【壓縮機網】空壓機在工作過程中，將輸入的電能轉化為機械能，由電機驅動壓縮機將氣體壓縮成高溫高壓的介質。輸入的電能中80%變成了熱能，在耗電過程中變成了壓縮空氣的熱量，由壓縮后的油氣混合物攜帶。然而這部分熱量又是多余的，必須通過一定手段將其消耗，分別在各自的冷卻器（油冷卻器和氣體冷卻器）中被冷卻介質（水或者空氣）帶走，這部分熱量大部分直接排放，白白浪費了。有關數據理論研究表明，這部分熱量中除了2%是依靠熱輻射不能被回收，其余98%的熱量是完全可以被回收利用的。只是其利用過程中需要增加一些輔助設施而已。
一、熱回收基礎原理和熱能回收用途
原理：根據不同壓縮機各機型的不同熱量，設計制造出不同型號的熱量回收裝置（熱水機組）與各種型號的壓縮機所匹配使用，避免因換熱面積不精確、壓降過大等原因給空壓機帶來一系列故障。熱水機組接管通常設置在壓縮機主機和冷卻器之間，無論水冷式壓縮機還是風冷式壓縮機都可以。這里要實現持續(xù)的供水還需要添加其它設備，包括熱水管道、管道保溫、儲熱水箱、循環(huán)水泵、各類閥件、自動控制系統(tǒng)等。可根據不同需求安裝不同的控制系統(tǒng)，使余熱回收在最經濟、最安全可靠的狀態(tài)下運行。熱回收水溫在55℃～75℃之間，可以供給需要高溫或者熱水的地方，如員工淋浴洗漱、生產設備加熱、取暖設備、原料及電子產品的烘干等使用場景。
熱水機組運行工作原理：
（1）當壓縮機啟動運行，冷卻器中油溫較低，此時油冷卻器旁通閥、熱交換器旁通閥處于關閉，此時冷卻油不經過熱交換器和冷卻器而直接進入壓縮機進行循環(huán)；
（2）當壓縮機運行一段時間后，溫度開始上升，當冷卻器升高到熱交換器旁通閥設定值時，旁通閥打開，需要冷卻的熱油進入熱交換器將熱量傳遞給冷卻水，然后進入下一個循環(huán)流程；此時如果進入熱交換后冷卻油溫度仍然低于冷卻器旁通閥的設定值，則不進入油冷卻器而直接進入壓縮機；如果經過熱交換后冷卻的溫度高于恒溫油冷卻器旁通閥設定值，則先進入冷卻器冷卻，然后再進入壓縮機循環(huán)；
（3）如果熱回收機組回收的熱水暫不需要而停止供應時，熱交換器中也不發(fā)生熱量交換，此時冷卻油仍然保持高溫狀態(tài)（通常大于油冷卻器旁通閥的設定值）。于是冷卻器油經過冷卻器旁通閥進入油冷卻器冷卻后再進入壓縮機，以保證壓縮機的正常工作。
二、熱回收方案介紹
1、某公司有3臺250kW螺桿式空壓機，各配備一臺余熱回收熱水機組用于產熱水供員工生活所需（≥60℃），一天工作24小時。
2、熱水使用情況
根據提供的熱水使用數據和宿舍入住人數數據，計算得出：
公司總人數為：440+520+720+420=2100人
在冬季最冷時每天所需總熱水量為：2100×0.07=147m3/天
3、空壓機制熱量與制熱水量
空壓機能耗中有75%的高溫高壓的潤滑油經過冷卻器散熱量流失，我們按空壓機運行加載率100%，熱回收率95%計算，可回收的熱負荷量為：
250kW的空壓機回收的熱負荷為：250×0.75×100×0.95=178kW
按進水溫度5℃，產熱水溫度60℃計算，則每小時產熱水為：
注：m——熱水產量，
C——水的比熱容：4.2J/kg·℃
3臺空壓機一天工作24小時，可產生的熱水為2.77×24*3=199m3/天
產生的熱水量199m3/天，大于冬季最冷時每天所需總熱水量147m3/天，所以，改造三天250kW的空壓機所產生的熱水能滿足公司員工宿舍用水量。
4、空壓機熱量回收安裝示意簡圖
同時增加控制箱一套：
熱水系統(tǒng)具有直熱與循環(huán)兩種功能，直熱可以保證高回收率，循環(huán)則保證有一個穩(wěn)定的供水溫度。兩種功能的有機結合，既可提供熱水回收率，又可以恒溫供水。在空壓機房設置一個儲水箱（8噸），用來儲存余熱回收機組所產生的熱水。當溫度不夠時，此時啟動循環(huán)水泵，循環(huán)加熱所設定溫度。當水溫、水位達到供水條件時自動啟動供水泵，將熱水供到宿舍樓頂儲水箱儲存起來，員工下班后使用，水箱水溫和水位采用全自動控制。
5、經過公司實踐驗證，當空壓機運行溫度保持在75～95℃之間時，壓力控制及排氣量較改造前無變化，達到儲水箱位置的熱水溫度50～70℃，空壓機運行安全良好。
三、工作總結
1、螺桿式空壓機余熱回收原理：利用空壓機在正常運轉所產生的余熱，與同程截流式反串熱泵做熱交換（空壓機熱水器主體熱泵并非簡單傳統(tǒng)的冷熱交換形式，其采用同程截流式反串使冷熱交換效果增加1.8-2.0倍），經過循環(huán)加熱達到所需熱水的溫度，不需運行費用，一次投資就可以得到取之不盡的生產、生活熱水。與傳統(tǒng)的煤油電氣等燃燒加熱制取熱水相比，有無任何燃燒外排物，對大氣及環(huán)境無任何污染，能源消耗為零，綠色環(huán)保，符合我國節(jié)能減排的方針政策；無需燃料輸送管道及燃料儲存區(qū)域，占地小，沒有燃料泄漏、火災、爆炸等安全隱患，無需排氣溫度保護、水流開關、水溫超高保護、水箱水位報警，杜絕電熱水器漏電、干燒、超高溫報警多重安全保護設施，但對全自動智能控制有較高的要求，在實際應用場景中，需要增加恒溫控制系統(tǒng)，保證出水溫度穩(wěn)定可調。
空壓機+生活熱水運行模式：空壓機根據生產用氣量、開啟余熱回收機組出水溫度、檢測生活熱水箱的水溫，開啟熱水循環(huán)水泵，投入運行，直到儲熱水箱水溫達到設定的上限，然后熱水泵停止運行，停止熱回收。隨著生活水箱用水消耗，水箱水溫將逐漸降低，當低于下限值，再延時啟動生活水泵，如此反復循環(huán)。選配熱水箱溫度傳感器，優(yōu)先滿足生活水箱水溫的需求。根據實際應用，出水溫度不宜設置較高。
水系統(tǒng)中管路中安裝：防震軟連接、溫度傳感器、壓力傳感器、水過濾器、止逆器、水流開關、清洗三通閥等；供水管路要盡可能短，選用管路水泵有效揚程、管路流量和流速匹配；生活熱水箱應安裝高處，水箱容量為整個系統(tǒng)水量的1/10，水管路連接可采用卡箍或法蘭連接，水系統(tǒng)設計盡量簡潔，避免彎頭多，直管路盡量在不同平面；系統(tǒng)中水壓不要超過換熱器水側設計壓力1.0MPa。管材以無毒、不生銹、不結垢、耐熱、防凍、保溫廢料可回收的PPR供水管材為佳，室外部分采用PEF高效絕熱保溫材料，厚度2-20mm，外包PVC水管。
水箱制作：以304#不銹鋼鋼板焊接內膽，中間4層8公分EPS保溫，外面采用拋光鋁板包裝（如下圖），65mm聚氨酯發(fā)泡保溫。放置水箱確保地面平整。
四、回報周期
熱水工程一次投資，年運行費用如下：
循環(huán)水泵：功率*工作時間*每月工作天數（30天）*12個月*每度電=年運行費用
循環(huán)泵是為了保證恒溫供水而設的，每天工作時間很短，按每天工作2小時計算
2.2×2×30×12×0.77=1219元
供水泵：根據公司提供實際用水數據的平均每人18m3/年，宿舍入住人數為2100人；則公司一年總使用水量為2100×18=37800m3/年
供水泵流量：18m3/h，則年工作時間為37800÷18=2100小時
年運行費用：4×2100×0.77=6468元
該熱水系統(tǒng)年總運行費用：1219+6468=7687元
原使用空氣源熱泵機組和燃氣鍋爐運行費用：公司提供實際用水量平均每人18m3/年，熱水成本價8元/m3;
1棟宿舍樓：420×18×8=60480元
2棟宿舍樓：520×18×8=74880元
3棟宿舍樓：720×18×8=103680元
4棟宿舍樓：440×18×8=63360元
年運行費用：
60480+74880+103680+63360=302400元
綜上所述，節(jié)能效果明顯，具有很大推廣價值。
工程參考標準：
《壓縮空氣站設計規(guī)范》GB50029-2014
《工業(yè)管道工程施工及驗收規(guī)范金屬管道篇》GB50235-2010
《換熱器》GB151-2014
《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規(guī)范》GB50242-2024
《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》GB50268-97
《設備及管道保溫技術通則》GBT4272-2008
《低壓電器基本標準》GB/T14048.1-2016等。
【壓縮機網】空壓機在工作過程中，將輸入的電能轉化為機械能，由電機驅動壓縮機將氣體壓縮成高溫高壓的介質。輸入的電能中80%變成了熱能，在耗電過程中變成了壓縮空氣的熱量，由壓縮后的油氣混合物攜帶。然而這部分熱量又是多余的，必須通過一定手段將其消耗，分別在各自的冷卻器（油冷卻器和氣體冷卻器）中被冷卻介質（水或者空氣）帶走，這部分熱量大部分直接排放，白白浪費了。有關數據理論研究表明，這部分熱量中除了2%是依靠熱輻射不能被回收，其余98%的熱量是完全可以被回收利用的。只是其利用過程中需要增加一些輔助設施而已。
一、熱回收基礎原理和熱能回收用途
原理：根據不同壓縮機各機型的不同熱量，設計制造出不同型號的熱量回收裝置（熱水機組）與各種型號的壓縮機所匹配使用，避免因換熱面積不精確、壓降過大等原因給空壓機帶來一系列故障。熱水機組接管通常設置在壓縮機主機和冷卻器之間，無論水冷式壓縮機還是風冷式壓縮機都可以。這里要實現持續(xù)的供水還需要添加其它設備，包括熱水管道、管道保溫、儲熱水箱、循環(huán)水泵、各類閥件、自動控制系統(tǒng)等。可根據不同需求安裝不同的控制系統(tǒng)，使余熱回收在最經濟、最安全可靠的狀態(tài)下運行。熱回收水溫在55℃～75℃之間，可以供給需要高溫或者熱水的地方，如員工淋浴洗漱、生產設備加熱、取暖設備、原料及電子產品的烘干等使用場景。
熱水機組運行工作原理：
（1）當壓縮機啟動運行，冷卻器中油溫較低，此時油冷卻器旁通閥、熱交換器旁通閥處于關閉，此時冷卻油不經過熱交換器和冷卻器而直接進入壓縮機進行循環(huán)；
（2）當壓縮機運行一段時間后，溫度開始上升，當冷卻器升高到熱交換器旁通閥設定值時，旁通閥打開，需要冷卻的熱油進入熱交換器將熱量傳遞給冷卻水，然后進入下一個循環(huán)流程；此時如果進入熱交換后冷卻油溫度仍然低于冷卻器旁通閥的設定值，則不進入油冷卻器而直接進入壓縮機；如果經過熱交換后冷卻的溫度高于恒溫油冷卻器旁通閥設定值，則先進入冷卻器冷卻，然后再進入壓縮機循環(huán)；
（3）如果熱回收機組回收的熱水暫不需要而停止供應時，熱交換器中也不發(fā)生熱量交換，此時冷卻油仍然保持高溫狀態(tài)（通常大于油冷卻器旁通閥的設定值）。于是冷卻器油經過冷卻器旁通閥進入油冷卻器冷卻后再進入壓縮機，以保證壓縮機的正常工作。
二、熱回收方案介紹
1、某公司有3臺250kW螺桿式空壓機，各配備一臺余熱回收熱水機組用于產熱水供員工生活所需（≥60℃），一天工作24小時。
2、熱水使用情況
根據提供的熱水使用數據和宿舍入住人數數據，計算得出：
公司總人數為：440+520+720+420=2100人
在冬季最冷時每天所需總熱水量為：2100×0.07=147m3/天
3、空壓機制熱量與制熱水量
空壓機能耗中有75%的高溫高壓的潤滑油經過冷卻器散熱量流失，我們按空壓機運行加載率100%，熱回收率95%計算，可回收的熱負荷量為：
250kW的空壓機回收的熱負荷為：250×0.75×100×0.95=178kW
按進水溫度5℃，產熱水溫度60℃計算，則每小時產熱水為：
注：m——熱水產量，
C——水的比熱容：4.2J/kg·℃
3臺空壓機一天工作24小時，可產生的熱水為2.77×24*3=199m3/天
產生的熱水量199m3/天，大于冬季最冷時每天所需總熱水量147m3/天，所以，改造三天250kW的空壓機所產生的熱水能滿足公司員工宿舍用水量。
4、空壓機熱量回收安裝示意簡圖
同時增加控制箱一套：
熱水系統(tǒng)具有直熱與循環(huán)兩種功能，直熱可以保證高回收率，循環(huán)則保證有一個穩(wěn)定的供水溫度。兩種功能的有機結合，既可提供熱水回收率，又可以恒溫供水。在空壓機房設置一個儲水箱（8噸），用來儲存余熱回收機組所產生的熱水。當溫度不夠時，此時啟動循環(huán)水泵，循環(huán)加熱所設定溫度。當水溫、水位達到供水條件時自動啟動供水泵，將熱水供到宿舍樓頂儲水箱儲存起來，員工下班后使用，水箱水溫和水位采用全自動控制。
5、經過公司實踐驗證，當空壓機運行溫度保持在75～95℃之間時，壓力控制及排氣量較改造前無變化，達到儲水箱位置的熱水溫度50～70℃，空壓機運行安全良好。
三、工作總結
1、螺桿式空壓機余熱回收原理：利用空壓機在正常運轉所產生的余熱，與同程截流式反串熱泵做熱交換（空壓機熱水器主體熱泵并非簡單傳統(tǒng)的冷熱交換形式，其采用同程截流式反串使冷熱交換效果增加1.8-2.0倍），經過循環(huán)加熱達到所需熱水的溫度，不需運行費用，一次投資就可以得到取之不盡的生產、生活熱水。與傳統(tǒng)的煤油電氣等燃燒加熱制取熱水相比，有無任何燃燒外排物，對大氣及環(huán)境無任何污染，能源消耗為零，綠色環(huán)保，符合我國節(jié)能減排的方針政策；無需燃料輸送管道及燃料儲存區(qū)域，占地小，沒有燃料泄漏、火災、爆炸等安全隱患，無需排氣溫度保護、水流開關、水溫超高保護、水箱水位報警，杜絕電熱水器漏電、干燒、超高溫報警多重安全保護設施，但對全自動智能控制有較高的要求，在實際應用場景中，需要增加恒溫控制系統(tǒng)，保證出水溫度穩(wěn)定可調。
空壓機+生活熱水運行模式：空壓機根據生產用氣量、開啟余熱回收機組出水溫度、檢測生活熱水箱的水溫，開啟熱水循環(huán)水泵，投入運行，直到儲熱水箱水溫達到設定的上限，然后熱水泵停止運行，停止熱回收。隨著生活水箱用水消耗，水箱水溫將逐漸降低，當低于下限值，再延時啟動生活水泵，如此反復循環(huán)。選配熱水箱溫度傳感器，優(yōu)先滿足生活水箱水溫的需求。根據實際應用，出水溫度不宜設置較高。
水系統(tǒng)中管路中安裝：防震軟連接、溫度傳感器、壓力傳感器、水過濾器、止逆器、水流開關、清洗三通閥等；供水管路要盡可能短，選用管路水泵有效揚程、管路流量和流速匹配；生活熱水箱應安裝高處，水箱容量為整個系統(tǒng)水量的1/10，水管路連接可采用卡箍或法蘭連接，水系統(tǒng)設計盡量簡潔，避免彎頭多，直管路盡量在不同平面；系統(tǒng)中水壓不要超過換熱器水側設計壓力1.0MPa。管材以無毒、不生銹、不結垢、耐熱、防凍、保溫廢料可回收的PPR供水管材為佳，室外部分采用PEF高效絕熱保溫材料，厚度2-20mm，外包PVC水管。
水箱制作：以304#不銹鋼鋼板焊接內膽，中間4層8公分EPS保溫，外面采用拋光鋁板包裝（如下圖），65mm聚氨酯發(fā)泡保溫。放置水箱確保地面平整。
四、回報周期
熱水工程一次投資，年運行費用如下：
循環(huán)水泵：功率*工作時間*每月工作天數（30天）*12個月*每度電=年運行費用
循環(huán)泵是為了保證恒溫供水而設的，每天工作時間很短，按每天工作2小時計算
2.2×2×30×12×0.77=1219元
供水泵：根據公司提供實際用水數據的平均每人18m3/年，宿舍入住人數為2100人；則公司一年總使用水量為2100×18=37800m3/年
供水泵流量：18m3/h，則年工作時間為37800÷18=2100小時
年運行費用：4×2100×0.77=6468元
該熱水系統(tǒng)年總運行費用：1219+6468=7687元
原使用空氣源熱泵機組和燃氣鍋爐運行費用：公司提供實際用水量平均每人18m3/年，熱水成本價8元/m3;
1棟宿舍樓：420×18×8=60480元
2棟宿舍樓：520×18×8=74880元
3棟宿舍樓：720×18×8=103680元
4棟宿舍樓：440×18×8=63360元
年運行費用：
60480+74880+103680+63360=302400元
綜上所述，節(jié)能效果明顯，具有很大推廣價值。
工程參考標準：
《壓縮空氣站設計規(guī)范》GB50029-2014
《工業(yè)管道工程施工及驗收規(guī)范金屬管道篇》GB50235-2010
《換熱器》GB151-2014
《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規(guī)范》GB50242-2024
《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》GB50268-97
《設備及管道保溫技術通則》GBT4272-2008
《低壓電器基本標準》GB/T14048.1-2016等。
網友評論
條評論
最新評論