空压机热能回收及应用

空压机热能回收及应用

孙刚1方劲松2

红云红河烟草（集团）有限责任公司曲靖卷烟厂

摘要：通过对空压机热能回收原理及热能回收利用分析，结合实际应用案例，深入探讨空压机热能回收利用的价值，以及在节能减排等方面的效益及推广应价值。

关键词：空压机；热能回用；节能；减排

0引言

压缩空气在工业企业中是使用非常广泛的，涉及石油化工、冶金、卷烟制造、电子、食品、医药等行业。在卷烟制造企业，主要用于仪器仪表、气动元件以及物料的输送等工艺生产过程中，是生产制造必不可少的条件。

目前曲靖卷烟厂所使用的是无油螺杆空压机，螺杆空压机是一种将电能转化为机械能，再将机械能转化为风能的设备。空气在压缩过程中，发生能量转化，设备会产生大量的热能，这些热能主要来自空气被压缩导致的温度升高和机械螺杆高速运转与气体摩擦产生的热量，热量最终都被压缩空气所带走。压缩空气温度过高会导致螺杆表面的高温图层受损，增大螺杆间隙，降低产气量，降低单机效率，同时因压缩空气温度过高，不能满足生产需求，压缩空气通过降压后很容易析出水分，产生凝结水，影响产品质量。

为了让空压机稳定运行，同时保证压缩空气保持较低的含水率，就需要对压缩空气降温并通过干燥剂吸收水分，干燥压缩空气。目前采用的无油螺杆空压机为两级压缩，经过第一级压缩，压缩空气温度升高到180-190℃，然后高温压缩空气经过第一级冷却器（中间冷却器），气体温度降为50℃左右，随着气体温度降低，气体中的水分也析出被疏水器输出；随后气体再进入第二级压缩，气体温度升高到190℃左右，压缩空气再经过第二级冷却器（后冷却器），此时气体温度被降为45℃-55℃，气体中的水分再次被析出，含水率大幅降低，达到生产所需要求。空压机两级冷却器采用的冷却介质均为水，冷却水经过换热器与压缩空气进行了热交换，水温从20℃升高到60-70℃，冷却水输送到冷却塔进行降温处理后返回空压机继续冷却压缩空气；冷却水带走了大量的热，而这些热量没有得到很好的利用，造成热能浪费。

1空压机热能回收原理

空压机热能回收主要是根据热能转换原理，将压缩空气中的热能经过换热器，将热量转换到需要加热的水中。因空压机主机设备自带两级冷却器，已将压缩空气中的热量转换到冷却水中，需要增加换热器，对60-70℃的高温冷却水进行换热，吸收冷却水中的热量。回收此热量有两种方式：一种是，如果空压机的冷却水水质满足锅炉用水水质需求，可以直接用于工业锅炉作为给水；一种是，如果空压机冷却水水质不满足锅炉用水水质要求时，可采用换热器，仅回收冷却水的热量。

因目前曲靖卷烟厂使用的是燃气锅炉，对水质要求较高，使用的是除盐水，而空压机冷却水使用的是软水，水质不能满足锅炉使用，因此空压机的高温冷却水不能直接供锅炉使用，只能采取回收热量的方式。主要采用增加盘管式换热器和板式换热器，对空压机高温冷却水热量进行回收利用。

（1）在锅炉给水的储水箱中增加4组盘管换热器，让空压机冷却水从盘管换热器内部通过，盘管的外部是供锅炉使用的除盐水，经过盘管换热器，除盐水从20℃被加热到40℃，而空压机冷却水温则由60-70℃降低到35-39℃；

（2）空压机冷却水经过盘管换热器以后的出水温度仍有35-39℃，仍还有余热可以利用，将冷却水再次接入一个板式换热器，进一步吸收冷却水中的热能，板式换热器一次侧链接冷却水，二次侧连接RO反渗透膜的进水（水温：10-20℃），通过换热器，RO反渗透膜的进水水温提高到25℃左右，此温度是RO膜的最佳运行温度，而经过板式换热器以后的冷却水温度降低到20℃，余热得到了充分回收利用。热能回收示意图如图1所示。

图1 空压机热能回收示意图

2空压机热能回收利用情况分析

按照工厂产能设计要求，配备了7台空压机，总产气量为460m³/min,正常生产时所学用气量为200-230m³/min，需要运行4台空压机，总冷却水量为50m³/h,水温为65℃。

根据热量公式进行计算：

Q=Cm∆t

式中：Q为热量（kcal）；C为水的比热容，C=1 kcal/（kg. ℃）；m为水的质量（kg）; ∆t为水的温度变化（℃）。

进入压机的冷却水水温为常温水，在此设定为20℃，经过吸热后水温升高到65℃，∆t=45℃，那么，1吨水升高45℃需要吸收的热量为：Q=1×1000×45=45000 kcal。

正常生产时，每小时的冷却水量为50m³，每小时冷却水吸收空压机的总热量 Q=45000×50=2250000kcal

空压机每天运行12个小时，冷却水吸收的总热量

Q=2250000×12=27000000 kcal

这些热量优先回收用于加热锅炉进水，锅炉进水水温从常温20℃提高到40℃，锅炉每天用水为220m³吸收冷水中的热量

Q=1×220000×20=4400000 kcal，其吸收的热量小于空压机冷却水中的总热量。

空压机冷却水经过锅炉用水换热以后，水温降低到39℃，再次用于RO反渗透膜进水加热，以最低水温10℃来计算，每天RO反渗透膜进水量为500m³，吸收的热量

Q=1×500000×15=7500000 kcal

锅炉进水吸收的热量和RO反渗透膜进水吸收的热量总Q=4400000+7500000=11900000 kcal小于空压机冷却水中的总热量27000000 kcal，完全能够满足系统的正常运行。

上述吸收的总热量11900000 kcal换算成标煤为：1700千克，全年运行300天，节约标煤量为：1700×300=510000千克；

折算成天然气为：446250m³

节约燃料费用为：446250×3=1338750元。

从全年节约的标煤量来看，节能减排效果十分明显，如表1所示。

表1 减排统计表

3 案例介绍

结合以上情况分析，为不断挖掘节能降耗潜力，推进绿色发展理念，经过前期深入调查研究，结合实际生产工艺，综合设计空压机热能回收利用系统，利用原有的管道、阀门、水泵、换热器，新增盘管换热器4组，增加DN150管道20米，DN100管道15米，系统改造完成以后，能够实现每天对锅炉进水、RO反渗透膜进水加热，提高设备运行的稳定性，同时起到节能降耗的效果。改造总投资5万元，全年可节约燃料费用约134万元，热能回收产生的经济效益非常明显，同时也很好的实现了节能降耗、减排增效的目的。

4推广建议

综上所述，对空压机运行过程中产生的热量进行回收可以获得以下效益:

（1）节约能源。空压机运行过程中伴随的能量转化，产生的废热，通过热能回收系统能够实现对空压机废热的回收利用，每年可以节约不少燃料，降低运行成本。如配备锅炉或需要使用热水的企业均可借鉴使用。

（2）减少排放。从表1可以看出，通过热能回收利用，每年可以减少二氧化碳排放1152吨，有效减少了二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫的排放，对保护环境起到了积极作用。建议具备条件的均可对空压机废热进行回收利用，达到节能降耗、精益生产的目的，提高企业的经济效益和社会效益。

此热能回收方式对于空压机集中布置且距离热能使用点较近的，热能回收利用效果非常好，但在实际工作中，部分企业的空压机采用分散布置，这种方式在热能回收利用方面，因管布置路较长，热损失也会增大，管道保温要求也会高一些，以减少热损失，因此投资会略增加，但从长期节能效果来看，经济效益和社会效益还是比较可观的，非常值得实施。

5结语

空压机对于工业企业来说是必不可少的供气设备，其运行过程中产生的热量对于空压机来说是废热，如不回收利用就会对环境造成污染，如果对这些热量进行有效回收利用，用于需要热能的地方，那么将会变废为宝。由于空压机热能得到回收利用，用于加热锅炉进水，相当于减少锅炉天然消耗，降低了燃料费用，减少了二氧化碳、氮氧化物、二氧化硫的排放，达到了既降低运行成本，又实现了节能减排的效果，紧密结合了当前国家提出了绿色发展战略要求，有利益实现碳达峰、碳中和的战略目标。空压机的余热回收利用，除了可以用于锅炉进水加热，还可以用于生产空调加热、生产工艺用水加热等其他方面，应用前景十分广阔。

参考文献：

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[2] 浅谈螺杆空压机热能的回收利用[J]. 蒋恒波;彭曙明;罗康福, 机电信息. 2021(29)：33-34

[3] 空压机稳压节能技术和余热回收方法[J]. 王坤, 现代工业经济和信息化.2021,11(06)：87-88

作者简介：孙刚，1984年12月生 ，男，汉，云南省曲靖市沾益区，本科，现任红云红河烟草（集团）有限责任公司曲靖卷烟厂助理工程师，设备管理。研究方向：动力设备的节能与环保。

方劲松，1972年7月生 ，男，汉，云南省曲靖市，本科，现任红云红河烟草（集团）有限责任公司曲靖卷烟厂工程师，设备管理。研究方向：动力设备的节能及电气控制。