空压机余热回收自动控制技术的应用

夏明祥

摘 要

本文作者根据自己多年来的工作经验，对空压机余热回收自动控制技术的应用展开了阐述，分析了空压机余热回收自动控制技术的实用性和科学性。

【关键词】空压机余热回收；自动控制技术；应用

1 工程背景

空气压缩机是利用电能将空气压缩使之作为一种动力源的设备，在工矿企业中应用十分普遍， 配套电动机的容量一般较大，且大多是常年连续运行的，故节能的潜力很大。

目前常见的压缩机有活塞式、螺杆式、离心式，不论哪一种工作方式，压缩机单位时间内产气量是一定的，目前压缩机都采用上下限控制或启停式控制，也就是说，当气缸内的压力达到设定值的上限时，空压机通过本身的压力或油压控制进气阀，这种工作方式频繁出现加载卸载，而且对电网、螺杆空压机本身都有极大的破坏性。

现针对其进行余热回收改造，通过热能回收机进行热能回收，用于公司员工洗浴热水。本项工程不但减少了空压机原有风冷或水冷系统能耗，而且大大降低了企业为解决员工生活热水等长期所承受的经济负担，还减少了厂区二氧化碳的排放量，可谓一举三得。

2 技术方案

一是空压机热能回收系统基本原理；二是空压机热能回收系统原理。

螺杆式空压机长期连续工作过程中，把电能转换为机械能，机械能转换为热能，在机械能转换为热能过程中，空气得到强烈的高压压缩，使之温度骤升，这是普通物理学机械能量转换现象，机械螺杆的高速旋转，同时也摩擦发热，这些产生的高热由空压机润滑油的加入混合成油、气、蒸汽排出机体，这部分高温油/气流的热量相当于空压机输入功率的3/4，它的温度通常在80℃（冬季）～95℃（夏秋季），这些热能都由于机器运行温度的要求，都被无端地废弃排往大气中，即空压机的散热系统来完成机器运行的温度要求。螺杆空气压缩机余热再利用装置并非简单和传统的冷热交换形式，采用同程截流式反串使冷热交换效果大增到1.8-2.0倍。产出的热水可提供生产车间员工生活用水。

3 余热回收控制过程

空压机原有冷却系统与余热利用技术是两套完全独立的系统，使用无须担心由于系统的原因而影响空压机的运行。

当热交换机开启时，空压机依靠余热回收系统及自带风冷散热，余热回收只是吸收空压机的多余热量，空压机的运行温度保持在85度左右；

当热交换机没开启时，空压机依靠自带散热系统散热；（两套系统的切换由电磁阀控制，当空压机停止运转或者不需要产生热水的时候，电磁阀就会切断余热交换机组的冷水供水，空压机原来的冷却系统正常散热（当空压机停止工作时，进油温度会迅速下降，热交换机通过迅速下降的油温来回馈信号给热交换机PLC，让热交换机停止工作，防止冷水进入管道。）；当空压机再次开启（根据进油温度的变化控制热交换机的开启），或者需要补充热水的时候（通过液位仪来给信号给热交换机PLC），电磁阀自动开启，冷水继续进入余热交换机组进行加热），在余热利用系统未启用时，空压机使用机身自带冷却系统；当余热利用系统启动时，电磁阀自动切换至余热利用系统；当系统出现故障时，系统自动切断，空压机原有冷却系统照常工作。 空压机余热回收系统与空压机的油管连接并没有改变空压机本身的结构，并不会对空压机运行造成影响。

4 设备配置清单

序号 品名 规格 单位

1 控制系统 -- 1

2 热交换机 250KW适用 4

3 水处理设备 — 1

4 不锈钢水箱 100T 1

5 立式泵 -- 6

6 运输安装调试

（辅材） -- --

5 空压机余热再利用热水工程的优点

a.简洁、可靠、安全、维护少

采用低阻技术设计的空压机热能回收器极大地保证了空压机系统的正常运行，安装前后空压机系统的阻力几乎没有增加。简洁、可靠的热能回收系统，让你免除后顾之忧。安装余热回收系统后，空压机控制系统不变，工作性能不变，操作维修方式不变。余热回收系统如有任何故障，甚至余热回收系统停水、停用时，原空压机系统不用停机切换即可照常运行。

b.全优设计、高效节能，余热回收效率高

空压机余热回收设备具有独特、新颖、高效的特点，安装空压机余热回收系统后，空压机的冷却风扇可以完全停转，而空压机可以在工作温度较原来低的状态下稳定运行。同时，冷干机的负荷可以降低，除水效果更好。

实际上，由于油管、油气桶没作保温处理，他们会将5%左右的热能散发到周围环境。对于油气余热双回收型热能回收系统，实际能达到的余热回收效率为空压机有效功率的95%。对于单油型余热回收系统，实际能达到的余热回收效率为空压机有效功率的70%。

c.冷水直热、智能控制

采用独特设计的直热方式：可以将5℃冷水直热到70℃，温升达到65℃，而空压机出口温度正常稳定运行在75～90℃合理范围之内。

余热回收器的出水温度可根据用户的需要设定调节，设定好后，可保持出水温度恒定。

d.根据保温水箱温度高低，冷、热水循环自动控制，水位高低自动控制。

降低空压机温度，延长空压机零部件的使用寿命：

安装空压机余热回收设备后，可显著降低空压机排气温度，有效改善空压机运行状态，减少了机器故障，延长了设备使用寿命，增大了机油、机油过滤器、油气分离器更换时限，降低了维护成本。

e.智能控制风扇开停，余热回收最大化

余热回收系统通过油温控制空压机冷却风扇（或者冷却塔、冷却水泵）开停，可以最大限度回收空压机余热。同时，由于空压机冷却风扇停用，可节约冷却风扇用电1.1-5kW。

f.零运行费用，经济效益显著

余热回收设备运行过程中只需要控制用电，不需要任何其它费用，并且还可提高空压机的运行效率，节省空压机冷却风扇用电。

6 工程投资方案比较

根据现场得知空压机实际运行功率（加载）空压机加载功率=1.732×10kV×13.8A=239kW

高温油的热量相当于空压机输入功率的3/4即179kW

1kwh=1000*3600J=3 600 000 J=3600kJ

1J=0.239cal

则一台250KW空压机每小时浪费的热量为：179*3600000*0.239=154011.6 kcal

一年浪费的热量为：154011.6*24*365=1349141616 kcal

单台250kW空气压缩机配套热能转换机采用单油回收系统（热量回收70%）：

春季进水温度为10℃，满负荷运转每小时产生55℃热水为2.4吨左右；

夏季进水温度为30℃，满负荷运转每小时产生55℃热水为4.3吨左右；

秋季进水温度为20℃，满负荷运转每小时产生55℃热水为3.1吨左右；

冬季进水温度为5℃，满负荷运转每小时产生55℃热水为2..1吨左右；

根据公司实际需要洗浴的人数800人计算，按照每人每天洗浴及其他生活用热水100L计算，每天实际消耗热水80吨。空压机运行温度75～90℃之间，不会影响空压机正常运转，只是吸收多余的热量。洗浴热水温度为40-45℃，考虑管道损失，热交换机出水可设定为55℃左右。空压站旁边需增加一个50～100m3保温水箱。根据客户现场空压机使用工况，单台250KW空压机冬天产55℃热水为2.1吨。按照实际加载20小时计算，单台设备每天最低可产生热水42吨。考虑客户备用机，以改造四台设备为宜。浴室冬天供暖，考虑需要循环水，需要单独改造一台设备供供暖使用，供暖采用循环水系统。让浴室供暖用热水与空压机余热交换机持续循环，浴室内循环水温度不低于60℃。

综上，改装四套空压机余热回收系统用来代替锅炉，以满足日常生活热水使用的需求，两套用来制取热水，一套用来浴室的保暖，一套作为备用。四套空压机余热回收系统用来代替锅炉，以满足日常生产热水使用的需求，两套用来制取热水，一套用来浴室的保暖，一套作为备用。公司锅炉外包年耗费43万元，新上余热回收系统能够替代锅炉，年节约费用约43万元。

工程改造设备一次性投资约70万，安装费10万。预计两年回收成本。

7 经济及节能效果估算

空压机在生产过程中产生大量的热，约占其消耗的电能的80%左右，具有很大的回收利用价值。本项目空压机余热回收系统选用42m3/min螺杆空压机4台。正常情况下42m3/min三台工作，一台备用。其每年的产热量相当于288×104kW.h的电能，空压机产生的废热综合利用，回收热能年折标煤67t。每年产生的经济效益为43万元。

作者单位

安徽省庐江龙桥矿业有限公司机械动力部 安徽省庐江县 231500