空壓機(jī)冷卻器余熱回收應(yīng)用案例分析

1、空壓機(jī)冷卻器余熱回收應(yīng)用案例分析在紡織廠中，由于無(wú)油螺桿空壓機(jī)制得的壓縮空氣潔凈無(wú)油，因此被大量應(yīng)用，但是高 溫壓縮空氣中大量余熱通過(guò)冷卻塔被排放到大氣中，不僅造成了能源的極大浪費(fèi)而且產(chǎn)生了 廢熱污染大氣。為此，提出合理的改造方案來(lái)回收這部分余熱，對(duì)其可行性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分 析，并對(duì)中間冷卻器進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)方案是在原有中間冷卻器的基礎(chǔ)上進(jìn)行的合理改 造，只需要投資4.75萬(wàn)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(wàn)元燃煤費(fèi)， 而且杜絕了燃煤產(chǎn)生的污染物。該方案可為空氣壓縮機(jī)余熱回收利用技術(shù)在紡織廠的應(yīng)用提 供參考。弓I言紡織廠中，空壓機(jī)作為動(dòng)力源，用于氣動(dòng)加壓、氣動(dòng)輸送、氣動(dòng)弓

2、I緯等方面。空壓機(jī)將 電動(dòng)機(jī)的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成空氣的壓力能，在此過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的熱能。美國(guó)能源局的 一頂統(tǒng)計(jì)顯示：壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中真正用于增加空氣勢(shì)能而消耗的電量?jī)H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(jī)的正常運(yùn)行，這部分熱量主要通過(guò)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(fèi)而且產(chǎn)生了廢熱污染大氣。當(dāng)前， 紡織工業(yè)“十二五”發(fā)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(jìn)適用技術(shù) 和裝備的研發(fā)和推廣應(yīng)用。組織實(shí)施節(jié)能、降耗、減排的共性、關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用 示乂2。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的方針政策，對(duì)乂乂某紡織廠空壓站提出可行的方法和合理 的方案

3、，對(duì)熱量進(jìn)行回收利用，達(dá)到節(jié)能減排的目的，提出了一種紡織廠余熱回收的方案。無(wú)油螺桿空壓機(jī)工作原理目前，該紡織廠采用的是AtlasZR5-53型無(wú)油螺桿空壓機(jī)。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(jìn)入 冷卻器水的溫度為18C，出水溫度為34。，本研究方案可以在空氣狀態(tài)參數(shù)不變的情況下， 制得60C左右的熱水，這部分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(wú)油螺桿空壓機(jī)工作原理如圖1,外界空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器后進(jìn)入一級(jí)壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，空 氣溫度急劇升高到186C，壓力增大，然后進(jìn)入中間冷卻器，經(jīng)過(guò)冷卻后，空氣溫度降

4、低 到54C；再進(jìn)入二級(jí)壓縮機(jī)，再次被加壓升溫，然后進(jìn)入后冷卻器進(jìn)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(wú)油螺桿空壓機(jī)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(guò)冷卻塔冷卻的冷卻水走的是殼程。無(wú)油螺桿空壓機(jī)中間冷卻器的改造方案目前，只對(duì)圖1中虛線部分的中間冷卻器進(jìn)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，使通過(guò)中間 冷卻器的冷卻水達(dá)到所需熱水的溫度要求。在未改造前，中間冷卻器通人的是冷卻塔的循環(huán) 水;改造后，通人自來(lái)水，經(jīng)過(guò)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

5、時(shí)，為了滿足紡織廠工藝的需求，盡量減少、壓縮空氣通過(guò)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(zhǎng)度，對(duì)整個(gè)空壓系統(tǒng)而言，換熱器 本身帶來(lái)的氣體壓降非常小。因此，改造后，增加的阻力對(duì)壓縮空氣的影響是可以忽略不計(jì) 的。對(duì)于冷卻水，改造后，直接把自來(lái)水通人到改造后的管殼式換熱器，出水溫度在60C 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。可行性分析1、中間冷卻器換熱量改造前，對(duì)于中間冷卻器，其進(jìn)出空氣溫度及進(jìn)出冷卻水溫度，加表1所示：表1中間冷卻器醐空氣溫度刷姍冷卻水溫度進(jìn)口空氣溫度 (C)出口空氣溫度(C)進(jìn)

6、水溫度 (C)出水溫度 (C)186341954由于空氣比熱容是隨溫度變化的，所以，先計(jì)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：利用內(nèi)差法得空氣在54C時(shí)的比熱容為：Cfe 臘=1.005 kJ/(屆 K)；空氣在186C時(shí)的比熱容為：CP,m|=L011kJ/(kg*K)i對(duì)于該紡采用的 Atlas ZR5-53型無(wú)油螺桿空壓機(jī)，其銘牌參數(shù)是：氣體溫度為20C; 大氣壓力為0.1MPa;相對(duì)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);m1-空氣的質(zhì)量流量(kg/s);R-空

7、氣氣體常數(shù)，為287(J/(kgk);T氣體溫度(K)。所以空氣的質(zhì)量流量0.1 x 104 xm I = 墮_ = 1.37kg/ s287 x (273 + 20)根據(jù)熱量計(jì)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(jìn)、出氣溫度(K);cl、c2-分別為t1、t1下的比熱容(kJ/ (kgK)。得 Q=1.37 X 1.011 X (273+186)-1.005X (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(jì)算根據(jù)傳熱方程式Q=kAAtm (3)式中:k-傳熱系 數(shù)(kW/(m2 - K);A-

8、中間冷卻器的換熱面積(m2);t-對(duì)數(shù)平均溫差(K)。及熱平衡方程式f Hfi iQ二叫( 叫)二郵(q 嗚)(4)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(jìn)、出水溫度(K);改造前的中間冷卻器換熱面積的計(jì)算如下：已知，改造前中間冷卻器是由292根管長(zhǎng)為1.2m、管子直徑為12mm的管子組成，所 以中間冷卻器換熱面積 A=3.14 X12 X10-3 X 1.2 X 292=13.20 m2。因此，根據(jù)公式3和公式4能夠計(jì)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(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。榕中1聘卻器參數(shù)計(jì)算獻(xiàn)t?(r)

9、Q佩)A頃)A3)k(W(MK)W(kg/s)19I34185.379.6713.200.1762943、改造后的中間冷卻器的換熱面積和冷卻水的質(zhì)量流量為了滿足紡對(duì)用水溫度的要求，冷卻水的出水溫度要求在60C,進(jìn)水為19。的自 來(lái)水。對(duì)于壓縮空氣，進(jìn)出口溫度差是保持不變的，空氣質(zhì)量流量已經(jīng)通過(guò)公式(1)計(jì)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m 尸-L 05(kg/s)2 (60-19)x4,18因此，在換熱器的計(jì)算中，要選擇合理?yè)Q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(wèn)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

10、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(zhǎng)度 改造前后中間冷卻器的換熱系數(shù)變化可以忽略不計(jì)。因此，利用公式(3)得出計(jì)算結(jié)果，見(jiàn) 表4。表4改蒞后的中間冷卻宿的長(zhǎng)度輔冷卻水的質(zhì)量流量進(jìn)水出水對(duì)數(shù)平換熱換熱改造后水的溫度溫度均溫差面祝管長(zhǎng)質(zhì)量流量(C)(C)(C)(m勺(m)(kg/s)186()7L8414.641.33LO5對(duì)比表3和表4,可以看出，經(jīng)過(guò)改造之后，在得到60C的熱水時(shí)，中間冷卻器的長(zhǎng)度 由以前的1.2m增加到1.33m，只增加了0.13印，增加的這部分長(zhǎng)度對(duì)壓縮空氣帶來(lái)的壓降 可以忽略，而且改造中間冷卻器增加的成本也很少

11、、;對(duì)于冷卻水的質(zhì)量流量，由原來(lái)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(jì)性分析乂乂某紡織廠，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40。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，洗浴用水量為每10分鐘0.08噸。每天總的用水量大 約在 2X0.08X0.5Xl086=86.88t。目前，該紡織廠應(yīng)用的是鍋爐加熱熱水的方法來(lái)獲得洗浴用水，鍋爐的熱效率為80%。 采用的是熱值為24244kJ/kg的煤，根據(jù)XX物價(jià)局給出的數(shù)據(jù)，此種煤的標(biāo)準(zhǔn)價(jià)格為530 元/噸。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。由表5知，該紡織廠每年用于員工洗澡燃煤的費(fèi)用需要8

12、.03萬(wàn)元。表5該紡洸酬水觥劇微跚算熱水量（噸/天）煤的用量 （kg）煤的單價(jià) （元/噸）煤的總價(jià) （元/天）全年總價(jià) （萬(wàn)元/年）86.88414.025302208.03對(duì)于一臺(tái)改造后的中間冷卻器，每天可以得到60。的熱水90.72t，用這部分熱水和19。 的自來(lái)水混合，得到40。的洗浴用水。根據(jù)熱平衡方程可以計(jì)算得出：混合后總共可以得到40。的熱水165.86tH此，一個(gè) 中間冷卻器回收的熱水不僅可以滿足員工洗浴用水的需要，而且剩余熱水可以用來(lái)供其它需 要熱水的設(shè)備使用。綜上得，經(jīng)過(guò)改造之后，每年可以為該紡織廠節(jié)省8.03萬(wàn)元的支出。3.5投資預(yù)算具體投資見(jiàn)表6。表6改造設(shè)備投資費(fèi)用投資設(shè)備數(shù)量單價(jià)/元總價(jià)，元水泵/臺(tái)154325432蓄水箱/臺(tái)154205420水系統(tǒng)1286502祎0中間冷卻器180008000總計(jì)47502由表6可以得出：總共的設(shè)備投資為4.75萬(wàn)元，而每年可以節(jié)約購(gòu)買(mǎi)煤的費(fèi)用8.03萬(wàn) 元，回收期為8個(gè)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(duì)大氣環(huán)境的污染。結(jié)束語(yǔ)紡織廠空壓機(jī)中間冷卻器最初采用的