浅议空压机余热节能环保利用

[摘 要]空压机运行时会产生大量的压缩热，压缩热消耗的能量占机组运行功率的85%，通常这部分能量通过机组的风冷或水冷系统交换到大气当中。本文就如何做好空压机预热节能环保利用进行了分析，以为加强能源利用提供参考。

[关键词]空压机 余热 利用 建议

中图分类号：D632 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）24-0007-01

空压机、冷冻机耗电量占全国用电量的35%，其中空压机用电量至少占25%。在工矿企业耗电量较大的往往是空压机，并且经常占到了全厂用电量的50%，尤其在国内空压机使用效率普遍较低。

一、空压机余热利用的技术依据

现有技术中，空压机的工作流程如下：空气通过进气过滤器将大气中的灰尘或杂质滤除后，由进气控制阀进入压缩机主机，在压缩过程中与喷入的冷却油混合，经压缩后的混合气体从压缩腔排入油气分离罐，从而分别得到高温高压的油、气。由于机器工作温度的要求，这些高温高压的油、气必须送入各自的冷却系统，其中压缩空气经冷却器冷却后，最后送入使用系统;而高温高压的油经冷却器冷却后，返回油路进入下一轮循环;根据计算，在上述过程中，高温高压的油、气所携带的热量大约相当于空气压缩机功耗的85% 的转化热量，余热温度通常在80℃―100℃之间。空气压缩机通过其自身的散热系统来给高温高压的油、气降温的过程中，大量的热能就被无端的浪费了;空压机运行产生的余热，如果不交换掉，可引起电机高温及排气高温，不但影响空压机的使用寿命，更影响压缩空气的质量;如直接由冷却系统将热量排放，不但浪费了能源，更会造成热污染。如何回收利用这些余热，成为本领域技术人员所急待解决的一个技术问题。

进行热回收系统与空压机拥有良好的兼容性，对空压机的使用寿命和压缩空气的质量都有积极作用。为了充分利用空压机所产生的余热，利用空压机及系统设计，采用余热回收装置，利用该装置对空气压缩机所产生的高温高压的压缩机油进行冷却，不仅可以提高空气压缩机的产气效率，而且可获得生产和生活所需的热水，严冬都可以达到≥50℃，最高温度≥70℃，从而有效的降低工业企业单位制造成本和提高能源的利用率。

二、实际运用

以兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿为例。

1.需求

硫磺沟煤矿现有洗澡堂一座，主要用于矿井职工日常洗浴，为三班循环使用，其中早班洗浴人员较多，全天热水用量约为150m？。澡堂热水由锅炉房内2t蒸汽锅炉蒸汽与冷水混合进行加热，蒸汽锅炉为链条式燃煤锅炉，全年运行使用。

2.现状

硫磺沟煤矿空压机房内共安装5台空气压缩机，型号：SA200A-660V-T，功率：200Kw，冷却方式：风冷，正常开机2台（注氮期间为3台），单台每日开机时间：24小时。

根据统计，压缩机在运行时，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占很小的一部分15%，大约85%的电能转化为热量，通过风冷的方式排放到空气中。这些“多余”热量被排放到空气中，这使得这些热量被浪费。

可回收的热量分析：空压机压缩过程动能与热能转换中产生热量，100%的电能消耗，电机散热约为5%，油带走热量约为75%;压缩空气带走热量约为10%;其他的损失为10%;可以回收的热量为85%。

通过对现有5台空压机进行改造，配套余热回收装置、转换装置和控制装置，进行空压机余热回收、转换和利用，对洗浴水进行加热，保证矿井职工日常洗浴热水供应。

在夏季非供暖期停用蒸汽锅炉，减少大气污染物排放，同时减少能源和人员消耗，建设绿色矿区。

3.解决方案

（1）空压机能量回收装置概述

喷油螺杆压缩机能量回收装置，是一种利用压缩机高温油气热能，通过热交换将热能充分利用的节能设备。它通过能量交换和节电控制，收集空压机运行过程中产生的热能，同时改善空压机的运行工况，是一种高效的废热利用设备。其工作原理如下图所示：电动机带动螺杆机旋转，空气经过滤器，被吸入螺杆压缩机中，压缩成高压空气，并和循环油混合形成高压高温油气混合气体，再入油气分离器。油气混合气被分离成油和气后，压缩空气经散热后供给用户;而循环油气被分离开凝结成液态油后，经散热滤器后回到压缩机，完成一个循环过程。

压缩机热能热水机组是将高温循环油（和高温压缩气体）引入机组内，进入热交换予以利用。两热源热能被热能热水机充分吸收，同时压缩机得以降温。如图1

（2）换热系统

采用铜镍钎焊换热器和可拆卸板式换热器，设计压力30-45bar;设计温度-185～250℃;压损<0.25bar;使用寿命可达10年以上。

（3）补（进）水系统

为了实现自动补水功能，配置补水电磁阀，在进水端安装了水质过滤器，所有的管道和阀门均采用304不锈钢材料，采用活动分段式安装，均配有维修阀，即保证系统的可靠运行，安装维护极其方便。这样系统不但可以保证优良的水质，系统中不易结垢，使用寿命更长久。

（4）电气控制系统

电气控制系统是空压机热回收系统的心脏，对最大限度利用清洁能源、节约能源起决定性作用。空压机余热回收系统专用微电脑逻辑控制系统，具有自我诊断及自我保护功能，良好的人机中文显示面板能显示机组实际运转情况，可实现启动前系统自检，并在运行中监测所有安全相关参数。如机组发生故障，电脑控制系统会根据不同情况作出相应的反应。电脑控制系统能及时提示用户更换部件并作必要的维护。液晶面板显示，实时数据跟踪，历史数据记录，预防性保养。机组电脑系统留有备用输出，输入接线端可实现多台机组连锁控制及远程控制。可在无人值守的情况下保证一天24小时安全工作。

三、技术总结

自动化控制系统总结。控制系统为本系统的大脑，控制系统的优劣决定着整个系统的先进与落后，本系统的控制系统具有如下特点：

采用德国西门子工业级可编程控制器，实现系统全自动控制，无需专人管理，保证控制系统稳定、可靠、控制灵敏、抗干扰能力强。

控制程序将温度、水位、时间、流量等参数巧妙融合，最大限度的减少辅助热源的消耗。

控制程序可任意更改升级，当用户用水条件发生变化时，只需更改控制程序即可，简单方便，设有应急手动措施，保证系统在应急状态下能正常运行。

彩色触摸屏显示和输入，控制和显示界面友好，参数设置方便，显示一目了然。 具有密码保护功能，防止误操作。

系统主要技术参数：本系统正常运行每小时可产出25吨热水，日产水量达到150吨。在空压机房与洗浴室间设蓄热设30吨蓄热水箱达到调节矿用洗浴水箱内水位和水温的目的。

四、结语

经过统计，夏季半年确保节约运行费用预计49.4-0.4=49万元，经过试运行，效果良好，冬季半年可保证正常运行，全年预计节约经费98万元，一年内可确保回收投资成本。

参考文献：

[1]王忠海.空气压缩机的余热利用[J].液压与气动，2009，（3）：66-68.