水位），整个系统停止工作。其中宿舍楼水箱水温低于设定值时，出水口打开，水放入自来水下水管。

2.4 空压机热回收余热利用分析

图1 空压机热回收系统

2.4.1 螺杆空压机余热回收系统热水量产生（表1）

表1 空压机余热回收系统热水量产生表

万江工厂在一厂和二厂都分别设有空压机房，两机房的供气可通过管网互通。由于一厂空压机基本都是小功率的老旧设备，而且热水管道敷设困难，所以本方案计划从二厂空压机取热。二厂空压机设备情况如表2。万江工厂的空压机热回收完全符合要求。可以选取设备型号为MH110SE，其功率为110 kW。

表2 万江二厂空压机设备情况

2.4.2 螺杆空压机余热回收系统产热水量计算

※150HP（110 kw）空压机；

※运行时间24 h；

※温度提升20℃～60℃（产水量见表）；

※每个员工50L/天；

产水量Q=24小时/天×2.48m3/天=59.52m3/天=59 吨/天；

水员工N=59m3÷50L/人=59000L÷50L/人=1180人；

150HP（110kW）空压机运行24小时可满足1180人用水。

万江工厂用水需求（宿舍入住情况，表3）。

万江宿舍A楼、B楼员工约1180人，150HP（110 kW）空压机运行可满足要求。

2.4.3 不同供热方式使用成本对比（表4）温度提升40 ℃（20 ℃ ～ 60 ℃）

表3 万江工厂宿舍用水需求

3 空压机余热回收的影响

3.1 安装空压机余热回收系统的好处

3.1.1 安全、卫生、方便

螺杆空压机余热回收系统与燃油锅炉相比，无一氧化碳、二氧化硫、黑烟和噪音、油污等对环境的污染。一旦安装投入使用，只要空压机在运行，企业就随时可以提取到热水使用。安全、卫生、方便，经济实惠。

3.1.2 高空压机的运行效率，实现空压机的经济运转

螺杆空压机的产气量会随着机组运行温度的升高而降低。在实际使用中，空压机的机械效率不会稳定在80 ℃标定的产气量上工作。温度每上升1 ℃，产气量就下降0.5%，温度升高10℃，产气量就下降5%。一般风冷散热的空压机都在88 ℃ ～ 96 ℃间运行，其降幅都在4～8%，夏天更甚。安装螺杆空压机余热回收系统的空压机组，可以使空压机油温控制在80 ℃ ～86 ℃之间，可提高产气量8%～10%，大大提高了空压机的运行效率。

表4 不同供热方式效果比较

3.2 空压机余热回收系统特点

压机原有冷却系统与空压机余热回收系统是两套完全独立的系统，使用者无须担心由于空压机余热回收系统的原因而影响空压机的运行。两套系统的切换自动控制，在空压机余热回收系统未启用时，空压机使用机身自带冷却系统；当余热回收系统启动时，系统可自动切换至余热回收系统。

全自动控制系统，无需人为操作，控制系统会根据温度、水位的情况做出判断，自行决定换热方式。

3.3 热回收节能效果及投资收益分析

东莞生益电子有限公司现在的运行费用如下：

（1）2013年所用液化气费用约为14万元（供冲凉房及厨房洗碗热水的2台常压锅炉制热用）

（2）宿舍楼员工按1100人计算，每人取85℃热水15L计算，每年约23.6万元用于冲凉1100*70%*0.015* （85-25）*4.2/3.6*365*0.8≈23.6万元

那么每年用于冲凉的费用是：14+23.6=37.6万元。

（加热热水需要的热量：P = Q×△T×4.2 ÷ 3.6，其中P：需要的能量（kWh），△T：温差（出水温-进水温），Q：热水量）

改用空压机余热回收后，运行费用只是循环马达在输水时的费用，0.75kW的循环水泵每年运行6000小时，每年费用：6000H*0.8kW*0.8元/kWh= 3840元.输水水泵每天运行2.8h，每年费用（350天计）=4kW/小时*2.8小时/天*350天/年*0.8元/kWh=3136元，每年费用：3840+3136=6976元 。

收益情况：改用空压机余热回收后，每年可节约费用：37.6-0.7*2=36.2万元

4 空压机热能回收前期投入

4.1 空压机热能回收需要的设备

4.1.1 能量回收主要的设备

空压机热回收机：通过回收冷却水系统中的散热量，用于加热、预热生活热水或生产工艺热水，不但可以实现废热利用，减少冷凝热对环境产生的热污染，又可减少冷却塔的运行费用和噪声。

高压油管：油管由钢丝缠绕骨架层和内外耐油、耐腐蚀合成橡胶组成高压，用于热回收热量的输送。

膨胀水箱：一个钢板焊制的容器，用于储存热水。

控制器PLC（或者控制器变频器）：按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置，用于热回收系统的控制。

热水泵：抽取地热水的必备设备，用于热回收机产生的热水及时回收到水箱。

4.1.2 能量回收辅助设备

管道、阀门、传感器、电缆及控制电缆、双向调节阀、杂项配件及辅材。

4.2 空压机热回收装置需要的预算（表5）

4.3 投入和收益情况

空压机热能回收一次性投入资金相对较大，约需62万元。但改用空压机余热回收后，每年可节约费用36.2万元，运行2年就可以回收投资了。

5 总结

从长远来说，空压机余热回收机是企业解决员工生活所用热水的最佳设备！零加热成本，节约见效快：空压机余热回收机本身是一种余热利用设备，在加装中，并没有增加对空压机本身的负载，利用空压机废热能来生产热水。只要工厂在生产，空压机就是运行的，空压机在运行余热利用热水器有热水产出。

表5 空压机热回收系统费用

总而言之，回收空气压缩机废热用水方案，既解决了空压机冷却散热的难题，又为职工提供了洗浴用水，充分利用了余热。节约了一次能源，一次投资就可以源源不断地得到洗浴热水，节省了企业大笔的运营费用。

曹武强，设备动力部任职。

Air compressor heat recovery

CAO Wu-qiang ZHANG Cheng

This paper has combined the present situation of large amount of heat loss and waste air compressor in Wan Jiang factory of Dongguan Shengyi， put forward a kind of waste heat utilization scheme. Air compressor heat recovery is a new type of high efficient waste heat utilization equipment. By recycling air compressor heat for heating domestic hot water we can save energy and save cost.

Air Compressor； Heat； Energy Saving

TN41

A

1009-0096（2015）11-0066-05