生物制药企业空压站余热回收的可行性

曹严亮 唐正刚 李守军 苏德华

摘  要：文章从兰州生物制品研究所有限责任公司L501车间空压站螺杆空压机的运行现状、空调系统的运行特点出发，结合当前的余热回收技术等方面提出了将空压站余热回收后用于空调新风系统预热这一设想，并对此设想进行了可行性论证和经济性分析，同时倡导并追求绿色能源高效回收和循环利用的理念。

关键词：空压站;余热回收;能耗

中图分类号：TQ460.5        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）06-0085-02

引言

能源問题已经是世界性的主要议题，为了减缓能源紧缺这一社会性困境，每个生产制造型企业都有义务也有责任减少能源的浪费。就目前的情况来看，我们无法停止能源的继续使用，也无法挽回已经变暖的气候。但是有一点可以肯定，在保持可持续发展的前提下，用能企业可以突破固有的、传统的用能方式，有效利用先进的科学技术，将制冷或加热设备后剩余的“高位能源”回收后继续使用，再次发挥此部分“剩余能源”的价值，提高能源的利用率来减少能源的无效消耗或至少可以维持目前的状况。尤其对生物制药企业来说，有效开展节能减排是降低企业运营成本，增收节支工作的迫切需求，也是响应国家政策和履行企业社会责任之举。

1 车间空压站运行现状

兰州公司L501车间现有两台互相切换使用的空压机24小时不停歇工作，共用1台轴流风机用于排出设备的压缩热及压缩空气的冷却热，该部分热量即使在设备自身冷却风机及机房轴流风机的双重驱使下仍无法通过风道有效排至室外，热空气在导风罩内积聚，逸散至机房局部环境之内，回流后被空压机再次吸入，此过程长年累月地进行着恶性重复，不仅造成能源的大量浪费和环境的热污染，还增加了排热成本，更使得空压机的运行状态每况愈下（机体表面最高温度经实际测量已超过60℃），甚至频发一系列报警（恶劣气候一级吸气温度超过45℃，排气温度超过200℃，二级排气温度最高超过220℃）而自动停机，进而造成空压站的运行中断，影响车间的计划生产及公司的正常运营。

2 余热回收初步设想及原理

2.1 初步设想

为了追求绿色能源高效回收和循环利用，经过多次现场勘查测试、采集数据及理论分析，本文提出对L501车间空压站排风系统的余热回收，即在冬季以换热器和乙二醇溶液作为换热媒介将空压机排风侧的热量通过换热器传递给乙二醇溶液，提高乙二醇溶液的温度，然后通过循环泵将被加热的乙二醇溶液输送到空调系统新风侧的换热器中，提高新风温度，减少系统的负荷和整个空调系统的运行成本，实现能源回收利用。此设想既是节能减排工作的具体落实，也是降低设备运行风险、延长设备使用寿命有效举措。

2.2 余热回收原理

冬季工况下，空压站较高温度的排风（大于35℃）经过热盘管后，将盘管内部的乙二醇溶液由27℃，加热至30℃，此时被加热的“高温”的乙二醇溶液经水泵输送到预热盘管处，预热盘管与新风进行换热后，将此部分热量释放至新风，以此完成对新风的预热，图示（图1）的工况35℃的室内排风可以将-5℃的新风预热至15℃，接近20℃的温差的热量，由热回收系统节省。此过程中，水泵推动乙二醇工质流动，传感器检测各处的乙二醇的温度，流量等，但在室外新风温度比较高的时候，此时温度传感器将检测到的温度进行反馈，由自控系统控制三通阀的开度，减少进入新风预热盘管的乙二醇溶液的流量，由此将预热后新风温度控制在比较高的精度，满足送风温度的要求。

3 可行性分析

（1）据大量文献及学术研究成果记载显示，无油螺杆空压机制得的压缩空气洁净无油，但是，真正被用来增加空气势能消耗的电能仅占总消耗电能的10%-20%，大约有80%-90%的电能转换为热量，其中75%是可以利用的，相当于轴功率的60%，此部分热量最终以余热形式被排放到大气中，不仅造成了能源的极大浪费而且产生了大气的废热污染。

（2）对于压缩空气而言，在输出压力不变的情况下，吸入口温度每升高4℃，能耗将增加1%左右（因为冷空气的吸入可带来更有效的压缩）。

（3）结合本车间运行的周期性，空压站及空调系统24小时全时开机持续运行，机组的能耗非常巨大，乙二醇热回收系统如果以70%以上的热回收效率，可以节省巨大的能耗，为企业带来直接可观的经济效益。

（4）热回收系统通过盘管对乙二醇进行循环，送风排风没有任何接触，不存在任何交叉污染。

（5）热回收系统可以将两台空压机散布的排风集中起来进行热回收，水路系统具有很大的灵活性，管路的施工可根据现场情况灵活布置，简洁高效且对距离不敏感。

（6）本地区冬季室外新风平均温度低于0℃，空压站排风温度平均在35℃左右，利用排风温度与新风温差较大这一特点，实现换热的高效性。

（7）乙二醇溶液冰点较低，可利用这一物理属性，将冷侧乙二醇溶液盘管安装于新风表冷器的前端，对新风预热后降低了表冷器冻伤的风险。

4 回收经济效益分析

通过专业的热力计算或节能选型软件对每一种温度工况的计算，可以得到在每种工况温度下，新风可以被预热多少度及单位风量可以节省的热量。本应由相应的热水机组或蒸汽或电能所提供的热量，此时被乙二醇热回收系统回收，从而达到工况要求。根据不同的需求，可以精确计算出为了提供这些热量需要付出的“代价”（即热水机组的电费，蒸汽的费用等），从而直接算出节省的经济效益。

以公司L501车间空压站热回收为例，Q=C·M·Δt= C·M·（t2-t1），其中：

Q指乙二醇回收的热量，单位为焦耳（J）;

C指乙二醇的比热容，25%浓度的乙二醇查得资料后为3.8×103J/kg·℃;

M为质量流量，拟取体积流量为15m3/h，乙二醇密度查资料后为ρ=1.03×103kg/m3，则每小时的质量流量为15m3/h×1.03×103kg/m3=15450kg/h。

？驻t为乙二醇溶液经新风后的前后温差，即t2指乙二醇通过新风前的温度，t1指乙二醇通过新风后的温度，结合本地区预热季（每年10月至次年3月）的平均气象条件及换热器的平均温差，拟取？驻t值3.0℃。

按照上述计算公式得出：每小时回收的热量Q=3.8×103J/kg·℃×15450kg/h×3.0℃=176130J/h，1kW·h=3.6×106J，1J=1W·s，1h=3600s，折算成千瓦为单位，为48.925kW。

若电能转化效率按照90%计算，则每小时回收的热量相当于耗电48.925/0.9=54.36kWh。

若热回收仅按预热季（每年11月至次年4月）计算：共6个月（180天），平均电费以0.55元/度计算，则可省电费：54.36×0.55×24×180=12.92万元/年。

5 结束语

对国有企业来说，随着重点耗能设备余热回收技术的推广和应用，不仅有利于企业节约运营成本，提升市场竞争力，获得良好的经济效益和环境效益，同时又符合国家关于转变发展方式、节能减排的发展思路，更是国有企业重视能源精细化管控和履行企业节能减排这一社会责任的重要体现。当然生物制药企业余热利用技术不仅限于此，随着科技的发展必将会有更加有效的回收利用技术出现，因此我们有理由相信，未来更加多元和先进的余热利用技术必然对生产制造型企业的运营和效益模式带来深刻的变革。

参考文献：

[1]张艳君，王晓慧.浅谈空气压缩机的选择及节能措施[J].甘肃科技，2008（8）.

[2]陈海燕.空压机的节能改造[Z].中国外资，2010，18：57.

[3]叶校圳，张晓东，陈诚忠.空压机系统的节能技术改造[J].中国设备工程，2010（08）.