北方某烟厂利用螺杆空压机余热提供生活热水的案例分析

杨唯

（中国烟草总公司合肥设计院 合肥 230051）

摘要：螺杆空压机余热的有效利用在节能环保的今天有着重要的意义。本文就螺杆式空压机节能装置工作原理进行简单介绍，通过工厂热水使用情况及耗能计算，利用空压机节能装置产生热水计算与成本计算，分析北方某烟厂利用螺杆空压机余热提供生活热水的意义。

关键词：烟厂；螺杆空压机余热；生活热水；案例

一、螺杆式空压机节能装置工作原理简单介绍

螺杆空压机在工作时，空气压缩过程中会产生高温油（有油螺杆空压机）或者高温气（无油螺杆空压机）。空压机主机内部对高温油或者高温气的冷却是采用主机内的冷却器和室外的冷却塔系统组成的冷却系统进行的。其过程是将高温油或者高温气通过主机内的冷却器降温，冷却水通过冷却器带走热量，再通过室外的冷却塔将热量排放到大气中。

根据空压机生产厂家的统计，用于增加空气势能所消耗的电能只占运行功率的15%左右，85%的电能转化为热能，通过空压机机壳和冷却器排放到大气中。通过技术改造，这部分能量80%是完全可以回收的。

空压机节能装置就是通过热回收技术改造，将空气压缩过程中产生的高温油或者高温气，从空压机主机引出来，通过节能装置内部的一个换热器降温后再引回去空压机主机，原有的主机内部冷却系统保持不变。而需要加热的水则通过节能装置内部的这个换热器，带走热量并提高自身的温度，加热的水温可达70℃。

简单的说，空压机节能装置就是一个利用空压机的废热作为动力源的热水加热机组。

二、 工厂热水使用情况及耗能计算

1、工厂设计有四个用热水点，三处是浴室用热水，一处是食堂用热水。

（1）动力中心浴室设计小时热水量（最大时）：8m3/h。

（2）办公楼浴室设计小时热水量（最大时）：13m3/h。

（3）联合工房浴室设计小时热水量（最大时）：20m3/h。

（4）食堂热水设计小时热水量（最大时）：2m3/h。

注：热水需要温度按400C计算，冷水温度按40C计算。

2、工厂需用热水耗能计算

（1）全厂热水最大小时耗热量计算公式： Q=cG（t2-t1）

Q：全厂热水最大小时耗热量（kJ/h）

t2：热水温度（0C） t1：冷水温度（0C）

c：水的比容常数：4.187KJ/（KG ℃） G：热水量（KG/h）

Q=cG（t2-t1）=4.187x（8000+13000+20000+2000）x（40-4）KJ/h

=6481476KJ/h

Q=6481476/3600=1800KW （1KW=3600KJ/h）

（2）全厂全天热水耗热量计算

工厂浴室、食堂用热水按3班计算，每班按一小时耗热水，一天耗40℃的水量G1为：

G1=（8000+13000+20000+2000）x3kg=129000kg=129吨

Q1=cG1（t2-t1）=4.187x129000x（40-4）/3600KW=5400KW

置备热水一天耗能为5400KW，约合蒸汽耗量7.71吨，考虑到换热器的效率，实际需耗蒸汽约8.5吨。

三、利用空压机节能装置产生热水计算

1、工厂目前有4台2500kw的无油螺杆空压机，正常运行最少需要2两台工作。

2、安装空压机节能装置后节约的能耗计算

（1）单台250KW的无油空压机每小时可以回收的热量为：

q=250×70%=175KW

（250KW的无油机可以回收热量按功率的70%计算）

单台每小时产40℃热水量为：G=q/c（t2-t1）=（175x3600）/4.187x（40-4）=4180KG

（2）2台250KW的无油空压机每小时可以回收的热量为：q1=2x175=350KW

2台每小时产40℃热水量为：G1=q1/c（t2-t1）=（350x3600）/4.187x（40-4）=8360KG

（3）以工厂平均每天2台250KW的无油空压机工作16小时计算，空压机节能装置一天可产40℃的热水量为8.36x16 =134吨，一天可节能16x350=5600KW，约合蒸汽耗量8吨。

四、利用空压机节能装置制备热水的方案

在空压站内，安装2台250KW的空压机节能装置，其利用的空压机废热一天可连续产生134吨的40℃热水。而工厂每天需用的40℃生活热水量是129吨。可见，工厂使用2台250KW的空压机节能装置，其产生的热水完全可以满足工厂生活用热水的需求。

将空压机节能装置产生的热水集中收集到一热水箱中，作为浴室、食堂的热水供应。考虑到空压负荷的不稳定及停用等情况，可在热水箱上设置其他的辅助加热方式，确保热水用户的用水需求。

工廠用水的特点是工厂单班8个小时需用40℃的热水量是43吨，但必须是在一小时集中使用（浴室用水的特点及生产管理的安排），一天集中用水三次，共需要129吨热水。空压机节能装置每小时产生的热水是8.36吨，一天工作16小时可以产生40℃的热水量是134吨。为了最大程度的利用空压机节能装置产生的能量，并且为均衡空压负荷变化及用水不均衡的影响，浴室必须设置足够容积的热水箱。

为了有效减小热水箱的容积，可以将空压机节能装置的出水温度控制在70℃，热水箱的温度也是控制在70℃。用户温度的调节在出水点进行。

五、经济成本计算

1、设备投资：

1台250KW的无油空压机的节能装置投资费用为40万（厂家报价），2台250KW的无油空压机的节能装置投资费用为80万，加上水箱和循环泵组系统，费用约100万。

2、节约的蒸汽费用

工厂一年节约的蒸汽为360天x8吨/天=2880吨

蒸汽以300元/吨计算，工厂一年节约蒸汽的费用为：300x2880=864000元

由此可见，如果新增加2台250KW的空压机节能装置，一年多就可回收投资成本。

六、社会、经济综合效益分析

1、将原来排放到大气中的能耗利用起来，既减少了本身对环境带来的热污染，同时也相应减少了锅炉房对环境的污染，有利于改善环境。

2、节约了烟厂一次能源的消耗，降低企业生产成本。一年可减少工厂的能耗开支达80多万人民币。

3、空压机节能装置是近几年才发展起来的，目前已经成熟，各大空压机生产厂都有相应的部门专门研究推广。卷烟厂和复烤厂一般都有规模较大的浴室和容量较大的空压机，在这样的条件下实施空压机节能装置，其性价比最高。

七、空压机节能装置和太阳能辅助电加热供热水方式比较

1、太阳能辅助电加热供热水方式

太阳能辅助电加热供热水方式较空压机节能装置供热水一次投资大。当阳光不足时，太阳能辅助电加热供热水方式主要依靠电能，运行成本较高。屋顶占用的空间较大，维修麻烦。

它比较适合无其他节能措施的场合。相对于纯电加热方式是经济的。

2、空压机节能装置供热水方式

空压机节能装置是将高品质的能量转化成低品质能量的过程，所以效率高，运行成本低，只有循环泵的电耗，本身无其他一次能源消耗。热水换热机组只是补充，基本是备用状态。它可以满足全天候供应热水的要求。和空压机布置在一起，站地面积小，操作方便。

比较适合于有一定空压机的容量，并可以长时间运行的地方。

八、 结束语

随着我们国家经济的快速发展，节能降耗是企业发展必须解决的重要问题。工业生产离不开能耗，我们在考虑提供合适能源的前提下，还必须考虑所用能源对环境产生的影响，尽量减少一次能源的耗量。另一方面，我们还要树立能源利用循环圈的理念，将一次能源的产生的余热，尽可能的在其他方面进行利用。利用工厂空压机的余热提供生活热水，就是这样一个很好的范例。