螺杆式空压机余热回收利用方案设计

螺杆式空压机余热回收利用方案设计
申晓光;褚德海;曲莹军
【摘要】由于螺杆式空压机在运行过程中会产生的大量热量，这些热量会影响空压机的正常运行，并且大量的热量散失到空气中会造成空气污染。

因此，采用螺杆式空压机余热利用技术，合理利用空压机余热，可以达到节能减排、提高工作效率并带来收益的目的。

根据空压机的运行工况，对空压机的余热回收量及空压机全年所制热水量进行了计算分析。

根据计算结果，提出了合理的改造方案，并对空压机的余热回收及其利用进行效益分析。

【期刊名称】《黑龙江科技信息》
【年(卷),期】2015(000)029
【总页数】3页(P67-68,69)
【关键词】螺杆式空压机;双热回收直热式机组;节能减排;余热回收;效益分析
【作者】申晓光;褚德海;曲莹军
【作者单位】中电投东北电力有限公司抚顺热电分公司，辽宁扶顺 113006;中电投东北电力有限公司抚顺热电分公司，辽宁扶顺 113006;中电投东北电力有限公司抚顺热电分公司，辽宁扶顺 113006
【正文语种】中文
压缩空气是工业领域中应用最广泛的动力源之一，其最大的优点是能够利用取之不尽，用之不竭的空气作为原料[1]。

由于其具有安全、调节性能好、输送方便等诸
多优点，使其在现代工业领域中应用越来越广泛。

空气压缩机（简称空压机）是一种用来压缩气体以提高气体压力或输送高压气体的机械，是煤矿施工过程中的主要动力源之一[2]。

空气压缩机在长期连续的运行过程中，会产生大量的热量，这些
热量会使空气压缩机产生高温，影响空气压缩机正常运行，冷却方法主要有风冷和水冷两种方式，利用风冷或水冷系统把这部分热量通过机组交换到大气当中，使这部分热量白白流失[3]。

对一套空压机系统的调查表明，其运行五年的费用构成中，系统的初期设备投资及设备维护费用仅占到总费用的23%，而电能消耗（电费）则高达77%，而根据美国能源署的一项统计，压缩机运行时消耗的电能中，真正用于增加空气势能的仅占总耗电量的15%，而其余大部分（约85%）的电能都转化为热量，并通过风冷或者水冷的方式排放到了空气中[4、5]。

目前，生产过程中排放的废蒸汽及高温冷凝水一般采用全部排放到空气中或地沟里，不但浪费了大量的热能和软水并且由于高温冷凝水在冬季闪蒸的二次蒸汽又会污染环境，又相对降低了设备的利用率和使用寿命，增加了工人的劳动强度，加大了劳动成本。

如果能将这些排放到空气的热能进行回收，作为能源进行循环在利用，不仅能达到能源的节约，有效缩减成本的目的，还能够起到降低环境污染的效果，具有十分重大的经济意义与社会意义，对我国提出的节能减排、绿色生产等战略性目标的实现具有积极的促进作用[6、7]。

空压机余热利用技术是在不改变空压机原有工作状态的前提下合理利用空压机余热，通过水泵把冷却水经过冷热交换器把空压机的热油迅速冷却下来，将这部分余热经过热量回收装置转化为热水供生活及有需要的生产工艺等使用，不需要任何花费任何运行成本。

同时优化空压机油降温的效果，实现主机的节能[8]。

本文根据抚顺热电分公司空压机的实际运行工况，采用双热回收直热式机组回收热量，对空压机的余热回收量及空压机全年所制热水量进行计算分析。

根据计算结果，
提出了合理的改造方案，并对空压机的余热回收及其利用进行效益分析。

1 节能改造目的
中电投东北电力有限公司抚顺热电分公司装机为2×300MW热电联产机组，配备安装7台美国寿力风冷式无油螺杆空压机组（简称：空压机），空压机冷却方式
为空冷。

实际检测发现，空压机排出机体的油气混合物温度一般高达80～100℃，工作过程中产生大量热量，若不排放出去，将会影响压缩空气的质量，影响产气效率，对设备的正常运行产生威胁；若排放至空气中则会造成能源浪费，还会产生温室效应。

表1 3台空压机年运行6429小时条件下制热水量表年运行小时制热量季度初始
均温(T℃)温升（△T℃）空压机运行温度制水量吨/天制水量吨/季度6429 8862 kWh/天春季 8 77 85 87-92℃ 99 8910夏季 15 70 85 87-92℃ 109 9810秋季
8 77 85 87-92℃ 99 8910冬季 5 80 85 87-92℃ 95 9025全年制热水量总计 85 36655
表2 余热回收系统能耗分析表余热机组供热水泵供热水泵运行时间全年合计能
耗功率数量功率运行台数余热机来水热网补水+浴池食堂35w 3 5kW 2 24h/天冬季24h/天 10h/天 39420kWh 24720kWh热网补水浴池食堂余热机来水
而螺杆式空压机余热利用技术在不改变空压机原有工作状态的前提下可以合理利用空压机余热，通过水泵把冷却水经过冷热交换器把空压机的热油迅速冷却下来，将这部分余热经过热量回收装置转化为热水，能够用于加热热网循环水补水（冬季）、加热机组凝结水（夏季）及职工洗澡、食堂用水等需求，不需要任何花费任何运行成本。

同时优化空压机油降温的效果，实现空压机的改造节能应用[9、10]。

拟实
现以下功能：
a.对电厂厂区洗澡、食堂热水供应系统进行改造，采用余热加热生活水。

b.用于冬季厂区供暖用水、加热外网热网循环水补水。

c.用于夏季加热机组凝结水、化学水处理用水等。

2 热量供需分析
现有7台262kW螺杆式空气压缩机，其冷却方式为风冷，5台运行2台备用。

电厂两台机组运行时需要运行5台空压机，单机运行时需要运行3台空压机，方能
满足气力除灰及仪表压缩空气使用。

每台空压机的散热系统配置有2台散热风机，每台风机功率为5.5kW。

根据电厂机组运行工况，负荷率按70%考虑，机组年运行小时可达到6429小时。

考虑空压机在保压怠速时输出功率降低，测算加载率约为80%；采用双热回收直
热式机组回收热量，机组制热率一般可达到80%，允许进水温度为0-55℃，出水温度55-90℃。

按照发电机组及空压机运行小时6429小时，机组单机运行，3台双热回收直热式装置回收空压机余热进行如下计算：
空压机平均每天总回收制热量为：
Q=3台×262kW×24小时×80%×(6429/8760)×80%=18864
kWh×80%×73.4%×80%=8862kWh
图1 抚顺发电分公司空压机改造示意图
空压机全年可制热水量计算结果见表1。

①电热值以860kcal/kWh计算；②水比热1kcal/L.℃；③全年按照365天，其中春、夏、秋三季度每季度90天，冬季95天进行计算。

根据表1可知，全天可提供85℃热水95-110吨，全年可提供36655吨热水。

3 余热回收直热式机组改造方案
当压缩机冷态启动时，冷却油的温度较低，此时油冷器旁通阀、热交换器旁通阀关闭，冷却油不经过热交换器和冷却器而直接进入压缩机。

压缩机运行一段时间后，温度开始升高，当冷却温度升高到热交换器旁通阀的设定值时，此阀自动打开，需
要冷却的热油进入热交换器将热量传递给冷却水，然后进入下一流程[11]。

将电厂空压机油路系统和气路管道分别与热回收油路连接口和气路连接口对接，与空压机原油路和气路系统串联运行。

进水经过FG阻垢防腐过滤器后，依次流经流量阀、电动阀，旁路管道直接进入油水换热器，主供水管经过容量阀后进入气水换热器，再流经油水换热器，经过出水口排出源源不断的热水。

改造方案详见图1和图2。

改造后热水利用系统简图详见图3。

4 余热利用效益分析
方案设计安装3台双热回收直热式机组回收空压机余热，3台热水机组进出水管路通过母管与相近的5台空压机管路相连接。

4.1 余热回收全转换成锅炉加热收益
按照电厂300MW机组单机运行，运行小时6429小时，锅炉平均92%的能效，
锅炉管道效率98%，热水输送管道效率98%，能量综合转化效率约为88%，标煤热值以7000kcal/kg计算，3台空压机余热利用后，每年365天相当于节省标煤451吨，标煤单价以602元每吨计算，则全年收益为27.15万元。

4.2 空压机散热系统能耗收益
采用空压机热水机组，运行过程中将停止空压机散热系统，按照3台空压机运行，每台配备两台风机，共33kW（每台风机5.5kW)。

根据电厂机组运行工况，机组利用小时暂按4500小时，风机满负荷运行小时暂按6429×90%小时计算
散热系统全年耗电量为：
（3台×11kW）×6429小时×90%=190941kWh
图2 余热机组与空压机连接示意图
图3 改造后热水利用系统简图
余热机运行就停止空压机散热系统，每年365天节省电量为19.1万kWh，以市
电价0.35元/kWh计算，相当于每年节省6.69万元。

4.3 余热回收系统能耗分析
余热回收系统能耗分析详见表2。

余热机组来水系统每天24小时运行，负载率90%，每年能耗为：24小时
×5kW×90%×365=39420kW·h热网补水加热系统供暖期24小时运行，运行时间150天，负载率90%；非供暖期浴室食堂系统运行时间为365天-150天=215天，每天运行10小时，载荷率80%。

两者全年能耗为：24小时
×5kW×90%×150+10小时×5kW×80%×215天=16120+8600=24720 kWh。

余热回收系统全年合计能耗为39420+24720=64140kWh，以电价0.35元/kWh 计算，每年余热系统运行总费用为2.24万元。

4.4 投资与收益
根据方案设计需购置三台空压机余热机组共需87万元，增加4台水泵、4台板式换热器及水箱共需32万元，计及改造施工费等费用后，本方案共需静态总投资约147万元。

采用空压机热水机组，五台空压机改造可为电厂提供温升70℃生产（生活）用热水，分别从余热利用、停止空压机散热系统二方面可为电厂带来
27.15+6.69=33.84万元的直接经济效益，在扣除余热机组及余热水泵耗电费用2.24万元情况下，该项目收益约为31.60万元。

同时，未考虑空压机运行工况好转、效率提高带来的收益。

在不考虑财务费用、银行贷款等费用的条件下，项目在4.65年内时间内可收回全部投资。

5 结论
目前，在激烈竞争力的市场条件下，节能减排已成为企业盈利的重要因素，经过对螺杆式空压机进行热量供需分析后提出余热回收直热式机组的改造方案，并对其进
行能耗分析、效益分析，所得到的结论如下：
5.1 余热回收过程中，完全停止空压机自身的散热系统，且100%平衡空压机运行温度，额外带来散热系统电量节省收益，同时解决生产中空压机的热量排放问题。

通过设备改造使热回收系统回收热量全部得以利用，其节能效果是显著的。

5.2 对空压机系统安装双热回收直热式机组后，空压机能够在温度70-85℃最佳工况运行，有效避免温度过高带来的空压机油质内部积碳、抱死，从而提高空压机的产气效率，延长设备寿命。

5.3 对其余热利用进行效益分析后得出：在不考虑财务费用、银行贷款等费用的条件下，项目在4.65年内时间内可收回全部投资。

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