壓縮空氣是工業(yè)領域中應用最廣泛的動力源之一。由于其具有安全、無公害、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點,使其在現(xiàn)代工業(yè)領域中應用越來越廣泛。但要得到品質(zhì)優(yōu)良的壓縮空氣需要消耗大量能源。在大多數(shù)生產(chǎn)型企業(yè)中,壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的10%～35%。在不斷提高壓縮空氣系統(tǒng)效率的同時,空壓機運行時會產(chǎn)生大量的壓縮熱,壓縮熱消耗的能量占機組運行功率的85%以上,通常這部分能量通過機組的風冷或水冷系統(tǒng)釋放到大氣當中。

所以，壓縮機的熱回收是持續(xù)降低空氣系統(tǒng)損耗,提高客戶生產(chǎn)力的必要手段。余熱回收的節(jié)能技術目前研究很多,但大多只針對噴油螺桿式空壓機的油路改造而言。本文通過對幾種典型空壓機的工作原理和余熱回收系統(tǒng)特點進行詳細介紹,更加豐富地了解空壓機余熱回收的途徑和形式,可以更好地進行余熱回收,降低企業(yè)的能源費用,達到節(jié)能環(huán)保的目的。

現(xiàn)將幾種典型的空壓機余熱回收途徑和形式作一介紹。
                                                                                                                  1 噴油螺桿空壓機余熱回收分析

1)噴油螺桿空壓機工作原理分析
噴油螺桿空壓機是目前市場上占有率較高的一種空壓機類型,其工作原理見圖1。

噴油螺桿空壓機的油有三個作用:冷卻吸收壓縮熱、密封和潤滑。

氣路:外部空氣通過空氣過濾器進入機頭經(jīng)過螺桿壓縮后,油氣混合物由排氣口排出,經(jīng)過管路系統(tǒng)和油氣分離系統(tǒng),進入空氣冷卻器,將高溫的壓縮空氣降低到可接受的程度。

油路:油氣混合物由主機出口排出,在油氣分離筒體內(nèi)冷卻油與壓縮空氣分離后進入油冷卻器,將高溫油的熱量帶走,冷卻后的油經(jīng)過相應的油路重新噴入主機,進行冷卻、密封和潤滑。如此反復。

2)噴油螺桿空壓機余熱回收原理
噴油螺桿空壓機余熱回收的示意圖和流程圖見圖2和圖3。

由圖2、圖3可見,經(jīng)壓縮機頭壓縮形成的高溫高壓油氣混合物在油氣分離器中被分離,通過對油氣分離器出油管路進行改造,將高溫油引入一熱交換器,熱交換器旁通閥實時對進入熱交換器和旁通管的油量進行分配,從而保證回油溫度不低于空壓機回油保護溫度,熱交換器水側(cè)的冷水與高溫油進行熱交換,被加熱后的熱水可以用于生活熱水、空調(diào)采暖、鍋爐進水預熱、工藝用熱水等。

3)一次換熱余熱回收
噴油螺桿空壓機的余熱回收系統(tǒng)形式較多,下面列舉兩種最常見的系統(tǒng)。圖4為噴油螺桿空壓機的一次換熱系統(tǒng)流程圖。由圖可見,保溫水箱中的冷水通過循環(huán)水泵直接與空壓機內(nèi)部的能量回收裝置進行換熱,然后回到保溫水箱。此種系統(tǒng)的特點是設備少,換熱效率高,但必須注意的是,需要選擇材質(zhì)較好的能量回收裝置,且需定期清洗,否則容易由于高溫結(jié)垢而引起堵塞或者換熱裝置發(fā)生泄漏污染應用端。

4)二次換熱余熱回收
圖5為噴油螺桿空壓機的二次換熱系統(tǒng)流程圖,由圖可見,此系統(tǒng)進行兩次換熱,與能量回收裝置換熱的一次側(cè)系統(tǒng)為閉式系統(tǒng),二次側(cè)系統(tǒng)可以為開式系統(tǒng),也可以為閉式系統(tǒng)。一次側(cè)的閉式系統(tǒng),采用純水或蒸餾水循環(huán),可以減少由于水結(jié)垢對能量回收裝置造成的損壞。萬一換熱器損壞,應用端的加熱介質(zhì)不會被污染。

5)噴油螺桿空壓機加裝熱能回收裝置的優(yōu)點
噴油螺桿空壓機安裝了熱能回收裝置之后,會有如下好處：
(1) 停止空壓機自身的冷卻風機或減少風機的運行時間,熱能回收裝置要用到循環(huán)水泵, 水泵電機要消耗一定量的電能,但是在空壓機主機的排氣口溫度未達到80～95℃時(可以在這個范圍內(nèi)進行設定),空壓機自身冷卻風機是不工作的,這個風機的功率一般要比循環(huán)水泵的功率大4～6倍,因此風機一停,比循環(huán)泵的用電要節(jié)能4～6倍。另外,因為油溫可以得到很好的控制,所以機房的排風扇就可以少開或完全不開,這又可以節(jié)能。

(2) 將余熱轉(zhuǎn)換為熱水,不需要任何額外能耗。

(3) 增加空壓機的排氣量。由于空壓機的運行溫度可以被回收裝置有效地控制在80～95℃的范圍內(nèi),機油的濃度可以保持較好,空壓機的排氣量就會增加,增加量為2%～6%,這一點也相當于節(jié)約了能源。這對夏季運行的空壓機尤為重要,因為一般到了夏季,環(huán)境溫度較高,油溫往往可升至100℃左右,機油變稀,氣密性變差,排氣量就要減少。因此熱能回收裝置在夏季更能彰顯出它的優(yōu)勢。