空壓機熱回收計算

1、空壓機冷卻器余熱回收應用案例分析西安工程大學 鄧澤民文章來源：本站原創(chuàng)點擊次數(shù)：44時間： 2021/12/24 14:01:50摘要：在紡織廠中，由于無油螺桿空壓機制得的壓縮空氣潔凈無油，因此被大量應用， 但是高溫壓縮空氣中大量余熱通過冷卻塔被排放到大氣中，不僅造成了能源的極大浪費而且產(chǎn)生了廢熱污染大氣。為此，提出合理的改造方案來回收這局部余熱，對其可行性和經(jīng)濟性進行分析，并對中間冷卻器進行改造設計。此設計方案是在原有中間冷卻器的根底上進行的 合理改造，只需要投資 4.75萬元，每年就可以為該紡織廠節(jié)約洗浴用水所需要的8.03萬元燃煤費，而且杜絕了燃煤產(chǎn)生的污染物。該方案可為空氣壓縮機余熱回

2、收利用技術在紡織廠 的應用提供參考。關鍵詞：中間冷卻器 熱回收 改造 節(jié)能引言紡織廠中，空壓機作為動力源，用于氣動加壓、氣動輸送、氣動引緯等方面。空壓機將 電動機的局部機械能轉(zhuǎn)化成空氣的壓力能，在此過程中，會產(chǎn)生大量的熱能。 美國能源局的一項統(tǒng)計顯示：壓縮機運行過程中真正用于增加空氣勢能而消耗的電量僅占其總電耗的15%,其余的幾乎都轉(zhuǎn)化為熱量 1。為了保證空壓機的正常運行，這局部熱量主要通過空氣冷卻 或水冷卻排到大氣中去，這樣造成了能源的極大浪費而且產(chǎn)生了廢熱污染大氣。當前，紡織工業(yè)“十二五開展規(guī)劃要求加快綠色環(huán)保、資源循環(huán)利用及節(jié)能減排等先進適用技術和裝 備的研發(fā)和推廣應用。組織實施節(jié)能、降

3、耗、減排的共性、關鍵技術開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應用示范2。為了響應國家節(jié)能減排的方針政策，對西安某紡織廠空壓站提出可行的方法和合理的 方案，對熱量進行回收利用，到達節(jié)能減排的目的，提出了一種紡織廠余熱回收的方案。無油螺桿空壓機工作原理目前，該紡織廠采用的是 AtlasZR5-53型無油螺桿空壓機。冷卻方式采用的是水冷卻，再利用冷卻塔將水降溫的方式將壓縮空氣產(chǎn)生的大量廢熱排出。在現(xiàn)有的空氣冷卻中， 進入冷卻器水的溫度為 18C,出水溫度為 34C，本研究方案可以在空氣狀態(tài)參數(shù)不變的情況下， 制得 60 C左右的熱水，這局部水可以滿足日常生活用水、空調(diào)用水以及漿鍋的沖洗等所需 熱水要求。無油螺桿空壓機工作原

4、理如圖 1,外界空氣經(jīng)過過濾器后進入一級壓縮機進行壓縮，空 氣溫度急劇升高到 186C，壓力增大，然后進入中間冷卻器，經(jīng)過冷卻后，空氣溫度降低到 54 C ;再進入二級壓縮機，再次被加壓升溫，然后進入后冷卻器進行降溫，最后制得需要 的高壓低溫壓縮空氣。目前，該紡織廠無油螺桿空壓機的中間冷卻器和后冷卻器都是采用管殼式換熱器，高溫高壓空氣走管程，經(jīng)過冷卻塔冷卻的冷卻水走的是殼程。冷如水進即 無汕螺桿空咔機IJ1源理圖無油螺桿空壓機中間冷卻器的改造方案目前，只對圖 1 中虛線局部的中間冷卻器進行分析改造。此次改造是把現(xiàn)用的中間冷卻器換為符合出水溫度要求的管殼式換熱器，只是在換熱面積上作出合理的改變，

5、使通過中間冷卻器的冷卻水到達所需熱水的溫度要求。在未改造前，中間冷卻器通入的是冷卻塔的循環(huán)水;改造后，通入自來水，經(jīng)過換熱后，可以直接得到符合溫度要求的生活熱水。在改造中間冷卻器時， 為了滿足紡織廠工藝的需求，盡量減少壓縮空氣通過中間冷卻器的壓降，因此改造后的換熱器只是略微增加了換熱器的長度，對整個空壓系統(tǒng)而言，換熱器本身帶來的氣體壓降非常小。因此，改造后，增加的阻力對壓縮空氣的影響是可以忽略不計的。對于冷卻水，改造后，直接把自來水通入到改造后的管殼式換熱器，出水溫度在60 C左右，這樣就可以滿足日常生活用水、 空調(diào)用水以及漿鍋的沖洗等的水溫要求， 根據(jù)紡織廠 的具體需要，合理分配制得的熱水。

6、可行性分析1、中間冷卻器換熱量改造前，對于中間冷卻器，其進出空氣溫度及進出冷卻水溫度，如表1 所示:表1巾般卻捌略汽順朋進出泠卻水眥進口空氣溫度出口空氣溫度進水溫度出冰溫度性(C)(C)(C)188341954由于空氣比熱容是隨溫度變化的，所以，先計算出不同溫度下的空氣比熱容值，在特定溫度下空氣的比熱容如表 2:衣1中幡卻制略氣溫咖1進出冷卻水眥進口空氣溫度出口空氣溫度 進水溫度出冰溫度性(C)(C)(C)186341954利用內(nèi)差法得.C胯=L005kJ/k廠K：空氣在 54 C時的比熱容為：譽=1.011 kJ/愆K；空氣在 186 C時的比熱容為：對于該紡織廠采用的 Atlas ZR5-

7、53型無油螺桿空壓機，其銘牌參數(shù)是：氣體溫度為 20C ;大氣壓力為 0.1MPa;相對濕度為 0%;空氣流量為 69m3/min。根據(jù)理想氣體公式：PV=m1RT (1)式中：P-大氣壓力(Pa);V-空氣的體積流量(m3/s);ml-空氣的質(zhì)量流量(kg/s);R-空氣氣體常數(shù)，為 287(J/(kg - k);T氣體溫度(K)。m I =幣D= 1一3了心/s287 xC273十201所以空氣的質(zhì)量流量根據(jù)熱量計算公式Q=m1(c1t1-c2t1) (2)式中：Q-中間冷卻器的換熱量(kW);t1、t1-中間冷卻器進、出氣溫度(K);c1、c2-分別為 t1、t1下的比熱容(kJ/ (k

8、g - K)。得 Q=1.37X 1.011 X (273+186)-1.005 X (273+54) =185.3kW2、改造前換熱器傳熱系數(shù)和冷卻水質(zhì)量流量的計算根據(jù)傳熱方程式Q=kA tm (3)式中：k-傳熱系數(shù)(kW/(m2 - K);A-中間冷卻器的換熱面積(m2);At-對數(shù)平均溫差(K)。， i:QF(q【i f )二略& 土)式中：c3-水的比熱容(kJ/(kg - K);m2-中間冷卻器冷卻水的質(zhì)量流量(kg/s);t2、t2-中間冷卻器進、出水溫度(K);改造前的中間冷卻器換熱面積的計算如下：，改造前中間冷卻器是由292根管長為 1.2m、管子直徑為 12mm 的

9、管子組成，所以中間冷卻器換熱面積A=3.14X 12 X 10-3X 1.2X 292=13.20 m2。因此，根據(jù)公式 3和公式 4能夠計算出中間冷卻器的傳熱系數(shù)k以及冷卻水的質(zhì)量流量m2。計算結果見表 3。3、改造后的中間冷卻器的換熱面積和冷卻水的質(zhì)量流量為了滿足紡織廠對用水溫度的要求，冷卻水的出水溫度要求在60C，進水為 19 C 的自來水。對于壓縮空氣，進出口溫度差是保持不變的，空氣質(zhì)量流量已經(jīng)通過公式(1)計算得出 m1= 1.37kg/s。所以根據(jù)公式(4)得出改造后中間冷卻器的質(zhì)量流量,1853頊八nu-1. 05 (kg/s) o?2(60-19)x4J 8因此，在換熱器的計算

10、中，要選擇合理換熱面積和傳熱系數(shù)的換熱器。這里要綜合阻力、換熱效率、投資等問題。為了研究以及改造的方便，選擇的是現(xiàn)有的換熱器形式，這樣在承壓、空氣壓降等方面 都是符合要求的，只是改變現(xiàn)有換熱器的面積。在面積改造上，是采用增加換熱器的長度 改造前后中間冷卻器的換熱系數(shù)變化可以忽略不計。因此，利用公式(3)得出計算結果，見及熱平衡方程式表 4。表4改造啟的中問冷卻源的氏度和冷卻水的質(zhì)壓流Q進水出水對數(shù)平換熱換熱改造后水的溫度溫度均溫差面積管長質(zhì)量流量(C)(C )(m2)(in)i kg/s)186071.8111.SI1.331.05比照表 3和表 4,可以看出，經(jīng)過改造之后，在得到60 C的熱

11、水時，中間冷卻器的長度由以前的 1.2m增加到 1.33m,只增加了 0.13m,增加的這局部長度對壓縮空氣帶來的壓 降可以忽略，而且改造中間冷卻器增加的本錢也很少；對于冷卻水的質(zhì)量流量，由原來的2.94kg/s降低到了 1.05kg/s,這樣在水泵的能耗方面有了一定的減少。4、經(jīng)濟性分析咸陽某紡織廠，職工 1086人，每人平均每天在廠內(nèi)洗浴0.5次，每次洗浴大約 20分鐘左右，洗浴用水溫度 40C。經(jīng)過統(tǒng)計，洗浴用水量為每 10分鐘 0.08噸。每天總的用水量大 約在 2X0.08X 0.5 X 1086=86.88t。目前，該紡織廠應用的是鍋爐加熱熱水的方法來獲得洗浴用水，鍋爐的熱效率為8

12、0%。采用的是熱值為 24244kJ/kg的煤，根據(jù)西安物價局給出的數(shù)據(jù)，此種煤的標準價格為530元/噸。具體數(shù)據(jù)見表 5。由表 5 知，該紡織廠每年用于員工洗澡燃煤的費用需要8.03萬元。表5該紡如洗瀏i休川啤吊花費m熱水量天藻的用置屈煤的單價元噸煤的總價元/天全軸、 價 萬元/年85.88414.02530220&03對于一臺改造后的中間冷卻器，每天可以得到 60C的熱水 90.72t,用這局部熱水和 19C的自來水混合，得到 40 C的洗浴用水。根據(jù)熱平衡方程可以計算得出：混合后總共可以得到40 C的熱水 165.86t。因此，一個中間冷卻器回收的熱水不僅可以滿足員工洗浴用水的需

13、要，而且剩余熱水可以用來供其它需要熱水的設備使用。綜上得，經(jīng)過改造之后，每年可以為該紡織廠節(jié)省8.03萬元的支出。3.5投資預算具體投資見表 6。E xin jian CSwcon struction殳6改也設缶般資費用數(shù)亶單價/元總價/元-下拼刷微信不如明齋外聊蘋語151323132養(yǎng)水箱冶154205420水系統(tǒng)12865028650中間衿卻器18000十( )總計-17502由表 6 可以得出：總共的設備投資為4.75萬元，而每年可以節(jié)約購置煤的費用8.03萬元，回收期為 8個月，收益很可觀。而且，杜絕了燒煤產(chǎn)生的CO2、SO2、粉塵等污染物質(zhì)，減少了對大氣環(huán)境的污染。結束語紡織廠空壓機

14、中間冷卻器最初采用的是水冷卻，再利用冷卻塔將水降溫的方式將壓縮空氣產(chǎn)生的大量廢熱排出，造成熱量的浪費。經(jīng)過改造后，不僅為節(jié)能減排做出奉獻，而且還帶來了可觀的經(jīng)濟效益。改造系統(tǒng)需要投資4.75萬元，每年就可以為該紡織廠節(jié)約洗浴用水所需費用 8.03萬元，而且杜絕了燒煤產(chǎn)生的污染。由此看來，此方案的設計不僅簡單可 行，更重要的是到達了合理高效的節(jié)能減排，此方案還可以應用在后冷卻器上，如果需要， 可以節(jié)省更多的資源。參考文獻1 陸振乾，生兆昆.空氣壓縮機熱能回收原理及應用效果J.棉紡織技術，2021, 39(2):7981.2 紡織工業(yè)“十二五開展規(guī)劃 Z,2021.3 宗琦，顏蘇芋，錢遠濤等.空氣

15、壓縮機余熱回收技術在紡織廠的應用J.制冷與空調(diào)，2021, 13(11)91-94.4 王曉露.無油螺桿空氣壓縮機熱回收系統(tǒng)的研究與開發(fā)J.通用機械制造，2021(9).5李宗耀.紡織空壓技術M.北京：中國紡織出版社，2001: 168.6毛寶霞，趙金明，張豪.礦用空壓機空氣系統(tǒng)余熱回收的應用J.中州煤炭 2021(8)100轉(zhuǎn) 106.作者簡歷：鄧澤民，男，籍貫：河北省承德市，現(xiàn)就讀西安工程大學研究生，研究方向：空壓機余熱回收我由田育田點斗三此停歸聽；玄氣分意器口苣 H 釜南巨玄 田玄蓮.S入會習壞1中 .尋*水蘭行玖汗.冷磯虧兵在麗序之當尹藝:盤 巨W做 0.冶/啟莎網(wǎng) .一:*史速御計軍

16、而碧 鑄三成*1嶺壬近人枷/塌一嘶*產(chǎn)一生君它所辱.大匕EJB立？攻冷懼 e 圖?nOKW-450KWtfiW型號適用空壓機 功率叵收熱值Kcalh濁路接口尺寸水路接口尺寸機身尺寸 mm名稱傳妙回收天乙直熱式斜蛔收耕 K 箱內(nèi)的冷水始終處于升溫狀態(tài).平安住機油溫鹿膳水溫的查化而不停波動.故障率加冰栗易am.影響姓運行送行費用御氏炫s行岫&一威不提供站實時蟲控，故I無法及 百湖西毗a,婭駒-M在TO&6局部烘能由泉冷基系堿圭舞發(fā).產(chǎn)水ft始終以但溫冷水為機油做冷卸.根據(jù)機 油溫度,白舔剜調(diào)節(jié)冷水流曷 實現(xiàn) 機油溫度航在簸臺理范!8內(nèi).保障空 壓整個系統(tǒng)無任何章轉(zhuǎn)件,從源頭降1域畛

17、-提供近程實時監(jiān)控.報前發(fā)攜故障預*,及膝蠟, TWMIEtm可以高達統(tǒng)度以上nt原冷知系技始終時Z3P全佳回收.產(chǎn)水* 著inprw.tn8WfiL9fl癡LA9TYKR200W200KW151.360DN40施蘭DN321200 x 800 x 1050TYKR25OW250KW189,200DN40皓蘭DN321300 x950 x 1300TYKR315VV315KW23&400DN50駝蘭DN401300 x950 x 1300TYKR325W355KW268,660DN50疝蘭DN401300 x950 x 1300TYKR450W450KW340,560DN50勝蘭DN50CFOx950 x 1300mpressorcn75KW-16UKWfSiHa型號適用空壓機功率叵收恐值Kcalh油路接 口尺寸水路接 口尺寸機導尺寸 (mm)TYKR75A75KW56.760DN25DN251100 x800 x1050TYKR90A90KW6S.110DN32DN251200 x 800 x 1050TYKRUOATYKR11OW110KW83,250DN32DN251200 x 800 x 1050TYKR132 ATYKR132 W132KW99,900DN32DN251200 * 800 x 1050TYKR 160 ATYKR