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螺杆空气压缩机产生热量的原因及其余热回收系统的原理和远景

我国目前螺杆式空气压缩机的应用十分普遍,但是其在空气压缩过程中会有大量热量产生,致使被压缩空气的温度急剧升高。传统使用中为了满足运行要求,需配备冷冻水或循环冷却水系统,同被压缩空气之间进行热交换,以确保空压气运行过程的稳定性及可靠性,而所产生的热量则被排入大气中,导致大量热能散失,并导致冷却水及冷冻水耗电量大幅度升高。本文就是从压缩机产生热量的原因及其余热回收系统的原理和远景方面给大家做一个简析。


  作为化工领域广泛应用的一种动力源,压缩空气不仅安全、无害,而且便于输送、调节性能良好,但是,为了获取性能优良的压缩空气,必须消耗大量的能源。据统计,空气压缩所需消耗的能源占电力总消耗量的10-35%。随着空气压缩系统效率的逐步提高,空压机生产过程中所产生的压缩热也居高不下。为了提高生产力,通常需要将此部分能量利用水冷系统释放到空气中,浪费了大量的余热。因此,有必要针对空压机余热回收利用进行研究,以更好地降低能耗,实现节能、环保的目的。


  1.空压机散热及温度控制原理分析


  在阐述空压机余热回收利用的原理及方法前,需要先了解空压机机组的散热、温度控制及调节原理。


  在传统喷油螺杆空压机中,油气分离器中的润滑油存在着大量的热量,润滑油在经过油冷却器后温度得到有效降低,并经过油过滤器的过滤之后回到压缩机头开始进行循环使用,能量约为电机输入功率的80-90%,经过水冷或风冷器及后冷却器后,热量被散发于大气中,在空压机连续运行过程中,排气的温度切忌过高或过低,若温度过高会导致润滑油加速老化,机组零件由于热胀而摩擦加剧,导致机组寿命缩短,且高温下油气混和物容易引发火灾。排气温度通常设定在110-115℃内,若超过该温度,控制系统会自动停机。若排气温度过低,空气中所含的水分受压后,极有可能从机头或油气分离器中析出,导致润滑油发生乳化,转子及轴承生锈或腐蚀。因此,冬季时空压机排气温度应趋于下限,夏季则趋于其上限。空压机机组排气温度是通过温控阀对喷入机头的润滑油温度进行自动调节的,通常而言,喷油温度需要控制在60-80℃内。


  当启动空压机冷态后,油温会降低,当低于60℃时,油冷却器会完全被旁通;润滑油在通过温控阀、油过滤器后返回并喷入机头,在油温超过60℃时,温控阀局部开启,一部分润滑油在油冷却器的作用下冷却降温,同剩余润滑油相互混合之后共同喷入机头。若油温达到温控阀所设定温度(通常为75℃)时,此时温控阀将全部开启,润滑油受油冷却器作用迅速散热降温,并经过油过滤器喷入机头。


  2.空压机余热回收利用的实现


  最为简便的余热回收利用原理如下:在冬季,将空压机风冷系统中释放的热量导入生产车间,用以取暖,此法在冬季可使余热得到最大程度的回收利用,几乎可以将所有余热进行回收利用,但是,在其他季节,仍需要将余热释放至大气中。


 余热回收系统大多保留了传统冷却系统,只是对油气分离罐之后的油路及气路进行了改造,连接至增设的余热回收利用交换器中,将润滑油的热量传送给交换器中的另一载体,使余热进入保温储水罐中,用以对生产及生活用水进行加热,将废热转变为宝,有效减少了传统加热水所需电能消耗,经增设相应的水温及油温控制系统后,实现了对油温的有效调节,确保了空压机运行过程的稳定性,实现了空压机余热的有效回收利用。


  在对空压机机组进行重新设计时,可直接采用余热回收利用换热器作为机组冷却系统,如图2所示,此设计不仅可以降低系统成本,而且便于控制,余热回收效率也相对较高。余热回收器通过吸收空压机机组的废热,将热量成功传导至保温储水罐中,储水罐中的水温被加热到所设定温度时,供水泵将自动开启,并向固定场所进行热水供应;当储水罐水位降至设定值时,循环水泵将自动开启,并向储水罐中进行补水。


  3.空压机余热回收利用及节能效果分析


  空压机余热回收利用主要是将空压机排放的热量作为热源,经余热回收交换器,实现能量转移,将其转移至需要热量的介质内,从而有效减少了加热所需的燃料成本。由于空压机余热温度范围处在80-100℃之间,因此,回收热量多用于以下场合:1)加热空间,如冬季车间、办公室或居民取暖;2)洗澡用水的加热;3)预热锅炉水,节约锅炉燃料;4)车间工艺流程所需供热,例如,造纸厂可将空压机余热用以加热纸浆,以便有效提高造纸的质量及效率;5)用于干燥压缩空气。


  空压机余热回收利用不仅有效减少了大气中热污染的排放,还为企业省下了一笔可观的成本。以一台功率为200kW的空气压缩机为例,设一年运行时间为8000h,电费为0.9元//kW?h,经计算可知,每年所节约的电能与电费分别为1024000 kW?h、102.4万度电,折合为人民币约91.26万。相当于每年节约0号柴油85.2t,天然气97780m3,标准煤125.7t。空压机24h所回收利用的余热,每天可供60℃的热水量达66.1t,每日可供1322人洗澡。


  对空压机余热进行回收利用,除了具有良好的节能效益以外,还具有如下特点:1)空压机运行温度受到外界环境温度的影响降低,可在恒定温度下进行有效运行;2)改善了空压机的运行温度,空压机的输气量得到了有效提高,运行效率及成本也大幅降低;3)油分效率得到了有效提高,极大地降低了油耗,有效延长了润滑油的传统更换周期,降低了日常维护成本;4)润滑油及空压机机组的寿命得到了大幅延长。