空壓機(jī)余熱利用及節(jié)能效益分析

空壓機(jī)余熱利用及節(jié)能效益分析朱佳偉【摘要】空壓機(jī)余熱回收是指一項(xiàng)新型高效的余熱利用回收技術(shù)，依靠吸收空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的廢熱使水加熱，再將加熱的水用于員工的生活、工業(yè)用所需，沒有太大的能源消耗作為一種新型高效的余熱利用技術(shù)，可以為企業(yè)節(jié)省能源的消耗從而節(jié)省大量的成本.【期刊名稱】《汽車實(shí)用技術(shù)》【年(卷)，期】2015(000)003【總頁數(shù)】3頁(P111-113)【關(guān)鍵詞】余熱回收;零風(fēng)險(xiǎn)節(jié)能;合同管理模式【作者】朱佳偉【作者單位】上海安悅節(jié)能技術(shù)有限公司，上海200083【正文語種】中文【中圖分類】TK1CLCNO.:YK1DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2015)03--太陽能熱水器是部分有節(jié)能意識(shí)的工廠首選的制取熱水方式，可太陽能熱水器受天氣的局限性太大，在陽光條件達(dá)不到的情況下，電力加熱冷水帶來的能耗相當(dāng)巨大。該廠使用太陽能熱水器以及電輔助加熱形式，電加熱不僅使用成本高，不環(huán)保節(jié)能，還存在大量的安全隱患。公司有兩個(gè)15噸水箱為員工提供洗浴用水，每年制取洗浴熱水的耗電量為48.96萬k?Wh。上海安悅節(jié)能技術(shù)有限公司在實(shí)地考察中發(fā)現(xiàn)，距離公司水箱約180米處便是空壓機(jī)房，空壓站房?jī)?nèi)共有五臺(tái)200kW的阿特拉斯水冷螺桿式空壓機(jī)并且有三臺(tái)空壓機(jī)24小時(shí)不間斷運(yùn)行。空氣壓縮機(jī)在其長(zhǎng)期、連續(xù)的運(yùn)行過程中，空壓機(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生大量熱能，最后以風(fēng)冷或水冷的形式將廢熱奢侈的浪費(fèi)到環(huán)境中?？諝鈮嚎s機(jī)產(chǎn)生熱能，不僅營運(yùn)成本高，而且環(huán)境污染極為嚴(yán)重，如將該部分熱能回收利用于企業(yè)生活采暖、工業(yè)用水、熱水空調(diào)等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，空壓機(jī)在運(yùn)行時(shí)只能將15%的電能轉(zhuǎn)化為空氣勢(shì)能為生產(chǎn)所有，其余85%的電能都轉(zhuǎn)化為熱能，其中3%-5%的電能通過電機(jī)機(jī)殼及空壓機(jī)機(jī)殼散失掉，另外80%-82%的電能通過空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)散失。若將空壓機(jī)在運(yùn)行時(shí)所散發(fā)的廢熱能有效利用起來，對(duì)耀皮玻璃公司減少用電投入將具有明顯效果?？諌簷C(jī)余熱利用，最大限度的節(jié)能源，節(jié)省制熱水的不必要的費(fèi)用。投入成本低，綜合回收率高，安全可靠，經(jīng)濟(jì)效益好。根據(jù)耀皮玻璃公司的情況，安悅節(jié)能決定對(duì)兩臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行改造，利用空壓機(jī)余熱回收配合原有太陽能系統(tǒng)制取洗浴熱水。經(jīng)空壓機(jī)余熱回收裝置將冷水加熱至設(shè)定溫度60°C并送至保溫水箱。螺桿式空壓機(jī)的工作原理是由一對(duì)相互平行嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子（或稱螺桿）在氣缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的空氣不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化，空氣則沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)輸送至輸出側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的吸氣、壓縮和排氣的全過程。螺桿空氣壓縮機(jī)在長(zhǎng)期連續(xù)的運(yùn)行過程中，把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能，在機(jī)械能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能過程中，空氣得到強(qiáng)烈的高壓壓縮，使之溫度驟升，這是普通物理學(xué)機(jī)械能量轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，機(jī)械螺桿的高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也摩擦發(fā)熱，這些產(chǎn)生的高熱由空壓機(jī)潤(rùn)滑油的加入混合成油、氣蒸汽排出機(jī)體，溫度通常在80C（冬季）一100C（夏秋季）。由于機(jī)器運(yùn)行溫度的要求，這些熱能通過空壓機(jī)的散熱系統(tǒng)作為廢熱排往大氣中。螺桿空壓機(jī)節(jié)能系統(tǒng)就是利用熱能轉(zhuǎn)換原理，把空壓機(jī)的高溫潤(rùn)滑油與冷水換熱，將熱量回收轉(zhuǎn)換到水里，水吸收了熱量后，將空壓機(jī)的高溫潤(rùn)滑油冷卻。在對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行余熱回收改造后，明顯改善空壓機(jī)運(yùn)行工況，使空壓機(jī)溫度降低8~10°C，有效延長(zhǎng)潤(rùn)滑壽命。螺桿式空壓機(jī)的產(chǎn)氣量會(huì)隨著機(jī)組運(yùn)行溫度的升高而降低。在實(shí)際運(yùn)行中，空壓機(jī)的機(jī)械效率不會(huì)穩(wěn)定在80C標(biāo)定的產(chǎn)氣量上工作。溫度每升高1C,產(chǎn)氣量就會(huì)下降0.5%，溫度升高10C,產(chǎn)氣量就會(huì)下降5%?！憧諌簷C(jī)都在88-96C運(yùn)行，其降幅都在4%-8%，夏天更甚。對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行余熱回收改造后，可以使空壓機(jī)油溫控制在80-86C之間，可提高產(chǎn)氣量8%-10%,大大提高了空壓機(jī)的運(yùn)行效率?？諌簷C(jī)余熱回收系統(tǒng)與空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)是兩套完全獨(dú)立的系統(tǒng)。使用者無須擔(dān)心空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)影響空壓機(jī)的運(yùn)行。兩套系統(tǒng)的切換自動(dòng)控制，在空壓系統(tǒng)可自動(dòng)切換至余熱回收系統(tǒng)?？諌簷C(jī)余熱回收系統(tǒng)為全自動(dòng)控制系統(tǒng)，無需人為操作，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)溫度、水位的情況做出判斷，自行決定換熱方式。該廠每天洗浴人數(shù)約為300人共分兩個(gè)班次，每天的洗浴用水需求約為30噸（60C）。根據(jù)實(shí)際用熱需求，對(duì)其中的2臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行余熱回收改造，將空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)所散發(fā)的廢熱回收用于加熱洗浴熱水。對(duì)兩臺(tái)200kW的空壓機(jī)進(jìn)行余熱回收改造，每小時(shí)可以回收熱量約為18萬大卡，春夏秋季每小時(shí)可制取60。。熱水3.6噸，冬季每小時(shí)可制60攝氏度熱水約為3噸。故在太陽能系統(tǒng)無法工作時(shí)，空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行8-10小時(shí)即可滿足整個(gè)工廠浴室洗浴要求。根據(jù)實(shí)際考察，空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)及太陽能系統(tǒng)共同工作時(shí)，每天工作約6個(gè)小時(shí)即可滿足整個(gè)工廠洗浴要求。3.1工程概述本項(xiàng)目對(duì)空壓機(jī)站房2臺(tái)200kW壓機(jī)進(jìn)行余熱回收改造，加熱職工洗浴熱水。最終達(dá)到利用余熱不浪費(fèi)，合理節(jié)約經(jīng)濟(jì)。按照循環(huán)水溫度最終達(dá)到60C考慮，熱水管道設(shè)計(jì)溫度為80C。3.2工程綜合方案制定我們?cè)O(shè)計(jì)方案的系統(tǒng)原理如下：（1） 當(dāng)2臺(tái)空壓機(jī)中有任何一臺(tái)運(yùn)行及水箱水溫、水位都未達(dá)到設(shè)定值時(shí)，循環(huán)水泵開啟。（2） 前置水箱補(bǔ)水由浮球控制，當(dāng)后置水箱開始往浴室送水時(shí)，通過連通管由前置水箱往后置水箱送熱水。（3） 前置水箱通過浮球補(bǔ)冷水（洗浴時(shí)間內(nèi)不補(bǔ)水）。（4）當(dāng)兩個(gè)水箱水溫都達(dá)到設(shè)定值（60°C可調(diào)）、液位達(dá)到設(shè)定液位時(shí)，一、二次側(cè)循環(huán)水泵關(guān)閉，連通管循環(huán)泵關(guān)閉。（5） 檢測(cè)兩個(gè)水箱供回水溫度，當(dāng)供水溫度低于設(shè)定值時(shí)，電加熱開啟。（原系統(tǒng)已設(shè)定此控制策略）。（6） 當(dāng)檢測(cè)到水箱水溫低于設(shè)定值時(shí)，同時(shí)開啟空壓機(jī)能量回收裝置循環(huán)水泵及太陽能系統(tǒng)循環(huán)水泵。流程圖，如圖所示：根據(jù)該廠的空壓機(jī)使用情況，我們根據(jù)空壓機(jī)所在位置以及對(duì)余熱回收后產(chǎn)生的保溫水箱所處的位置進(jìn)行了制圖規(guī)劃。如下圖：根據(jù)該公司的空壓機(jī)放置位置以及保溫水箱距離用源的位置一系列因素等等考慮后，我們畫出了空壓機(jī)余熱回收改造的圖，如下圖。2012年12月空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)正式投入運(yùn)行，根據(jù)實(shí)際電表測(cè)量，全年的用電量為3.26萬千瓦時(shí)，較2012年全年用電量48.96萬千瓦時(shí)，共節(jié)約用電45.7萬千瓦時(shí)，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為137噸，節(jié)能率高達(dá)93.3%。在空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)投入運(yùn)行之后，業(yè)主將原電加熱系統(tǒng)拆除。在節(jié)約用電的同時(shí)，增加了用水的安全性。5.1電加熱成本用電加熱一噸洗澡水（40攝氏度左右），利用公式Q=C*M*T,1噸水溫升高一度，需要能量Q=4200x1000x1=4,200,000焦耳，損耗設(shè)為：15%，則需要能量，Q1=4200000/0.85=4,940,000焦耳，1度電=3600000焦耳，1噸水每升高1度，需要耗電1.37度，電費(fèi)平時(shí)0.93元/度，即1噸水每升高1度花費(fèi)1.27元，假設(shè)原來水溫15°C,則需要25x1.27=31.75元。而每天利用余熱可以燒開24頓的水，則一年的費(fèi)用為31.75x24x365=278130元，而且這僅僅是理論上的數(shù)值。從成本的角度來做對(duì)比，余熱回收利用的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電加熱水的經(jīng)濟(jì)效益，并且余熱回收利用更加環(huán)保。5.2電加熱安全性能—般都裝有各種的溫度控制器或熱保護(hù)器。這種配件可以使被加熱的水在測(cè)試點(diǎn)溫度達(dá)到設(shè)定值后暫時(shí)斷開電路，停止加熱。但當(dāng)被測(cè)點(diǎn)水溫降到一定值后，該器件又會(huì)自動(dòng)閉合，若此時(shí)沒有關(guān)掉電源，電加熱器又將重新工作。許多電加熱器生產(chǎn)廠家把帶有這種溫控器的產(chǎn)品在空氣中長(zhǎng)期通電演示，以證明自己的產(chǎn)品能〃防干燒”。其實(shí)，這種所謂的防干燒宣傳，如果不是廠家故意誤導(dǎo)，就是產(chǎn)品制造者存在這一概念上的誤區(qū)。事實(shí)上，這種演示的本身非但沒有說明其產(chǎn)品能〃防干燒”相反卻證明了在沒有水的情況下這種產(chǎn)品在不停地一次又一次干燒。甚至電加熱器的元件老化等等很容易出現(xiàn)線路故障引發(fā)安全隱患的問題，同樣的，突然斷電也會(huì)是元件損傷然后引發(fā)安全隱患。并且電加熱器要經(jīng)常維護(hù)維修，來維持其安全性能。而空壓機(jī)余熱利用技術(shù)就不存在這樣的問題，更安全經(jīng)濟(jì)。值得一提的是，項(xiàng)目采用了節(jié)能效益分享型合同能源管理模式。耀皮玻璃公司無需投入任何資金，前期工程全部由安悅節(jié)能公司投資建設(shè)，耀皮玻璃公司只需在項(xiàng)目完成后，每季度根據(jù)照節(jié)約費(fèi)用按照比例支付給安悅節(jié)能一定金額，就能零風(fēng)險(xiǎn)享受節(jié)能效果。并且，在一段時(shí)間后，設(shè)備的所有權(quán)也會(huì)完全轉(zhuǎn)交給耀皮玻璃公司。本項(xiàng)目于2014年申請(qǐng)通過上海市合同能源財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)。2013年實(shí)際分享節(jié)能量：上海安悅節(jié)能技術(shù)有限公司2013年實(shí)際分享節(jié)能量為456835kWh，折合137tce。下表是經(jīng)濟(jì)收益表。從圖上可以清楚的看出僅僅一年就節(jié)省了90萬元的經(jīng)濟(jì)，比預(yù)期的收益還要高出許多?？諌簷C(jī)在工作時(shí)產(chǎn)生大量的余熱，以往都被散熱器和散熱風(fēng)扇排往空氣中沒有利用此熱能，反而造成運(yùn)營成本高和環(huán)境污染，現(xiàn)空壓機(jī)熱能轉(zhuǎn)換機(jī)將余熱回收利用于加熱，成為企業(yè)：工業(yè)用水、恒溫用水、鍋爐預(yù)熱水、員工沖涼用水、熱水空調(diào)等從而解決了企業(yè)為使用熱水的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。相比較電加熱的諸多不安全因素，空壓機(jī)預(yù)熱回收利用則不會(huì)因?yàn)閿嚯?、元件老化以及其它各種人為的因素而造成安全事故。能更加安全合理高效的使企業(yè)空壓機(jī)多余的熱回收利用，從安全性能方面更顯得突出和具有優(yōu)勢(shì)。并且它有簡(jiǎn)單、可靠、安全、維護(hù)少的特性?？諌簷C(jī)安裝余熱回收熱水系統(tǒng)后，空壓機(jī)控制系統(tǒng)不變，工作性能不變，操作維修方式不變。余熱回收系統(tǒng)如有任何故障，甚至余熱回收系統(tǒng)停水、停用時(shí)，原空壓機(jī)系統(tǒng)都可以照常運(yùn)行。全年的用電量為3.26萬千瓦時(shí)，較2012年全年用電量48.96萬千瓦時(shí)，共節(jié)約用電45.7萬千瓦時(shí)，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為137噸，節(jié)能率高達(dá)93.3%，使得運(yùn)行費(fèi)用減少，緩解了電網(wǎng)的壓力，同時(shí)取的良好的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。從上述的空壓機(jī)余熱回收和電加熱的對(duì)比得出，從節(jié)能環(huán)保，具體的實(shí)行后的經(jīng)濟(jì)效益，安全性能等方面證明了空壓機(jī)余熱回收技術(shù)的合理和先進(jìn)性，是一個(gè)良好的選擇?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】紀(jì)鵬,嚴(yán)有琪.螺桿式空壓機(jī)余熱利用系統(tǒng)[J].壓縮機(jī)技術(shù),2011,04:40-42.王少波.螺桿式空壓機(jī)余熱回收技術(shù)的應(yīng)用