空压机热能回收器的应用

空压机热能回收器的应用
叶聿漳
【摘要】空压机压缩过程中所产生的压缩热能,大约85％可以回收.介绍空压机热能回收系统的组成及工作原理,以及应用实践,指出回收的热能可以生产出高品位的热水,应用于工厂的生产和生活,对企业节能降耗方面起着很大的作用.
【期刊名称】《能源与环境》
【年(卷),期】2012(000)006
【总页数】2页(P30-31)
【关键词】空压机;热能回收器;节能减排
【作者】叶聿漳
【作者单位】永安煤业有限责任公司福建永安 366013
【正文语种】中文
【中图分类】TH45
福建省煤矿掘进钻眼动力几乎都采用地面空压机集中供风，地面澡堂、烘干机房等均采用燃煤锅炉供气供热。

燃煤锅炉除尘设施费用高，造成废渣废气多、污染大、能耗高。

压缩空气是工业领域中应用最广泛的动力源之一。

由于其具有安全、无公害、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。

螺杆式空压机以其清洁、安全、操作方便等独特的优势，逐步推广取代了原来传统的活塞式空压机。

作为矿山井工开采掘进作业的最大动力源，在工作时消耗大量的
电能。

空压机工作时循环油及排气温度高达85～95℃，为确保设备在最高允许温度下正常运转，空压机冷却系统设计采用风冷或水冷方式，将这些废热向周边环境中排放，且散热设备耗费电力，维修费高。

煤矿澡堂职工洗澡用水、烘干房和更衣室供气取暖大部分采用锅炉进行加热，用电量和用煤量较大。

为进一步减少用电量和用煤量，应用空压机热能回收器，将空压机运行时产生的油、气余热进行回收利用，通过回收的热能对冷水进行加热，供职工洗澡、烘干和取暖。

但由于空压机开机时间有限，春、冬季节还不能满足洗澡的要求，因此在空压机停机时必须进行辅助加热（选用热泵热水器，水温可达50～60℃）。

另外原利用锅炉取暖和烘干功能现采用风能热泵（对周围空气加热，空
气温度可达80℃以上）进行替代，从而彻底取代耗能高的锅炉和电热烘干机，有
效地提高了矿井的节能减排工作。

1 空压机热能回收系统的组成及工作原理
1.1 空压机热能回收器的组成
由水过虑器、空压机热水器、热泵热水器、风能热泵、保温水管、保温水塔等组成。

1.2 工作原理
（1）空压机热能回收器工作原理：利用螺杆式空压机在长期连续的运行过程中，空压机螺杆的高速旋转产生的高温热量和摩擦产生的热，这些产生的高温热量由空压机润滑油的加入混合成油/气蒸气排出机体，这部分高温油/气流的热量相当于空压机输入功率的3/4，它的温度通常85～95℃。

即空压机热水器把螺杆式空压机
这部分多余的热量吸收后利用热交换的原理，把冷水变成热水。

同时将空压机的运行温度降低到80℃以下，保证空压机的良好运行状态。

（2）热泵热水器工作原理：采用电能驱动压缩机做功，利用工质循环把空气中的潜热吸收，经过压缩机压缩后变成高温高压气体，对水进行间接加热。

（3）热泵暖风机工作原理：吸收空气的热量并将其转移到房内，提高烘干房的温
度，配合相应的设备实现物料的干燥。

热泵干燥机由压缩机—换热器（内机）—
节流器—吸热器（外机）—压缩机等构成了一个循环系统。

冷媒在压缩机的作用
下在系统内循环流动，它在压缩机内完成气态的升压升温过程（温度高达85℃），它进入内机释放出高温热量加热烘干房内空气，同时自己被冷却并转化为液态，当它运行到外机后，液态迅速吸热蒸发再次转化为气态，同时温度下降至零下20～30℃，这时周边的空气就会源源不断地将热量传递给冷媒。

冷媒不断地循环就实
现了将空气中的热量搬运到烘干房内加热房内空气温度。

2 空压机热能回收器应用意义
（1）充分利用空压机多余热量。

在螺杆式空压机工作中，一般排气温度在85～95℃之间。

如此高的温度，都排放于空气当中，是极大的浪费。

利用空压机能量
回收器，可以充分回收空压机排放热能。

（2）有利于空压机的散热，使空压机能够良性运行。

因为在余热利用中，热水器吸收了大部分的热量，使空压机的运行温度在65～85℃之间，可让散热风扇停下，减少电能的消耗、缓解电线接头的老化和润滑油的变质的问题，降低了空压机的故障率。

（3）零运行成本。

不烧油、煤，不耗电。

利用螺杆空压机余热，不用电造热水；油气水靠自有压力，流进去，流出来就完成热交换。

空压机与空压机热水器之间无运行成本。

（4）降低空压机运行成本，提高空压机运行效率。

减少空压机散热风扇运行电耗。

3 空压机热量回收器的选择及应用
3.1 空压机热量回收器的选择
热能回收器对水加热方式有2种：直接加热、循环加热。

直接加热的热水器能实
现一次性将冷水加热到所需的温度，且空压机工作状态稳定，工作温度波动小，余热回收一直保持高效率；循环加热热水器一次加热温升有限，必须反复循环加热才
能达到要求的温度，因此空压机的工作温度是随着水温周期性从低到高变化，余热回收率也是周期性从高到低变化，循环加热方式空压机工作状态不稳定，会缩短空压机的使用寿命，余热回收率较低。

直热系统的好处是显而易见的，但热能回收器设计技术要求高，必须与空压机精确、专业匹配。

3.2 空压机热量回收器改造安装基本要求
（1）改造安装后，空压机操作、维修方式不变，空压机工作性能不变。

（2）确保空压机工作温度范围适当，空压机工作温度过高不行，过低也不行，合理的工作温度范围是78～85℃，才能最大发挥空压机的工作效率。

（3）热能回收器工作时保证空压机正常运行，热能回收器停止时也能保证正常运行。

3.3 空压机热能回收器的安装应用
把热能回收器安装于空压机的油循环管路中，把螺杆式空压机的油循环中的热量通过一次侧供水口，将一次侧中供应的冷水加热，然后通过热水输送管道将转换来的热水输送到热水储水塔供员工洗澡。

因考虑到空压机不会连续长时间开机，所以在热水储水塔中需要安装热泵热水器，作为辅助加热设施。

在储水塔内安装温度传感器和水位传感器，并事先设定好储水塔内的水温（最高温度和最低温度）和水位（最高水位和最低水位），通过传感器来实现热水器自动控制。

4 空压机热能回收系统创新点
（1）当保温水箱水温没有达到要求的温度时，或者保温水箱满水位时，控制系统会停止补充冷水，自动转换为热水循环，进一步回收空压机余热，或者先将水箱的水加热到要求的温度后，才能再补充冷水。

该系统确保任何时候水箱的水温均达到热水要求的温度。

（2）原空压机的冷却风扇通过油温控制。

当空压机的排气温度在合理的正常温度范围时，则冷却风扇关闭，而当空压机的排气温度超过某一合理范围时，则冷却风
扇运行。

这样可以最大限度回收空压机的热能，同时保证空压机正常运行。

（3）采用高效、低阻技术的换热器，安装余热回收系统后空压机控制系统不变，工作性能不变，操作维护方式不变。

余热回收系统如有任何故障，甚至余热回收热水器系统停水、停用时，原空压机系统都可以照常运行。

（4）采用空压机余热回收热水系统完全自动控制。

它与空压机运行相联动：当空压机运行时，对应的热能回收器自动运行；当空压停止运行时，对应的热能回收器也停止运行。

（5）热泵系统作为辅助补充加热，它与空压机余热系统可同时运行，也可独立运行，各自独立又有机结合，相互不干扰，但又各自顺利衔接。

夏、秋季节，工人热水用水量减少，空压机余热回收的热水能满足工人洗澡需要，因此可以将热泵停用。

5 空压机热量回收器经济效益分析
与燃煤费用对比
（1）空压机产热量计算：（以常用台数2台计算）
110kW空压机每小时产生的热量为：31685kJ 2台常用机12h工作（热能回收按80%）。

即每天空压机可以利用的热量约为753.6万kJ。

（2）空压机产热水量计算：
以进水温度10℃，空压机每天产生的热量可以提升45℃热水 40t/d。

（3）若利用燃煤则40t水提升45℃约需要480kg/d煤炭（燃煤热量单位：
1kg=29000J，有效利用率一般按75%计）。

按燃煤价格0.8元/kg计算得：384元/d，
则每年的费用约为10.4万元/d（按每年9个月的阴雨天气计算）。

（4）空压机散热风机节省电费（按2台110kW空压机的散热风机，每天工作
12h计为4.8万元/a。

通过以上计算：全年可直接节约费用约达15万元。

其它间接节省：解决了空压机的高温运行状态，使空压机在最佳的温度下运行，提高了空压机的效率及使用寿命；节省了燃煤锅炉日常维护和管理费用。