空壓機(jī)余熱回收

曹武強(qiáng) 張 成（東莞生益電子有限公司，廣東 東莞 523127）

空壓機(jī)余熱回收

曹武強(qiáng) 張 成
（東莞生益電子有限公司，廣東 東莞 523127）

結(jié)合東莞生益萬(wàn)江工廠空氣壓縮機(jī)大量余熱散失浪費(fèi)的現(xiàn)狀，提出了一種余熱利用方案?？諌簷C(jī)熱能回收是一款新型高效的余熱利用設(shè)備。通過回收空壓機(jī)熱能，用于生活熱水的加熱，達(dá)到節(jié)省能源和節(jié)約成本費(fèi)。

空壓機(jī)；熱能；節(jié)能

1 前言

伴著中國(guó)的經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，能源的需求量日益加劇，能源緊缺的問題日益突出，我國(guó)面臨的資源環(huán)境約束將日益強(qiáng)化。為確保實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，緩解資源環(huán)境約束，應(yīng)對(duì)全球氣候變化，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力。

我國(guó)是PCB生產(chǎn)大國(guó)，PCB生產(chǎn)又是高能耗、高污染行業(yè)。PCB行業(yè)開展節(jié)能減排工作是十分有必要的。PCB行業(yè)節(jié)能減排，為改善和提高行業(yè)相關(guān)企業(yè)的能源利用效率、減少污染物的產(chǎn)生。

東莞生益電子有限公司萬(wàn)江工廠針對(duì)空氣壓縮機(jī)大量余熱散失浪費(fèi)的現(xiàn)狀，提出了一種余熱利用方案。壓縮機(jī)壓縮空氣產(chǎn)生大量的熱能，通過冷卻系統(tǒng)散發(fā)到大氣中。如果回收利用，可幫助公司節(jié)約能源消耗，又能夠間接減少CO2排放，有著良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。針對(duì)萬(wàn)江工廠目前正在運(yùn)行的空壓機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)利用能源情況進(jìn)行分析，提出熱能回收的改造方案。

空氣壓縮機(jī)是將原動(dòng)機(jī)（通常是電動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的裝置。在機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體壓力能過程中，空氣被強(qiáng)烈地壓縮。溫度驟升，產(chǎn)生大量的熱量，同時(shí)空壓機(jī)機(jī)械部件高速運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)產(chǎn)生大量的摩擦熱。這些熱量若不能按要求及時(shí)轉(zhuǎn)移出去，會(huì)使空壓機(jī)運(yùn)行溫度升高，導(dǎo)致潤(rùn)滑油氧化，潤(rùn)滑性能降低，出風(fēng)量下降，功率消耗增大。形成了惡性循環(huán)，最終可能導(dǎo)致空壓機(jī)損壞，這種情況在夏季尤其明顯。利用某些專用設(shè)備把空壓機(jī)產(chǎn)生的廢熱轉(zhuǎn)移利用，通過回收空壓機(jī)熱能來加熱生活熱水，從而達(dá)到節(jié)省能源和節(jié)約成本費(fèi)用。

2 空壓機(jī)熱能回收工程分析

2.1 空壓機(jī)熱能回收工程方案簡(jiǎn)介

由于公司員工較多，目前的生活用熱水由液化氣鍋爐制熱提供，運(yùn)行費(fèi)用較高。而且由于部分宿舍樓距離集中沖涼房較遠(yuǎn)，使得絕大多數(shù)員工的生活用熱水都是直接在本樓通道電開水器上取水，增加了不少用電量。

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考查，萬(wàn)江工廠現(xiàn)有多臺(tái)螺桿式空壓機(jī)，空壓機(jī)正常工作中產(chǎn)生的大量熱能將通過熱回收設(shè)備獲取60 ℃熱水，通過水泵和管道向集中沖涼房及宿舍樓輸送。為了進(jìn)一步提高員工滿意度，宿舍樓熱水直接輸送到各間沖涼房。

2.2 空壓機(jī)熱能分析

2.2.1 空壓機(jī)的耗電分析

空壓機(jī)在運(yùn)行時(shí)，真正用于增加空氣勢(shì)能所消耗的電能，在總耗電量中只占很小的一部分，約15%左右。美國(guó)能源署統(tǒng)計(jì)約85%的耗電則轉(zhuǎn)化為熱量，通過風(fēng)冷或者水冷的方式排放到空氣中去。我司的空壓機(jī)也是一樣的，將空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱能排到空氣中，目前還沒有回收利用。

2.2.2 空壓機(jī)余熱處理分析

空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)多余的熱量如果不排放出去，一方面會(huì)影響空壓機(jī)的正常工作，如高溫報(bào)警、使用壽命縮短，甚至燒毀；另一方面會(huì)影響壓縮空氣的質(zhì)量，如壓縮空氣溫度過高、增加冷干機(jī)工作負(fù)荷等。

但是，多熱如果直接排放到大氣中，一方面浪費(fèi)了大量的熱能，另一方面則加劇了大氣的“溫室效應(yīng)”，造成熱污染。

2.3 空壓機(jī)熱回收工程原理和圖紙

螺桿空壓機(jī)的工作原理是由一對(duì)相互平行嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子（或稱螺桿）在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過程。

螺桿空壓機(jī)節(jié)能系統(tǒng)就是利用熱能轉(zhuǎn)換原理，把空壓機(jī)散發(fā)的熱量回收轉(zhuǎn)換到水里，水吸收了熱量后，水溫就會(huì)升高。使空壓機(jī)組的運(yùn)行溫度降低，不僅提高了空壓機(jī)運(yùn)行效率，延長(zhǎng)空壓機(jī)潤(rùn)滑油使用壽命，回收的熱水還可用于員工熱水洗澡、鍋爐補(bǔ)充水、金屬涂裝清潔處理，從而降低了企業(yè)為福利生活用熱水、工業(yè)用熱水而長(zhǎng)期支付的經(jīng)營(yíng)成本。

產(chǎn)生熱水系統(tǒng)：空壓機(jī)房?jī)?nèi)水箱里的水經(jīng)過熱回收機(jī)后，溫度上升。當(dāng)產(chǎn)水端水箱水位達(dá)到正常位后，而溫度沒有達(dá)到設(shè)定值的上限（上限80 ℃，可調(diào)范圍為40 ℃ ～ 80 ℃），產(chǎn)熱水系統(tǒng)正常運(yùn)行制熱，反之則停止運(yùn)行。溫度上升到設(shè)定溫度后，輸水系統(tǒng)開始工作（具體見圖1）。如果沖涼房及宿舍樓頂?shù)乃渌痪_(dá)到設(shè)定水位，那么當(dāng)循環(huán)水箱的水位及水溫達(dá)到設(shè)定值后，熱回收機(jī)和循環(huán)水箱之間的水泵停止，產(chǎn)生熱水的系統(tǒng)停止工作。

空壓機(jī)房水箱里的水溫達(dá)到要求溫度后，只要集中沖涼房和宿舍樓的任一水箱水位低于設(shè)定下限值，輸水泵啟動(dòng)，熱水送入低水位水箱，高液位的水箱通過浮球閥來控制水流通斷。只有當(dāng)所有水箱水滿后（達(dá)到設(shè)定水位），整個(gè)系統(tǒng)停止工作。其中宿舍樓水箱水溫低于設(shè)定值時(shí)，出水口打開，水放入自來水下水管。

2.4 空壓機(jī)熱回收余熱利用分析

圖1 空壓機(jī)熱回收系統(tǒng)

2.4.1 螺桿空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)熱水量產(chǎn)生（表1）

表1 空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)熱水量產(chǎn)生表

萬(wàn)江工廠在一廠和二廠都分別設(shè)有空壓機(jī)房，兩機(jī)房的供氣可通過管網(wǎng)互通。由于一廠空壓機(jī)基本都是小功率的老舊設(shè)備，而且熱水管道敷設(shè)困難，所以本方案計(jì)劃從二廠空壓機(jī)取熱。二廠空壓機(jī)設(shè)備情況如表2。萬(wàn)江工廠的空壓機(jī)熱回收完全符合要求?？梢赃x取設(shè)備型號(hào)為MH110SE，其功率為110 kW。

表2 萬(wàn)江二廠空壓機(jī)設(shè)備情況

2.4.2 螺桿空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)產(chǎn)熱水量計(jì)算

※150HP（110 kw）空壓機(jī)；

※運(yùn)行時(shí)間24 h；

※溫度提升20℃～60℃（產(chǎn)水量見表）；

※每個(gè)員工50L/天；

產(chǎn)水量Q=24小時(shí)/天×2.48m3/天=59.52m3/天=59 噸/天；

水員工N=59m3÷50L/人=59000L÷50L/人=1180人；

150HP（110kW）空壓機(jī)運(yùn)行24小時(shí)可滿足1180人用水。

萬(wàn)江工廠用水需求（宿舍入住情況，表3）。

萬(wàn)江宿舍A樓、B樓員工約1180人，150HP（110 kW）空壓機(jī)運(yùn)行可滿足要求。

2.4.3 不同供熱方式使用成本對(duì)比（表4）溫度提升40 ℃（20 ℃ ～ 60 ℃）

表3 萬(wàn)江工廠宿舍用水需求

3 空壓機(jī)余熱回收的影響

3.1 安裝空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)的好處

3.1.1 安全、衛(wèi)生、方便

螺桿空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)與燃油鍋爐相比，無(wú)一氧化碳、二氧化硫、黑煙和噪音、油污等對(duì)環(huán)境的污染。一旦安裝投入使用，只要空壓機(jī)在運(yùn)行，企業(yè)就隨時(shí)可以提取到熱水使用。安全、衛(wèi)生、方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

3.1.2 高空壓機(jī)的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)

螺桿空壓機(jī)的產(chǎn)氣量會(huì)隨著機(jī)組運(yùn)行溫度的升高而降低。在實(shí)際使用中，空壓機(jī)的機(jī)械效率不會(huì)穩(wěn)定在80 ℃標(biāo)定的產(chǎn)氣量上工作。溫度每上升1 ℃，產(chǎn)氣量就下降0.5%，溫度升高10℃，產(chǎn)氣量就下降5%。一般風(fēng)冷散熱的空壓機(jī)都在88 ℃ ～ 96 ℃間運(yùn)行，其降幅都在4～8%，夏天更甚。安裝螺桿空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)的空壓機(jī)組，可以使空壓機(jī)油溫控制在80 ℃ ～86 ℃之間，可提高產(chǎn)氣量8%～10%，大大提高了空壓機(jī)的運(yùn)行效率。

表4 不同供熱方式效果比較

3.2 空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)特點(diǎn)

壓機(jī)原有冷卻系統(tǒng)與空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)是兩套完全獨(dú)立的系統(tǒng)，使用者無(wú)須擔(dān)心由于空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)的原因而影響空壓機(jī)的運(yùn)行。兩套系統(tǒng)的切換自動(dòng)控制，在空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)未啟用時(shí)，空壓機(jī)使用機(jī)身自帶冷卻系統(tǒng)；當(dāng)余熱回收系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)切換至余熱回收系統(tǒng)。

全自動(dòng)控制系統(tǒng)，無(wú)需人為操作，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)溫度、水位的情況做出判斷，自行決定換熱方式。

3.3 熱回收節(jié)能效果及投資收益分析

東莞生益電子有限公司現(xiàn)在的運(yùn)行費(fèi)用如下：

（1）2013年所用液化氣費(fèi)用約為14萬(wàn)元（供沖涼房及廚房洗碗熱水的2臺(tái)常壓鍋爐制熱用）

（2）宿舍樓員工按1100人計(jì)算，每人取85℃熱水15L計(jì)算，每年約23.6萬(wàn)元用于沖涼1100*70%*0.015* （85-25）*4.2/3.6*365*0.8≈23.6萬(wàn)元

那么每年用于沖涼的費(fèi)用是：14+23.6=37.6萬(wàn)元。

（加熱熱水需要的熱量：P = Q×△T×4.2 ÷ 3.6，其中P：需要的能量（kWh），△T：溫差（出水溫-進(jìn)水溫），Q：熱水量）

改用空壓機(jī)余熱回收后，運(yùn)行費(fèi)用只是循環(huán)馬達(dá)在輸水時(shí)的費(fèi)用，0.75kW的循環(huán)水泵每年運(yùn)行6000小時(shí)，每年費(fèi)用：6000H*0.8kW*0.8元/kWh= 3840元.輸水水泵每天運(yùn)行2.8h，每年費(fèi)用（350天計(jì)）=4kW/小時(shí)*2.8小時(shí)/天*350天/年*0.8元/kWh=3136元，每年費(fèi)用：3840+3136=6976元 。

收益情況：改用空壓機(jī)余熱回收后，每年可節(jié)約費(fèi)用：37.6-0.7*2=36.2萬(wàn)元

4 空壓機(jī)熱能回收前期投入

4.1 空壓機(jī)熱能回收需要的設(shè)備

4.1.1 能量回收主要的設(shè)備

空壓機(jī)熱回收機(jī)：通過回收冷卻水系統(tǒng)中的散熱量，用于加熱、預(yù)熱生活熱水或生產(chǎn)工藝熱水，不但可以實(shí)現(xiàn)廢熱利用，減少冷凝熱對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的熱污染，又可減少冷卻塔的運(yùn)行費(fèi)用和噪聲。

高壓油管：油管由鋼絲纏繞骨架層和內(nèi)外耐油、耐腐蝕合成橡膠組成高壓，用于熱回收熱量的輸送。

膨脹水箱：一個(gè)鋼板焊制的容器，用于儲(chǔ)存熱水。

控制器PLC（或者控制器變頻器）：按照預(yù)定順序改變主電路或控制電路的接線和改變電路中電阻值來控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、制動(dòng)和反向的主令裝置，用于熱回收系統(tǒng)的控制。

熱水泵：抽取地?zé)崴谋貍湓O(shè)備，用于熱回收機(jī)產(chǎn)生的熱水及時(shí)回收到水箱。

4.1.2 能量回收輔助設(shè)備

管道、閥門、傳感器、電纜及控制電纜、雙向調(diào)節(jié)閥、雜項(xiàng)配件及輔材。

4.2 空壓機(jī)熱回收裝置需要的預(yù)算（表5）

4.3 投入和收益情況

空壓機(jī)熱能回收一次性投入資金相對(duì)較大，約需62萬(wàn)元。但改用空壓機(jī)余熱回收后，每年可節(jié)約費(fèi)用36.2萬(wàn)元，運(yùn)行2年就可以回收投資了。

5 總結(jié)

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來說，空壓機(jī)余熱回收機(jī)是企業(yè)解決員工生活所用熱水的最佳設(shè)備！零加熱成本，節(jié)約見效快：空壓機(jī)余熱回收機(jī)本身是一種余熱利用設(shè)備，在加裝中，并沒有增加對(duì)空壓機(jī)本身的負(fù)載，利用空壓機(jī)廢熱能來生產(chǎn)熱水。只要工廠在生產(chǎn)，空壓機(jī)就是運(yùn)行的，空壓機(jī)在運(yùn)行余熱利用熱水器有熱水產(chǎn)出。

表5 空壓機(jī)熱回收系統(tǒng)費(fèi)用

總而言之，回收空氣壓縮機(jī)廢熱用水方案，既解決了空壓機(jī)冷卻散熱的難題，又為職工提供了洗浴用水，充分利用了余熱。節(jié)約了一次能源，一次投資就可以源源不斷地得到洗浴熱水，節(jié)省了企業(yè)大筆的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

曹武強(qiáng)，設(shè)備動(dòng)力部任職。

Air compressor heat recovery

CAO Wu-qiang ZHANG Cheng

This paper has combined the present situation of large amount of heat loss and waste air compressor in Wan Jiang factory of Dongguan Shengyi， put forward a kind of waste heat utilization scheme. Air compressor heat recovery is a new type of high efficient waste heat utilization equipment. By recycling air compressor heat for heating domestic hot water we can save energy and save cost.

Air Compressor； Heat； Energy Saving

TN41

A

1009-0096（2015）11-0066-05