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空壓機(jī)在廣泛應(yīng)用的同時(shí)，其能耗也成了各單位日益關(guān)注的主要問題。空壓機(jī)的能源消耗中，最大的一塊是電能的消耗，占到總消耗的77%，其次是維護(hù)費(fèi)用，占到總消耗的18%，而設(shè)備投資只占到總成本的5%。可見空壓機(jī)的電耗是十分驚人的。一臺(tái)空壓機(jī)，少則幾萬元，多則上百萬，但購置成本只有5%的比例，可見其電耗數(shù)字的龐大。因此找到空壓機(jī)耗能的原因，有針對(duì)性的解決，才能進(jìn)行能效的提高。
1、螺桿空壓機(jī)常見的熱回收方式及適用場(chǎng)所
余熱一般指的是空壓機(jī)在生產(chǎn)高壓空氣過程中隨之產(chǎn)生的多余熱量。余熱回收就是通過換熱器等合適的手段將空氣壓縮過程中產(chǎn)生的熱量回收用來加熱空氣或水，典型的使用如輔助采暖、工藝加熱和鍋爐補(bǔ)水預(yù)熱等。目前常用的包括噴油螺桿空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)和無油螺桿空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)。
1.1螺桿式空壓機(jī)常見冷卻方式
目前，空壓機(jī)常用的冷卻方式有風(fēng)冷和水冷兩種。在選擇空壓機(jī)的冷卻方式時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件、冷卻水源水質(zhì)情況進(jìn)行分析確認(rèn)。具體如表1。
圖1 螺桿空壓機(jī)的冷卻方式選擇
相比之下，由于水冷采用蒸發(fā)冷卻方式，一般可以得到低于空氣干球溫度下的冷卻水，而且水的比熱和密度比空氣大，對(duì)空壓機(jī)的冷卻效果好，一般較多采用。
1.2 螺桿式空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)分類
能源的日益短缺的今天，對(duì)螺桿式空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越多。根據(jù)螺桿式空壓機(jī)的冷卻方式的不同，其熱回收系統(tǒng)一般分為兩種：風(fēng)冷型空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)和水冷型空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)。
目前，廠家大多數(shù)采用水冷系統(tǒng)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行冷卻，加上水冷型空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)回收熱量穩(wěn)定，得到的熱水應(yīng)用場(chǎng)所廣泛，對(duì)壓縮機(jī)冷卻效果更好，因此水冷型空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)的改造應(yīng)用更廣泛。
1.3 螺桿式空壓機(jī)余熱回收的優(yōu)勢(shì)
空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：
a)綠色環(huán)保，再生能源，節(jié)能降耗，沒有排放；
b)提高職員的福利水平，有充分的無成本熱水滿足使用；
c)降低了空壓機(jī)的運(yùn)行溫度，提高了空壓機(jī)產(chǎn)氣量；
d)延長空壓機(jī)油品使用環(huán)境，減少空壓機(jī)的運(yùn)行故障；
e)節(jié)約生活熱水或采暖的制作熱水經(jīng)費(fèi)，壓縮了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的經(jīng)營成本;
f)提倡國家政策，節(jié)約能源，降低排放的同時(shí)，獲得收益。
2、風(fēng)冷型空壓機(jī)熱回收系統(tǒng)
風(fēng)冷型空壓機(jī)熱回收系統(tǒng)，主要是利用換熱器的熱量加熱室外空氣，得到熱空氣供用熱點(diǎn)使用。
風(fēng)冷式空壓機(jī)熱回收具體應(yīng)用方式，如圖2。
圖2 風(fēng)冷式空壓機(jī)熱回收
冬季時(shí)，根據(jù)需要調(diào)節(jié)風(fēng)閥1和風(fēng)閥2的開度，由壓縮機(jī)出來的廢熱氣與室外冷空氣混合，達(dá)到供暖溫度的要求，直接送到辦公室、生產(chǎn)車間等用熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)用熱點(diǎn)的采暖。
夏季不需要供熱時(shí)，風(fēng)閥2關(guān)閉，廢熱氣直接排放到室外。
此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資低，維護(hù)費(fèi)用低，節(jié)省了冬季采暖的部分花費(fèi)。適合于供熱點(diǎn)距離空壓機(jī)站進(jìn)的場(chǎng)所。
3、水冷型空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)
3.1 噴油螺桿空壓機(jī)熱回收的改造應(yīng)用
對(duì)于有油螺桿空壓機(jī)來說，壓縮機(jī)工作過程中，室外空氣經(jīng)過過濾進(jìn)入壓縮機(jī)后，受到壓縮，溫度急劇上升：同時(shí)，空壓機(jī)螺桿的高速旋轉(zhuǎn)也會(huì)因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生大量熱，這些熱量使得由空壓機(jī)出來的油氣混合物溫度上升，通常達(dá)到80℃～100℃。最終企業(yè)需要的只是空氣的壓力，為了保障空壓機(jī)正常工作的溫度要求，多余的熱量需要經(jīng)過冷卻系統(tǒng)進(jìn)行快速的降溫，如果沒有熱回收系統(tǒng)，多余的熱量就會(huì)通過冷卻系統(tǒng)排放大氣中，不僅需要額外的電能，而且造成了廢熱污染。
因此，現(xiàn)在很多的老廠都對(duì)原有的有油螺桿空壓機(jī)進(jìn)行了熱回收的改造，對(duì)這部分多余的熱量進(jìn)行合理的應(yīng)用;在很多新廠中，設(shè)計(jì)開始就直接加入熱回收系統(tǒng)，降低了經(jīng)營費(fèi)用，起到了節(jié)能減排的效果。
3.1.1噴油螺桿空壓機(jī)回收系統(tǒng)
影響噴油螺桿空壓機(jī)余熱回收的主要因素有：螺桿空壓機(jī)排氣溫度、噴油溫度以及噴油量等[2]，其余熱回收系統(tǒng)回收的熱量主要來源于高溫油。具體改造過程是在不改變空壓機(jī)原有工作狀態(tài)的前提下，將之前通過冷卻塔的冷卻系統(tǒng)換成余熱回收系統(tǒng)，通過余熱回收系統(tǒng)對(duì)高溫油氣進(jìn)行冷卻，把得到的熱水供用熱點(diǎn)使用，如圖3。
圖3 有油螺桿空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)
如圖3所示，室外空氣經(jīng)過過濾器后，進(jìn)入空壓機(jī)進(jìn)行壓縮，在壓縮過程中，空氣與潤滑油進(jìn)行混合，得到高溫的油氣混合物；油氣混合物進(jìn)入油氣分離器，得到高溫油和氣，高溫氣進(jìn)入冷卻后供廠房使用，高溫油經(jīng)過冷卻后再次進(jìn)入壓縮主機(jī)進(jìn)行使用。不采用余熱回收系統(tǒng)時(shí)，高溫油直接進(jìn)入由冷卻塔組成的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻；加入余熱回收系統(tǒng)后，高溫油首先由余熱回收系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，在冷卻過程中，得到的熱水進(jìn)入蓄熱水箱，當(dāng)生活及生產(chǎn)工藝等用熱水點(diǎn)需要時(shí)供其使用。當(dāng)余熱回收系統(tǒng)不能把高溫油降溫到合理溫度時(shí)，由冷卻塔組成的冷卻系統(tǒng)對(duì)高溫油進(jìn)行冷卻，這樣由兩個(gè)冷卻系統(tǒng)對(duì)油進(jìn)行冷卻，能夠保證油溫在更加合理的溫度，保證了空壓機(jī)高效穩(wěn)定的運(yùn)行的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了主機(jī)節(jié)能。
3.1.2噴油螺桿空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)評(píng)價(jià)
此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：可以更高效的對(duì)螺桿式空壓機(jī)產(chǎn)生的高溫潤滑油進(jìn)行冷卻，對(duì)空壓機(jī)工作時(shí)正常工作油溫的保障更加穩(wěn)定，提高了空壓機(jī)工作的效率;另外，不僅節(jié)約了能源，減少了廢熱污染，而且制得了熱水供企業(yè)使用，為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
此系統(tǒng)的不足：在制備熱水時(shí)，換熱溫差大，使得換熱器容易結(jié)垢，影響換熱效率;對(duì)于整個(gè)余熱回收系統(tǒng)不容易實(shí)現(xiàn)油溫自動(dòng)控制。
3.2無油螺桿空壓機(jī)熱回收的改造應(yīng)用
目前，由于無油螺桿空壓機(jī)制得的壓縮空氣潔凈無油，被廣泛使用。對(duì)于無油螺桿空壓機(jī)，經(jīng)過過濾后的室外空氣進(jìn)入壓縮主機(jī)進(jìn)行壓縮后，得到高溫高壓的壓縮空氣，其溫度在170～190之間。為了保證空壓設(shè)備的正常運(yùn)行，需要對(duì)空壓機(jī)潤滑油和高溫壓縮空氣進(jìn)行冷卻，一般都是采用的帶冷卻塔的開式水冷卻系統(tǒng)對(duì)高溫壓縮空氣和高溫潤滑油進(jìn)行冷卻，最后通過冷卻塔把多余的熱量排放到大氣中去，不僅浪費(fèi)了資源，還造成了廢熱污染。因此對(duì)無油螺桿空壓機(jī)也進(jìn)行了熱回收的改造，把這部分熱量應(yīng)用于生活及工藝用水，不僅為企業(yè)減少了日常支出，還減少了對(duì)環(huán)境的污染。
3.2.1 一次換熱在無油螺桿式空壓機(jī)中的應(yīng)用
影響無油螺桿空壓機(jī)余熱回收的主要因素有：無油螺桿空壓機(jī)排氣溫度、潤滑油溫度以及排氣量等，其余熱回收系統(tǒng)回收的熱量主要來源于高溫壓縮空氣。具體改造過程是在不改變空壓機(jī)原有工作狀態(tài)的前提下，將之前通過冷卻塔的冷卻系統(tǒng)換成余熱回收系統(tǒng)，通過余熱回收系統(tǒng)對(duì)高溫油氣進(jìn)行冷卻，把得到的熱水供用熱點(diǎn)使用，如圖4。
圖4 一次換熱余熱回收系統(tǒng)
如圖4，室外空氣經(jīng)過過濾后進(jìn)入壓縮主機(jī)進(jìn)行壓縮，得到高溫壓縮空氣。無余熱熱回收系統(tǒng)時(shí)，高溫壓縮空氣與經(jīng)冷卻塔降溫后的冷卻水進(jìn)行換熱，得到要求溫度的壓縮空氣供廠房使用。加入余熱熱回收系統(tǒng)后，根據(jù)具體需要，高溫壓縮空氣先和余熱回收系統(tǒng)中的換熱器進(jìn)行換熱，以滿足余熱回收系統(tǒng)中用熱點(diǎn)熱水的使用要求;當(dāng)用熱點(diǎn)使用的熱水不足以帶走高溫壓縮空氣達(dá)到要求溫度散失的熱量時(shí)，帶開式冷卻塔的冷卻系統(tǒng)運(yùn)行，把多余的熱量散失到大氣中。這樣由兩個(gè)冷卻系統(tǒng)對(duì)高溫壓縮空氣進(jìn)行冷卻，能夠保證高溫壓縮空氣在更加合適的溫度，保證了高溫壓縮空氣出氣溫度的穩(wěn)定，也實(shí)現(xiàn)了主機(jī)節(jié)能。
3.2.2 無油螺桿空壓機(jī)一次換熱余熱回收系統(tǒng)評(píng)價(jià)
此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：可以更好的保證高溫壓縮空氣的出氣溫度，減少了廢熱污染，為企業(yè)制得了熱水，相對(duì)與噴油螺桿空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)來說，可以得到更高溫度的熱水，熱水應(yīng)用范圍更廣，為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
此系統(tǒng)的缺點(diǎn)：余熱回收系統(tǒng)中的換熱器換熱溫差大，且壓縮空氣溫度過高，使得換熱器結(jié)垢嚴(yán)重，很大程度上影響換熱效率，需要經(jīng)常進(jìn)行清洗，增加了維護(hù)費(fèi)用。
3.3.3 二次換熱在無油螺桿式空壓機(jī)中的應(yīng)用
由于無油螺桿空壓機(jī)一次換熱余熱回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分嚴(yán)重，所以無油螺桿空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)更多的是采用二次換熱余熱回收系統(tǒng)，具體如圖5。
圖5 無油螺桿空壓機(jī)二次換熱余熱回收系統(tǒng)
如圖5，無油螺桿空壓機(jī)二次換熱余熱回收系統(tǒng)也是在無油螺桿空壓機(jī)一次換熱余熱回收系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入軟化水循環(huán)系統(tǒng)，由此，高溫壓縮空氣和軟化水換熱，在換熱溫差較大的情況下，運(yùn)行過程中也不會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢嚴(yán)重的現(xiàn)象。這樣可以值得更高溫度的軟化熱水，能夠提高整體的熱回收換熱效率。
如圖5所示，和噴油螺桿空壓機(jī)二次換熱余熱回收系統(tǒng)一樣，軟化水系統(tǒng)和開式冷卻塔冷卻系統(tǒng)盡量不要同時(shí)運(yùn)行。當(dāng)然，也可以和圖3中的改造那樣，在軟化水循環(huán)系統(tǒng)中加入新的換熱器和高溫空氣進(jìn)行換熱，兩者可以同時(shí)運(yùn)行，但是對(duì)于軟化水和高溫空氣換熱時(shí)結(jié)垢現(xiàn)象不明顯，加入新的換熱器會(huì)帶來初投資的提高，不是很經(jīng)濟(jì)。具體需要考慮企業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行確定。
3.3.4 無油螺桿空壓機(jī)二次換熱余熱回收系統(tǒng)評(píng)價(jià)
此系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：在與高溫高壓空氣進(jìn)行換熱時(shí)，換熱器不容易結(jié)垢，更好的保證了換熱器的換熱效率，使空壓機(jī)能夠更加穩(wěn)定高效的工作。
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