空气压缩机热能回收原理及应用效果_陆振乾

空气压缩机热能回收原理及应用效果

陆振乾󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁生兆昆

󰀁󰀁󰀁󰀁(盐城工学院)󰀁󰀁(江苏常州出入境检验检疫局)

󰀁󰀁摘要:󰀁探讨空气压缩机热能回收的原理及应用效果。介绍了空气压缩机热回收的优点、能量回收的方

法,并对具体项目的改造方案设计、采用的技术设备以及节能效益进行了论述。针对空气压缩机大量冷却余热

散失的现状,提出了一种废热回收利用方案。实践证明,空气压缩机热量回收改造投资少见效快,整个项目一次

投资后,其回收期约为6个月,具有较好的节能效果和经济效益。󰀁󰀁关键词:󰀁空气压缩机;热回收;节能;冷却水;余热

󰀁󰀁中图分类号:TS108.6+1󰀁󰀁文献标志码:B󰀁󰀁文章编号:1001󰀁7415(2011)02󰀁0011󰀁03

PrincipleandApplicationEffectofAirCompressorHeatRecovery

LuZhenqian󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁ShengZhaokun

󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁(YanchengInstituteofTechnology)󰀁(JiangsuChangzhouEntry󰀁exitInspectionandQuarantineBureau)

󰀁󰀁Abstract󰀁Principleandapplicationeffectofaircompressorheatrecoverywerediscussed.Aircompressorheatre󰀁

coveryadvantagesandenergyrecoverymethodswereintroduced.Thenspecificprojectmodificationdesign,adoptive

technologyequipmentandenergy󰀁savingbenefitwerediscussed.Accordingtothestatusofplentyofaircompressorcool󰀁

ingheatloss,wasteheatrecoverycasewereproposed.Thepracticeshowsthatinvestmentofaircompressorheatrecovery

modificationislesswhilethebenefitisfaster.Afteronetimeinvestmentforwholeproject,therecoveryperiodisabout6

months,theenergy󰀁savingeffectandeconomicbenefitsarebetter.󰀁󰀁KeyWords󰀁AirCompressor,HeatRecovery,Energy󰀁saving,CoolingWater,WasteHeat

󰀁󰀁随着现代纺织技术的不断发展,压缩空气在

纺织工业得到了广泛应用,主要应用在纤维物料

输送、轧辊加压、移动工位、喷射气流加工、射流自

控技术、清洁部件机台和喷气织机引纬等方面。

这些高压空气的产生就必须使用到空气压缩机。

空气压缩机(以下简称空压机)是将原动机(通常

是电动机)的机械能转换成气体压力能的装置。

在机械能转换为气体压力能的过程中,空气被强

烈地压缩,温度骤升,产生大量的热量,同时空压

机机械部件高速运转也会产生大量的摩擦热,温

度可以达到80󰀁~100󰀁。这些热能普遍采用

风冷或水冷方式被无端地废弃排往大气中。从节

约资源、可持续发展以及低碳的角度来看,利用某

些方法和装置将空压机产生的废热回收利用,既

能解决空压机组的冷却问题,又能最大限度地利

用能量,可以为纺织印染企业降低生产成本,具有一定的经济效益和社会意义。

作者简介:陆振乾(1980-),男,讲师,盐城,224051收稿日期:2010󰀁09󰀁201󰀁空压机余热回收技术的优点

安全环保高效节能。在不影响空压机工作的

情况下,利用空压机余热回收制热,不消耗任何电

能和燃料,不排放任何废气,不产生任何污染。

提高空压机的运转效率。安装余热回收装置

的空压机组,可以提高产气量8%,空压机的原有

散热风扇有时将停止运转,极大地降低了空压机

的耗电量,可实现空压机的经济运转。

延长空压机使用寿命。安装空压机余热回收

装置后,可显著降低空压机排气温度,减少机器故

障,延长设备使用寿命,延长机油、过滤器、油气分

离器更换时限,降低维护成本。

2󰀁空压机的能量变化及冷却系统

2.1󰀁空气在被压缩过程中的能量变化

静止的物体,其内部的分子、原子等微粒仍在

不停地运动着,这种运动叫做热运动。物体因热

运动而具有的能量叫做内热能。在热力学中把物󰀁11󰀁第39卷󰀁第2期2011年2月󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁CottonTextileTechnology󰀁79󰀁体的内热能叫做内能,意味着是储存于物体内部

的能量。气体在压缩过程中,外功和内能的变化

以及系统和外界的热交换,应符合能量守恒定律。

过程中可用以下公式来表示:

dw=du+dq式中:dw表示外界所做的功,du表示压缩空

气增加的内能,是正值,dq表示压缩空气向外界

散发的热量,是正值。

从公式可以看出,压缩过程中外界对压缩空

气所做的功转化成两部分:内能和散热。这些热

能的4%左右由压缩空气带走,2%左右通过机器

及管道以辐射形式散发出去,而约94%都传给了

冷却媒介。如对这部分能量进行回收利用,其效

益十分可观,运行费用可大幅降低。

2.2󰀁空压机冷却系统

空压机的冷却方法有两种:空气冷却和水冷

却。一般小型的空压机或缺少水源的场所,可选

用空气冷却形式,风冷型冷却系统都是用风道把

空压机组工作产生的热量全部排到室外。而大型

空压站且有水源的场所则采用水冷形式较多。纺

织厂特别是喷气织造厂需要的供气量较大,一般

采用螺杆式和离心式空压机组同时配备水冷却系

统。冷却水经过进水阀流入进水总管,然后流入

中间冷却器、后冷却器和油冷却器等流入出口管

道,经出口阀排出,再做冷却处理。

水冷却系统主要有三种形式:一次性通过系

统、开环循环系统和闭环循环系统。一次性通过

系统的冷却水来自河流、地下水或自来水,通过空

压机后就直接排入下水道;开环循环系统是将由

空压机来的热水送到冷却塔中,使水的温度降低

再送回机内进行冷却处理;闭环循环系统的冷却

水不与外界接触,来自空压机的热水流经一个热

交换器后变成温度较低的冷却水,然后循环回到

空压机内进行冷却处理。

3󰀁能量回收方法及改造实施

3.1󰀁能量回收方法

空压机余热回收充分利用热交换原理,将空

压机的余热(冷凝热)进行回收。空压机的冷却

方法不同,其冷却系统的装置也不同,能量的回收

方法也会有所差别。对于空气冷却系统,热量回

收方法通过对压缩机冷却产生的大量低温热气流可以直接用作办公采暖或热交换器的预热。对于水冷却系统的能量回收方法在空压机内

部水路循环中串入一机外板式换热器,内部水先

与来自软水箱的软水进行换热,既降低了内部水

温,又提高了外部水温。然后再进入水冷却器或

直接回流空压机内进行冷却。被加热的水在蓄热

水箱处储存,最后再输送到热网。当热量被回收

利用后,水冷却器的负荷大大降低,甚至不再需要

冷却塔。

3.2󰀁改造实施

以某纺织厂为例,采用阿特拉斯ZR400型水

冷无油螺杆空压机,加装热回收装置核心为西门

子公司的ER󰀁Z󰀁5型板式热交换器和超声波热能

表。空压机水路循环热交换改造方法见图1。在

空压机的水路中接入热回收装置,热回收系统安

装在空压机外部,通过水管以及连接件与空压机

相连。随着添置内部水泵的循环,空压机的内部

水通过板式热交换器与来自软水箱的软水换热,

使内部水得到冷却而外部软水温度得到提升。

图1󰀁压缩空气系统与热水系统结合示意图

󰀁󰀁改进后,冷却塔不再投入使用,但为了保证系

统运行安全可靠,仍保留了冷却塔,只是在冷却塔

的入口和出口管道上加装了处于常闭状态的膨胀

阀门。膨胀阀门采用温度控制,一旦废热回收系

统出现故障后,内部水温上升到限定温度,则阀门

打开,使原有的冷却塔降温系统投入使用,确保了

空压机能可靠冷却。

附属设施工程还包括在原有软水箱与空压机

新装的热交换器之间进行管道连接,内部管路上

串联一台循环水泵,软水箱和管道均加装保温材

料。项目节点为由空压机至软水箱,不含由软水

箱至各用水点部分。

4󰀁能量回收计算

空压机轴功率为355kW,现场的超声波热能

表上显示回收装置回收功率为347kW。1kW󰀁h

电的热值为860kcal理论上每天可回收的能量󰀁12󰀁CottonTextileTechnology󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第39卷󰀁第2期2011年2月󰀁80󰀁为:347󰀁860󰀁24=7󰀁16󰀁106(kcal)。过热蒸汽

其焓值约为:6󰀁5󰀁105kcal/,t本地区蒸汽价格为:

185元/t。经计算每年可节约能源(1年按350天

计算):7.16󰀁106󰀁350/6󰀁5󰀁105=3855󰀁4(t)。

可节省成本:3855󰀁4󰀁185=71(万元)。

空压机热回收项目的热量回收装置及水循环

系统的总投入约38万元,可以算出整个项目的一

次投资后,其回收期约为6个月。

5󰀁结语

回收空气压缩机废热加热生产、生活用水方

案,既解决了空压机冷却散热的难题,又充分利用

了废热,为企业节约了一次能源,一次投资就可以

源源不断地得到热水,节省了企业大笔的运营费用。空气压缩机热量回收改造投资少见效快,符

合国家产业政策,利国、利民、利己,值得推广。

参考文献:

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分析研究[J].棉纺织技术,2008,36(3):19󰀁22.

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能耗的几种方法[J].棉纺织技术,2010,38(6):12.

󰀁读者󰀁作者󰀁编者󰀁

󰀁棉纺织技术󰀁期刊征稿启事

1󰀁征稿内容

(1)配棉精细化、电子化的理论及实践;

(2)高性能纤维的开发及应用;

(3)防护用纺织品的研制;

(4)医用纺织品的开发;

(5)梳理技术的研究进展;

(6)清梳联工艺的优化;

(7)并粗新设备、新工艺的应用;

(8)传统纺纱与新型纺纱工艺技术进步及设

备改造的研讨;

(9)新型专件、器材的使用体会;(10)织前和织造过程节气、节纱的技术改造;

(11)新型上浆工艺及新型浆料的研制;

(12)织造工艺技术创新及织机技术改造;

(13)纺织工艺、设备及管理信息化建设的实践;

(14)纺织企业节能降耗的有效措施。

2󰀁稿件文责

文责自负,来稿应符合国家标准和有关规定。

涉及机密的稿件,作者投稿前应先征得有关单位

同意。来稿如曾投某报刊,务请注明。

3󰀁稿件具体要求

(1)来稿要求内容翔实,数据准确,图文相

符,文字精练,采用法定计量单位;

(2)来稿字数一般以5000字以下为宜,

3000字以上的稿件请编写摘要。摘要字数以200