空压机余热回收利用节能研究

2018-07-02 09:32:40 焕能科技 163

本文阐述了空压机的余热回收概念,分析了目前国内空气机余热利用的技术瓶颈,然后,本文提出了空压机余热回收利用的初步设想与论证,最后,本文对空压机热回收可操作性进行了深入的分析。

  一、前言

  压机余热回收是指一款新型高效的余热利用设备,它是100%靠吸收空压机废热来把冷水加热的,没有能源消耗。作为一种新型高效的余热利用设备,主要用于解决员工的生活、工业用热水等问题,因为企业本身就现在用螺杆式空压机,只是增加了螺杆空压机的功用,为企业节省能源的消耗,从而节省大量的成本。

  空压机在国内的使用范围很广泛,其产生的热能的浪费现象也很严重,如何将空压机的余热进行回收,以便于能够合理、科学的利用这些余热成为近几年研究的热点。但是,空压机的余热利用情况确实比较乐观,因此,我们有必要进行深入的研究和分析,尽可能的提高其余热的利用效率。

  二、空压机的余热回收

  空气压缩机(简称空压机)是工业领域应用最广泛的动力源之一,被广泛应用于机械制造及其他需要压缩气体的场所。实际检测发现,空压机排出机体的油气混合物温度较高,如果热量不及时排出,会对设备造成严重的损坏,并影响产气效率。因此,将空压机产生的余热回收利用,既可以最大限度地回收能量,减少能耗,又能提高空压机的产气效率,延长设备寿命。

  空压机的余热一般指的是螺杆式空压机在生产高压空气过程中随之产生的多余热量。螺杆式空气压缩机在长期连续的运行过程中,空气得到高压压缩,温度骤升;同时,空压机螺杆的高速旋转也会摩擦发热,这些热量相当于空压机输入功率的25%,它的温度通常在80℃~100℃。生产过程中需要的只是空气的压力,这些热能作为副产品需要空压机的散热系统快速的冷却,以满足空压机正常工作的温度要求,如不加以有效利用,这巨大的热量就被白白浪费,并且在冷却的过程中还需要消耗额外的电能。

  空压机余热回收系统可以根据空压机的散热方式分为两种:风冷型空压机余热回收系统和水冷型空压机余热回收系统。

  三、空气机余热利用的技术瓶颈

  虽然现在大多数企业对空气机进行废热回收,在热负荷要求不高的情况下,利用板式换热器将空压机的废热进行回收处理,可以满足要求,但是,如果对热负荷要求大,水量要求高的企业,这种板式换热方法就不能满足要求了,再加上季节因素的影响,回收的效果是不理想的,因此要解决这个难题,就需要提高空压机废热的温度与热水流量,在空压机本身的温度是一定的情况下,如何迅速提高热水温度成为空气机余热利用的技术瓶颈。

  四、初步设想与论证

  1、初步设想

  (一)将空压机产生热能从空压机内部导引到空压机外部;

  (二)新增能量控制装置,提高空压机冷却水供回水温度,将收集后的热能通过转化进行利用;

  (三)新增板式换热器,通过板式换热器使软化水和自来水隔离,让软化水对自来水进行加热,将导引出的热能予以收集;

  (四)增加储水箱将利用回收后的热能循环加热自来水,用于职工洗浴。

  2、设想论证

  (一)空压机长期运转中产生高温的压缩气体,空压机一级转子出口温度190℃,二级转子出口温度160℃。降低空压机温度所需冷却水量为480吨。我们把这所谓的高温气体和液体进行对比性的换热,进行产生热水和降低空压机温度,改造时只进行水管连接,保证不造成漏油和漏水,不会对空压机造成损害;

  (二)能量控制装置主要作用为调节空压机进出水软化水温度,能够让软化水符合空压机运行要求,有利于热能的收集;

  (三)板式换热器具有传热效率高、结构紧凑拆洗方便、能实现纯逆流换热、不需要保温等优点,能够有效将收集的热能全运会传递给自来水,实现热能交换;

  (四)设计储水箱为30t,加热至55℃夏季需要5小时,冬季需要6小时,全天能产生55℃热水90t以上,每人洗浴需水80kg,可满足1100人洗浴。我厂现有职工不足900人。

  五、空压机热回收可操作性分析

  1、空压机热回收原理:

  大中型空压机一般都有油冷却系统,空压机工作时产生的热量(主要是摩擦热)通过其自身的油循环系统,将高温油运输至油冷却器,油冷却器一般是管壳式或风冷式换热器,其中管壳式换热器通过特定的冷却水将润滑油冷却,冷却水再通过冷却塔将热量传递给室外空气。另外,空气压缩机产生的压缩空气也是高温的,必须也要经过一个冷却装置后才能进入储气管用来使用。两部分热量加起来约等于压缩机输入功率的3/4,可以回收的空间很大。

  2、基本组成

  空气压缩机组中一般包含两个冷却器,油冷却器和空气冷却器,喷油型的压缩机一般油温和空气温度可达80~100度,在两个冷却器共用一套冷却水系统时(常用配置),每100kW输入功率需要冷却水1.5l/s,冷却水温升达到15度,由此计算需要带走的热量为70kW,因此,这部分能量全部回收用途有限,日常采暖及生活卫生热水需要的温度约为45~65度,与空气和油的温度差距为35~15度,符合换热的基本要求,完全是可以部分利用。为了不增加油和压缩空气的阻力,比较好的方法是更改冷却器的形式,英格索兰超级冷却剂分为高温段和低温段,高温段用来加热回收用水,低温段用传统的冷却水冷却。

  3、具体结构

  对于螺杆式空气压缩机,其热量分布在油和空气上,通常空气冷却器使用管壳式,空气在壳体内管外流动,阻力较小,水在管内流动,改造时只需要在水室内增加隔板,在封头部分增加进出水管,将部分换热空间用取暖用水代替即可,因为空气出口温度较低,所以大部分热量是无法回收的,为不影响压缩空气冷却效果,回收量控制在30%左右,应设计为多流程。油温一般在69~98度,通常采用板式或者套管式换热器,此类换热器也可以在订购的时候就要求多流程结构,增加部分换热面积用来进行热回收。目前的所有热回收系统都是冗余系统,考虑的热回收可能会有停止的时候,但是主机工作不能受到任何影响,所以设计时就要考虑即使热回收系统没有使用,主机也能通过现有的冷却系统正常工作。

  4、控制

  因原有的空压机系统都具有完善的控制系统,其功能是负责维护系统的正常高效运行,热回收系统是冗余系统,所以原有的空压机组无需做任何控制方面的改变。热回收本身的控制系统可以采用温度控制,通过监控热水箱温度来控制加热循环水泵运行,水泵运行时,即为热回收系统启动状态,当需要热水温度较高时,可以设定水温,增加循环次数。为了节能,防止压缩机未启动而水泵启动造成电力的浪费,可以通过测量排气温度的方法来作为确定循环水泵是否需要工作。

  5、热回收系统的组成

  热回收系统包括换热系统,加压系统,水源,以及保温保存系统。因为空压机的开关机并非是均匀的,与设备配置和工厂使用情况有很大关系,因此可以认为热源在单位时间内是杂乱的,但长期来说就是稳定的热源。同时采暖和卫生热水负荷也是不均匀的,因此为了缓和矛盾,必须有足够的保温保存方式,即保温水箱。

  6、经济性分析

  以每100kW的输入功率回收20%,即20kW计算,空压机配件空压机每天运行8个小时,5ax-g9m即可回收160kW的热量,可以获得45度的热水5.5吨,而使用锅炉制取同样多的热水需要消耗燃油15.4kg,如果按7.2元/kg计算,每日就可以节约111元,每年(240工作日)即可节约26640元燃料费用。而电锅炉同样的热水量最少也要每天200元电费,全年可节约48000元。由此可见,使用空压机的余热进行能源的再生成是可行的对策,也是极具有经济效益的方式,值得我们在今后的日子里进行深入的开发。

  六、结束语

  合理使用空压机产生的余热将为我们的生活提供更多的清洁的能源,同时,也能够让我们周围的环境变得更加的环保节能。随着空压机在国内越来越普及,更多的余热使用技术需要我们去开发,更好的节能技术需要我们去探求,未来的研究和分析之路还需要我们不断努力。