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空氣係統節能改造方案

空壓機熱回收可操作性分析

空壓機熱回收可操作性分析

空壓機熱回收原理:
    大中型空壓機一般都有油冷卻係統,空壓機工作時產生的熱量(主要是摩擦熱)通過其自身的油循環係統,將高溫油運輸至油冷卻器,油冷卻器一般是管殼式或風冷式換熱器,其中管殼式換熱器通過特定的冷卻水將潤滑油冷卻,冷卻水再通過冷卻塔將熱量傳遞給室外空氣。另外,空氣壓縮機產生的壓縮空氣也是高溫的,必須也要經過一個冷卻裝置後才能進入儲氣管用來使用。兩部分熱量加起來約等於壓縮機輸入功率的3/4,可以回收的空間很大。
     基本組成
    空氣壓縮機組中一般包含兩個冷卻器,油冷卻器和空氣冷卻器,噴油型的壓縮機一般油溫和空氣溫度可達80~100度,在兩個冷卻器共用一套冷卻水係統時(常用配置),每100kW輸入功率需要冷卻水1.5l/s,冷卻水溫升達到15度,由此計算需要帶走的熱量為70kW,因此,這部分能量全部回收用途有限,日常采暖及生活衛生熱水需要的溫度約為45~65度,與空氣和油的溫度差距為35~15度,符合換熱的基本要求,完全是可以部分利用。為了不增加油和壓縮空氣的阻力,比較好的方法是更改冷卻器的形式,分為高溫段和低溫段,高溫段用來加熱回收用水,低溫段用傳統的冷卻水冷卻。
    具體結構
    對於螺杆式空氣壓縮機,其熱量分布在油和空氣上,通常空氣冷卻器使用管殼式,空氣在殼體內管外流動,阻力較小,水在管內流動,改造時隻需要在水室內增加隔板,在封頭部分增加進出水管,將部分換熱空間用取暖用水代替即可,因為空氣出口溫度較低,所以大部分熱量是無法回收的,為不影響壓縮空氣冷卻效果,回收量控製在30%左右,應設計為多流程。油溫一般在69~98度,通常采用板式或者套管式換熱器,此類換熱器也可以在訂購的時候就要求多流程結構,增加部分換熱麵積用來進行熱回收。目前的所有熱回收係統都是冗餘係統,考慮的熱回收可能會有停止的時候,但是主機工作不能受到任何影響,所以設計時就要考慮即使熱回收係統沒有使用,主機也能通過現有的冷卻係統正常工作。
     控製
    因為原有的空壓機係統都具有完善的控製係統,負責維護係統的正常高效運行,熱回收係統是冗餘係統,所以原有的空壓機組無需做任何控製方麵的改變。熱回收本身的控製係統可以采用溫度控製,通過監控熱水箱溫度來控製加熱循環水泵運行,水泵運行時,即為熱回收係統啟動狀態,當需要熱水溫度較高時,可以設定水溫,增加循環次數。為了節能,防止壓縮機未啟動而水泵啟動造成電力的浪費,可以通過測量排氣溫度的方法來作為確定循環水泵是否需要工作。
    熱回收係統的組成
    熱回收係統包括換熱係統,加壓係統,水源,以及保溫保存係統。因為空壓機的開關機並非是均勻的,與設備配置和工廠使用情況有很大關係,因此可以認為熱源在單位時間內是雜亂的,但長期來說就是穩定的熱源。同時采暖和衛生熱水負荷也是不均勻的,因此為了緩和矛盾,必須有足夠的保溫保存方式,即保溫水箱。
    經濟性分析
    以每100kW的輸入功率回收20%,即20kW計算,空壓機每天運行8個小時,即可回收160kW的熱量,可以獲得45度的熱水5.5噸,而使用鍋爐製取同樣多的熱水需要消耗燃油15.4kg 如果按7.2元/kg計算,每日就可以節約111元,每年(240工作日)即可節約26640元燃料費用。而電鍋爐同樣的熱水量最少也要每天200元電費,全年可節約48000元。
    空壓機熱泵綜合優點:
    1、安全、衛生、方便、實用。螺杆空壓機熱泵與燃油鍋爐比較,無汙染、一氧化碳、二氧化硫、黑煙和噪音、油汙對大氣環境的汙染。一旦安裝投入使用,隻要空壓機在運行,企業職員就隨時可以提取到熱水使用。不必定時定量供應,係統較大的企業還可以滿足企業職員在冬季使用熱水來洗涮衣服、被褥。為創建資源節約型環境友好型企業奠定基礎。
    2、經濟運行。提高空壓機的運行效率,實施空壓機的經濟運轉。多數空壓機製造廠家出廠機組設定風扇運轉溫度為85℃啟動散熱。安裝螺杆空壓機熱泵運行的空壓機組溫度在85℃以內,可以降低風冷螺杆空壓機散熱風扇運轉時間。
    一般風冷空壓機都在80~96℃間運行,空壓機熱泵足可以使空壓機溫度降8~12℃其降幅都在4~8%,夏天更佳,為此它的經濟效益就更顯著了。
    3、減少空氣壓縮機維護費用。空壓機工作溫度的降低,減少了機器的故障,延長了設備的使用壽命,降低了維修保養成本,增大了機油、機油隔、油氣分離器更換時限,相應延長更換期限。螺杆空氣壓縮機的主要費用支付是,運行費用,屬於高成本設備,其次是耗材的更換,機油、機油隔、油氣分離器。例一台進口螺杆37kW的空壓機保養一次耗材費用是約4700元,使用周期為3000H,耗材費用1.56元/小時。在80~84℃間運行的空壓機,耗材的使用同期可延長35%,即4050H,延期後的耗材費用是1.16元/h。空壓機在85℃內運行,防止機油乳化、積碳現象降低,二者是嚴重影響油隔、油氣分離器壽命性能的致命因素。如果乳化,碳化顆粒超常將堵塞機油隔、油氣分離器,嚴重影響機器的運行,使內壓劇增,電機功率超負荷,機體溫度超高,後果是多耗電能,機器燒毀和引發火災。
    可能存在的缺點和不足
    1、空壓機在某個時間段不工作時,無法提供穩定的熱源,此時若有供熱需求可能無法滿足。
    2、夏季空壓機排熱量較大,但此時熱水需求卻較少,熱回收裝置利用率不高。
    3、水處理,普通熱水裝置需要的水處理係統,在熱回收係統中同樣要求配置。
    4、管道損失,空壓機房因為噪音等原因,往往設置在接近用氣段但遠離辦公室和生活區,不像傳統取暖方式可以接近使用熱源地,因此運輸損耗需要考慮。
    綜上所述,對於常年使用空壓機的企業,配套熱回收係統,在初投資減少的基礎上,采暖和衛生熱水費用可以大大降低,不但降低企業成本,而且還節省能源消耗,改善員工工作環境,減少碳排放量,廢熱排放量以及環境汙染物排放(當用來代替燃油/燃氣/燃煤鍋爐),下一步應鼓勵空壓機廠家在大中性空壓機組上均配置類似裝置,降低用戶配置成本並不斷提高回收效率。鼓勵需要空壓機及熱水采暖的企業選擇節能環保的產品。