空气压缩机热能回收可行性分析与应用

空气压缩机热能回收可行性分析与应用

绳长春

中车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛市  266000

摘 要: 针对本企业空气压缩机大量余热散失浪费以及洗浴用能消耗较大的现状，提出了一种余热利用方案。压缩机压缩空气产生大量的热能，通过冷却系统散发到大气中。如果回收利用，可帮助企业节约能源消耗，又能够间接减少CO2的排放，符合当下双碳工作要求，有着良好的经济、环境和社会效益。针对本企业空压机及现场用能情况进行分析，提出热能回收改造方案。通过回收空压机热能，用于工厂职工淋浴，达到节省能源和节约成本费用的目的。

关键词 空压机；余热回收；节能减排；双碳

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，将会对设备造成严重危害。因此，将空压机产生的余热回收利用，既可以减少能耗和碳排放，又能提高空压机的产气效率，延长设备寿命。

　　本企业主要产品为动车组、城轨车辆，车体焊接、转向架焊接、表面处理及总组装车间均需要大量高压空气作为动力源。其中工厂一个空压站配备了10台螺杆空压机，单台功率132 KW。生产期间需要9台132 KW空压机运行保证生产供给（以下计算按9台空压机每小时可回收功率1188KW计算）。为了保证空压机正常运行，空压机组采用风冷方式将压缩机热量排出室外环境，造成了能量的极大浪费。

　　通过对压缩机改造，以热水的形式回收利用余热；对于螺杆压缩机而言，能量回收效率最高可达90%；对于变频压缩机，回收能量与转速成线性正比关系；从投资成本结构分析，压缩机的节能重心在能耗上，对于电机驱动类型的压缩机，能耗可以近似等于电耗。

1 空压机热能回收分析

1.1风冷螺杆压缩机工作原理

　　1）气路：如图可知，空气经过过滤器进入螺杆压缩机转子加压、空气冷却器冷却，使高油的压缩空气降低到可接受的程度。

2）油路：如图可知，油通过管路系统冷却高压转子，高温油进入油冷却器和热交换器冷却后，在内部循环使用。

3）水路：如图可知，外界的冷却水进入热交换器后，与高热循环压缩机油进行热交换，达到冷却高温油和加热冷却水的目的。

余热回收原理

　　对于空压机空气经过第二级高压转子的压缩，一般可以达到180℃～190℃的温度，经过冷却后，压缩空气温度一般控制在40℃～45℃进入干燥机干燥，空压机的输入功率大约有90%（大部分为轴功率）是作为热量通过冷却器带走，消耗在环境中的。

1.2 以一台132千瓦空压机为例分析热能应用数据

　　设备加载率为85%，回收的效率为87%，则该1台空压机满负荷运行8 h可供每天回收的能量为：781 KWH（132×87%×85%×8=781 KWH）

　　折合热量为：781 Kw·h×3.6/4.2=669.4Mcal

　　所以，只需对空压机进行适当的改造，即可利用空压机产生的热量，应用于冬季采暖系统补充热源、生活热水、软化水加热需要等。达到节省能源，减排降碳环保的效益。

2 空压机系统现状分析及回收利用热量计算

2.1 空压机系统运行现状

1）平均生产期内空压机使用为：5台空压机满载，4台空压机平均负荷70%。

　　2）以下计算为在生产期间，空压机平均每天运行8小时（8 h）。

2.2 员工洗浴热水加热应用

（1）冬季

员工洗浴用热水应用。根据空压机实际使用率计算，每小时可利用空压机的能量为：（132 Kw·h×5+132 Kw·h×4×70%）x87%=895.752 Kw·h。

　　自来水冬季温度约为8℃，需要加热到45℃供工人洗澡。经过加热采暖系统回水后，空压机热水回收的温度约为50℃-55℃左右，可把洗澡水加热到45℃。

　　按平均洗澡人数为900人/天，每人次用水量按60 L计算。

　　满足每天900人洗浴所需要的热量为：900×0.06t×（45-8）=1998 Mcal，折合消耗能量为2331 Kw·h。平均每小时消耗空压机回收能量114 Kw，即利用空压机热能回收用于冬季洗浴用热水可节约的能量总数为：114 Kw×20h×90=205200Kw·h。

　　205200Kw·h相当于738720兆焦，180℃蒸汽的热值为：2520兆焦/吨。

　　冬季洗浴利用热能回收（90天）折合节省蒸汽为：293.14 吨（按蒸汽80%的热效率）。

（2）其余季节

　　自来水平均温度约为15℃左右，需要加热到45℃供工人洗澡，按平均洗澡人数为900人/天，每人次用水量按60升计算。满足每天300人洗浴所需要的热量为：

　　900×0.06 t×（45-15）=1620 Mcal，折合消耗能量为1890 Kw.h。

　　平均每小时消耗空压机回收能量93 Kw.h，即利用空压机热能回收用于其余季节洗浴用热水可节约的能量总数为：93 Kw×20 h×120=226800Kw·h。

　　226800Kw·h相当于816480兆焦，180℃蒸汽的热值为：2520兆焦/吨。则其余季节利用空压机热量用于洗浴（120天）折合节省蒸汽为：324 t。（按蒸汽80%的热效率）

2.3 全年减碳量计算

　　1）全年可以节省蒸汽量。

　　冬季+其他季节=293.14+324=617.14t。

　　2）加热1t蒸汽按照排放二氧化碳0.3t，全年折合减少二氧化碳排放185吨。

3 投资预算

　　项目总投资改造费用约500万元。

4 效益分析

项目改造完成后，经2个月的观察发现，余热回收系统运行良好，且由于空压机散热改善，大大提高了空压机可靠性。使用空压机余热加热洗浴用水后，停供了蒸汽，大大减少了用热成本，同时为保卫蓝天做出了一定贡献，有很好的经济社会效益。

空压机系统运行中产生大量热量，从而造成能源浪费。结合余热回收系统对原有的空气压缩系统进行改造，既可以解决空压机冷却散热的难题，又可以充分利用废热，减少常规燃料的消耗量，具有良好的经济和社会效益。

　　参考文献

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