空压站余热回收系统设计

张晓楠

（中国城市建设研究院有限公司，北京 100120）

引言

能源的高效利用关系到国家的可持续发展以及环境的综合治理和企业的成本控制。随着科技的发展，很多以前无法解决的能源控制问题，现在得以解决，很多以前不受重视的节能措施，现在备受青睐。空压机的余热回收利用就是其中一例。本文对空压站余热回收利用的优缺点进行了简单分析，并以某工程的空压站余热回收系统为例，简述了此系统的设计流程。

1 空压站余热回收系统简介

空压机的能源消耗在工厂总能源消耗中占很大的比例。以铸造厂为例，空压机的耗电量约占整个厂区耗电量的20%～30%[3]。因而压缩空气系统的节能对整个厂区的节能意义重大。

以螺杆空压机为例，其运行时的有效功率占其总电功率的15%～25%[4]，有效功率之外的损耗主要以热的形式散发到外界。当前的空压机余热利用，主要是依靠热能转换装置，将空压机的余热转化为热水，供应区域内各单位的采暖、生活热水或进行其他用途。

2 空压机余热利用的优缺点

2.1 空压机余热利用的优点

1）节约能源，运行成本低。空压机余热利用属于对废弃能源的重新利用，其消耗能源仅为循环泵所需电能，运行成本较低。2）有利于对空压机本身降温，提高空压机使用寿命。3）热量制备不受环境影响。

2.2 空压机余热利用的缺点

1）余热回收品位低。空压机余热回收系统产生的热水温度大都在40℃～70℃[3]。2）回收热量与空压机的运行工况有关，且最低负荷很难预测，故收回热量不稳定。3）需要增加初期投资，包括余热回收装置及相关管路。4）余热回收装置中的换热器部分要求设备质量高，否则换热器故障（泄漏）会对空压机本体产生损害。

3 空压站余热回收设计实例

某公司30万t铸件产业化基地项目一期工程的空压站，建设地点位于黑龙江省齐齐哈尔市；空压站为厂区单独建筑物。项目工艺用压缩空气的平均用气量为：153.8m3/min，设备入口工作压力为0.6MPa，三班运行。

3.1 空压站负荷计算

式中：

3.2 洗浴用热负荷计算

式中：

根据以上计算结果，共选用6台空压机，其中SRC-330DSW型水冷喷油螺杆空气压缩机，共5台，4用1备，单台空气压缩机额定排气量40m3/min，额定排气压力0.8MPa，电功率250kW/台；SRC-380DSWVB型变频水冷喷油螺杆空气压缩机1台，连续调节运行，单台空气压缩机最大排气量45m3/min，额定排气压力0.8MPa，电功率280kW/台[1]。HRS-COMP-300A型热交换器（空压机热能回收系统）6台（5用1备），每台热交换机的出热量为对应空压机功率的60%，故空压机热能回收系统的总出热量为768kW，根据以上计算的水专业洗浴最大热负荷1155kW，空压站满负荷运行1.5倍洗浴时间即可满足需求，其他时段的热量由屋顶的冷却塔排出。当空压机低负荷运行时，由水专业的电热水器作为辅助热源满足洗浴用热水的需求。

3.3 热水箱选型计算

式中：

计算得：V=1.2G=46.4t。

根据以上计算结果，选用2台热水箱，每台30m3，一用一备。空压站一层布置空压机、热交换机及辅助设备，热水箱布置在二层。空压机热回收系统及热水加压供水系统示意见下图。

空压机热回收系统及热水加压供水系统示意图

4 空压站余热回收系统技术经济分析

该项目已正式投产使用。根据建设方的反馈信息，空压站余热回收系统基本能保证该厂的洗浴用热。其节能量和静态投资回收期的技术经济分析如下。

4.1 节能量

厂区洗浴分三班，一、二班为大班，洗浴用热1155kW，时间为2h；三班为小班，洗浴用热为大班的50%，时间为1h。故每天洗浴用热为18 711MJ/d，空压站余热回收系统可保证14 968.8MJ/d。按年工作日251d计算，标煤热量29 307kJ/kg，每年可节省热量折标煤量128.2t。

4.2 静态投资回收期分析

分析只考虑热回收设备和当地电价，不涉及方案比较。

式中

A —单台设备初投资，25×104元/台；

n —为设备台数，6台；

Q —洗浴用热，1155kW；

h —每天洗浴用时，相当于4.5h/d；

η —电热器效率，取90%；

C —黑龙江工业用电基本价，0.936元/kW·h；

D —年工作日，251d/a；

t —项目静态投资回收期，a。

计算得，t=1.1年，故该空压站余热回收系统投产约两年后可收回成本。

5 结语

根据工程实例的技术经济分析可知：空压站余热回收系统相对简单，主要设备热交换器相当于油水换热器，结构简单便于维护，系统整体节能效果显著，短期内即可收回投资，在中大型空压站有较高的应用价值。