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空壓機余熱回收利用原理及效益探討添加時間:2016-04-02
 

隨著機械工業的迅速發展而引發的源能危機和環境污染,已成為世界各國急待解決的嚴重問題。我國對環保工作越來越重視,節能減排被作為政府的重要工作來抓。

作為生產企業不可缺少的設備,工礦企業耗電量較大的往往是空壓機,并且經常占到全廠用電量的50%。經測算,空壓機年耗電量約為全國工業用電量的9.6%。空壓機在重點應用領域的耗能更是驚人,其中煤化工、石化、化肥、電力、冶金等行業中,空壓機的耗電約占6%以上,氮氫空壓機的耗電占合成氨裝置電耗的70%;乙烯“三機”(裂解氣空壓機、乙烯空壓機和丙烯空壓機)的耗電占乙烯裝置電耗的30%以上,一套10萬空分裝置中配套的泵、風機、空壓機的用電近8萬千瓦。

我們知道,空壓機在運行時要產生大量的熱量,風冷機組要把熱量排入大氣中;水冷機組要通過冷卻塔把熱量排入大氣中。根據美國能源署統計:空壓機在運行時,真正用于增加空氣勢能所消耗的電能,在總耗電量中只占很小的一部分15%,大約85%的電能轉化為熱量,通過風冷或者水冷的方式排放到空氣中。

空壓機的熱量如果不排放,將影響空壓機的正常工作,影響壓縮空氣的質量。當然,這些熱量如果直接排放掉,不僅浪費了大量的熱能(可惜)又加劇大氣“溫室效應”,造成熱污染。其實對于這些被浪費的熱量,采用空壓機熱能回收技術,這些看似多余的熱量,其中有很大部分是可以被回收利用的!

如何利用好這些余熱,是企業節能減排的重要工作,可為企業創造良好的效益同時,也能為保護環境盡一份力。

經濟效益分析

空壓機通過風冷卻器或水冷卻器向大自然排放大量的廢熱,如果我們用電熱水器和柴油鍋爐加熱這些熱量所需的電費和油費來計算,就可以清楚地知道這些廢熱的價值。

下面我們用一臺100HP(75kW)的空壓機,一天工作8小時,一年工作300天來計算。

100HP空壓機,功率75kW,油流量75L/min,油溫度80℃,冷卻后溫度為58℃

產生的熱量:75×(80-58)×0.45×0.85×60=37868kcal/hr

1、用電熱水器加熱空壓機一年所產生的這些熱量所需金額,按0.8元每度電計算,電熱水器的效率為80% 則需要用:

1度電=1千瓦小時=860.42千卡

37868千卡÷(860.421千卡/度×0.8)×0.8 元/度=44元/小時

按一天工作8小時,一年工作300天計算:44×8×300=105600元

2、柴油的熱值為每公斤1×104千卡,柴油鍋爐與熱交換器的總效率以0.75計算,則柴油通過鍋爐的燃燒取得的有效熱值約為每公斤柴油7,500kcal。要產生37868千卡熱量需要5公斤柴油。

按一天工作8小時,一年工作300天,每公斤柴油5.5元計算

5公斤/小時×8小時/天×300天/年×5.5元/公斤=66000元/年

鍋爐的維護和管理還需要一個專職人員,按一年20000元算,一年的總費用為66000元/年+20000元/年=86000元/年。可見每年從空壓機浪費的能源折算成電費或油費非常嚴重,如果能夠把這些熱量利用起來,將創造不小的效益(見表1、2)。

空壓機余熱回收系統節能原理

螺桿空壓機的工作原理是由一對相互平行嚙合的陰陽轉子(或稱螺桿)在氣缸內轉動,使轉子齒槽之間的空氣不斷地產生周期性的容積變化,空氣則沿著轉子軸線由吸入側輸送至輸出側,從而實現空壓機的吸氣、壓縮和排氣的全過程。螺桿空氣空壓機在長期連續的運行過程中,把電能轉換為機械能,機械能轉換為風能,在機械能轉換為風能過程中,空氣得到強烈的高壓壓縮,使之溫度驟升,這是普通物理學機械能量轉換現象,機械螺桿的高速旋轉,同時也摩擦發熱,這些產生的高熱由空壓機潤滑油的加入混合成油、氣蒸汽排出機體,這部分高溫油、氣的熱量相當于空壓機輸入功率的25~30%,它的溫度通常在80℃(冬季)~100℃(夏秋季)。由于機器運行溫度的要求,這些熱能通過空壓機的散熱系統作為廢熱排往大氣中。

螺桿空壓機節能系統就是利用熱能轉換原理,把空壓機散發的熱量回收轉換到水里,水吸收了熱量后,水溫就會升高。使空壓機組的運行溫度降低,不僅提高了空壓機運行效率,延長空壓機潤滑油使用壽命,回收的熱水還可用于員工熱水洗澡、辦公室及生產車間采暖、鍋爐補充水、金屬涂裝清潔處理、無塵室恒溫恒濕車間及其它需要使用熱水的地方,從而降低了企業為福利生活用熱水、工業用熱水而長期支付的經營成本。

熱回收系統包含兩個組成部分:空壓機內部油路改造;外部加裝熱交換器。空壓機在運轉時產生的熱能通過回收系統回收,然后通過循環泵把熱水循環至保溫水箱,待需要熱水時直接通過熱水泵從水箱取熱水。熱回收系統是安裝在空壓機外部的系統,通過油管以及連接件與空壓機進行相連,再通過對空壓機的改造,可以滿足:

● 空壓機正常的工作油溫;

● 不破壞空壓機的正常工作;

● 整潔的外表,安全可靠的系統,保證系統穩定運行;

● 余熱利用,節能環保,減少溫室氣體排放,良好的經濟和社會效益。

空壓機余熱回收方式

空壓機余熱回收不僅節省了能量,而且還可以延長空壓機的使用壽命,減少了維修的幾率。但是空壓機余熱回收不是只有一種換熱方式,要選擇合適的換熱方式才會得到事半功倍的效果。空壓機最常用的余熱回收方式就是循環式和直熱式。

1、熱風直接回收利用

風冷空壓機的冷卻系統由空壓機內置油冷卻器、氣冷卻器、排風扇換熱器等組成。冷卻用空氣通過強制對流的方式對油和氣進行冷卻,從而保證空壓機的正常運行。由于機組的散熱,冷卻排風溫度通常比進風溫度高10 ℃~15 ℃。空壓站房設計時,空壓機冷卻熱風通常經風管接至室外,將該熱風經風管直接送至需加熱的場所是常用的余熱直接回收利用方式。

1.1 熱風用于車間的冬季輔助加熱。

當空壓站貼臨廠房建設時,空壓機的冷卻熱風可直接排放到車間內,用于車間的冬季輔助加熱。該余熱利用方式存在如下特點:建設或改造簡單,投資很小;余熱的利用存在季節性。該種余熱利用方式特別適用于中部地區,如江浙一帶,冬季車間不采暖,但氣溫又比較低。這種余熱利用方式在使用過程中應該注意噪聲對車間的影響。

1.2 熱風用于特殊房間的工藝加熱

在工業領域存在著需常年加熱的場所,如后處理車間的油漆房、烘干房等,且其使用時間和空壓站的啟停同步,此時可將冷卻熱風引至需加熱房間。此時余熱利用效率較高,不存在季節性。需注意的是,此時排熱風管一般較長,需另設引風機進行引風,且應在廠房建設時同步實施。

2、熱量間接回收利用

熱量的間接回收是指對空壓機內部的冷卻系統進行改造,并通過換熱的方式將余熱進行回收。與熱風直接回收相比,間接回收應用范圍更廣,利用效果更好,不僅可以用于風冷型空壓機,也可以用于水冷式空壓機。

經過濾除塵和除雜質后的空氣進入空壓機,在壓縮過程中與噴入的冷卻潤滑油混合,壓縮后的混合氣體從壓縮腔排出,經油氣分離器分離為高溫高壓的油和氣。為保證機器正常工作,高溫高壓的油和氣必須分別進入各自的冷卻系統進行冷卻,其中壓縮空氣經冷卻器、過濾器后進入使用系統;高溫高壓的潤滑油經冷卻器冷卻后返回油路重新使用。高溫高壓的潤滑油溫度在80℃~100℃之間,承載了余熱的大部分熱量,將油路系統進行改造,并通過換熱設備將熱量加以回收利用即為空壓機余熱的間接回收利用。根據工程經驗,潤滑油路系統可回收的熱量約占余熱的60%左右。新增的化熱設備及其附屬設施在工程被稱為熱能回收機組,現在各空壓機廠家基本都能提供該類產品。

該類余熱利用系統在工廠中有著廣泛的應用,尤其是在耗氣量較大的紡織、化纖等行業,空壓機的余熱可完全滿足整個廠區的工人淋浴用熱。

工程應用中,應用該系統需增加熱能回水機組,并對原有的淋浴用熱系統進行適當改造。因此,熱量間接回收利用系統有著如下特點:增加設備投資及改造費用;對設備占用場地有所要求;余熱利用可常年使用;余熱回收利用效率高,經濟效益顯著。

需注意的是,余熱系統的配置需對空壓機內部管道進行改造,因此余熱回收機組一般應由空壓機的供應商進行成套配置,或由其對既有機組進行改造,否則容易造成空壓機保修方面的糾紛。

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