空压站余热回收系统节能设计

空压站余热回收系统节能设计

摘要：分析空压机压缩过程热力学原理，及根据热工原理分析了压缩过程的节能方向，在站房设计中分析了空压站余热回收原理，在具体案例中分析了余热回收系统的经济可行性。

关键词：压缩过程；空气压缩机节能；余热回收；高温水源热泵中图分类号：tk018 文献标识码：b 文章编号：1671-3362（2013）05-0126-03

概述

2011年，我国gdp约占世界的8.6%，但能源消耗占世界的19.3%。我国单位gdp能耗是世界平均水平的2.5倍，美国的3.3倍，日本的7倍。我国的节能降耗形势严峻。工业和信息化部已提出了工业节能的“十二五”目标是单位工业增加值能耗较“十一五”末下降21%。要实现这一节能指标，任务非常艰巨。

能源是工业企业运行的动力，而压缩空气作为机械行业的重要动力介质，扮演着重要的角色；空压站是压缩空气的生产场所，在大、中型工厂中一般为集中设置；生产压缩空气需要消耗了大量的电能；空压站是工厂中能耗较大的一个单体。占到机械类工厂总耗电的10%～35%；压缩空气系统成为了工业企业重要的节能工作对象。2空气压缩原理及节能分析

空气经压气机压缩后，压力升高，称为压缩空气，压缩空气在工程上应用广泛，如用于各种气动机械的动力、颗粒物料的输送、吹扫等；空压机消耗一定的轴功，将定量的空气自大气环境状态压缩

到需要的最终压力。根据热力原理，略去压气机进出口气体动能和位能变化，压气机压缩过程中理论轴功可写为：

ws=q+△h

式中：

ws——压气机轴功

q——气体向外界传热

△h——气体焓增

上式说明，压气机消耗的轴功，一部分用于增加气体的焓，一部分转化为热能向外界传热。压缩过程存在两种假想极端情况，一种是过程极快，近似绝热定熵压缩；一种是过程极慢，气缸冷却效果好，近似定温压缩过程。对于理想气体的定温压缩，气体焓增为零（△h=0），消耗的轴功全部转化为热能（ws=q）向外释放。而绝热定熵压缩过程中（q=0）轴功全部转化为气体的焓增（ws=△h），使气体温度升高。

实际空气压缩机的压缩空气为等温和绝热之间的多变过程（1该方案对空压机组本体不做任何修改，只是在循环冷却水管道上进行开口，增设旁路；不影响机组的正常供气，其系统流程图如图3所示。

该方案对机组改动小，系统稳定，应用范围广；但该系统需增加电能消耗，系统耗电部分有热泵机组和循环水泵。

4实际工程中的余热回收系统设计

北方某汽车整车厂空压站房的配置如下：1）210m3/min的离心式

空压机3台（2用1备），轴功率1288kw/台；2）40m3/min的无油螺杆式空压机5台，轴功率250kw/台（4用1备）。8台空压机设备合用一套冷却水系统。另厂区有职工浴室，需制备生活热水。而空压机系统运行时产生大量的热量，可将这部分废热进行热回收，制成员工洗浴热水，一方面可以节约制取热水能源费用，另一方面可以改善空压机的运行工况，延长空压机的使用寿命。

空压机余热回收系统回收的总热量拟用于满足厂区浴室800个洗浴水龙头的热水需求。职工洗浴时间按照三班制，每班洗浴时间为半小时。

由于空压机设备的形式为离心式和无油螺杆式，冷却系统为水冷式，因此采用技术方案二。按回收热量为空压机额定功率的50%计。则空压站房每小时可以回收的热量为：（1288 kw×2+250kw×4）×50%=1788kw。

根据《建筑给水排水设计规范》和《给水排水设计手册》中提供的数据，工业企业淋浴间每个水龙头小时用水量为540l，使用水温为40℃。冷水计算温度为5℃。当供给热水温度为55℃，热水量占混合水量的70%。则每班洗浴热水耗水量为： 540l/h×0.5h×800×70%=151200l。热水耗热量为：540l/h×0.5h×800×70%×

（55-5）℃×4.2=31752000kj。

根据实际洗浴需求，选取的水源热泵机组需要在6小时内将151.2m3的热水加热到55℃，热泵机组供热量为：31752000kj/（6×3600）=1470kw；小于可可回收的热量（1788kw）。余热回收系统

设备选型以生活用热量为选型依据，故选用2台供热量为755kw的高温型水源热泵机组，供水温度为55℃。余热回收系统如下：

系统设备选型如下：

水源热泵余热回收系统启动后，实时检测水箱热水温度，当热水箱热水温度达到设定值（55℃）时，停止源水泵（b）和热水泵（c）运行；当热水箱热水温度低于设定值（48℃）时，开启源水泵和热水泵进行循环加热。

由于热泵蒸发器侧进水温度需低于29℃，故在进水总管上设电动三通阀（v6）根据水源热泵主机蒸发器侧进口温度实时进行开度调节，增减冷却水进水量；保证蒸发器侧进水温度低于设备允许温度。5余热回收系统经济性分析

两台高温水源热泵可以从冷却水中回收热量：1510kw；消耗的电能为：170 ×2 +（5.5 + 22）× 2= 395kw；日运行时间为：3班/天× 6=18小时/天；系统年运行天数为300天。

则全年可回收热量为：1510kw×18h×300 = 8154000 kw.h

回收系统年耗电量为395kw×18h×300 = 2133000kwh，

每年电费为2133000kwh ×0.7元/kwh =149万元（平均电价按照0.7元/kwh估算）。

若采用燃气锅炉来提供同样的热量，则需天然气v = q /c.△t = 8154000×3600 kj/（8500kcal/m3×4.18×80%）=103.3万m3/年（80%为燃气锅炉效率）。折算成燃气费用为：103.3万m3×2.7元/m3 = 279万元。

与燃气锅炉相比较，使用空压机余热回收系统后：

（1）每年约可以节约燃料费用： 279-149 = 130万元；

（2）每年可以节约天然气量： 103万m3；

（3）每年可以节约标煤：103万m3 ×12.143tce/万m3 = 1251tce。6结束语

通过以上分析可见空压站热回收系统在技术、经济上是可行的。既可以回收废热降低空压机组冷却水温度，改善空压机运行工况，又可以产生的洗浴用热水，提高员工的生活质量。同时也节约了企业运行费用，降低企业能源消耗总量。

但该余热回收系统也有不足之处，就是受到热泵机组压缩机及冷媒的温度限制，热泵机组制备的热水温度比较低，这就限制了热水的应用范围，对于某些大型的空压站，企业可能无法消耗掉所回收的余热。

总之，空压机组的废热回收技术的应用，既可节约企业用能，又改善了环境，还提高了空压机组的使用年限，是一举多得的节能技术，值得大力推广。

参考文献

[1]廉乐明等.工程热力学第四版[m].中国建筑工业出版社，1999.

[2]徐明等.压缩空气站设计手册[m].机械工业出版社，1993.

[3]建筑给水排水设计规范.gb50015-2003.

[4]压缩空气站设计规范.gb50029-2003.