空压机余热方案设计与经济性分析

摘要:空压机工作时，主机排气温度高达90℃左右，其中蕴藏着极大的热能，有很高的利用价值。通过空压机余热回收装置，这些热能可以被回收用于生活用热水、工艺用水、采暖等用途。论文对空压机余热利用进行方案设计，对两台M250机组进行压缩空气系统热回收改造，回收空压机多余热量，用于加热生活水。同时，论文对该改造项目进行经济性分析，估算其投资回收期和内部收益率，以此来评价该节能项目的经济性。

关键词:空压机;余热回收;节能

引言

能源问题是事关人类社会发展的重大问题。传统的化石燃料在燃烧过程中会产生大量的温室气体二氧化碳。同时，燃烧产生大量的污染物和废热，会造成环境污染。因此，提高能源的利用效率，不但存在经济效益，而且能够减少碳排放和污染，起到保护环境的作用。在现代化的工业生产中，余热回收是一项极为有效的节能减排手段，广泛应用于各个领域［1］。压缩空气是工业生产过程中应用最广泛的动力源之一。空压机作为压缩空气的生产者，在生产过程中会消耗大量的电能。为了提高压缩空气的压力，空压机工作时的主机排气温度高达90℃左右，这其中蕴藏着极大的热能，有很高的利用价值。传统的冷却方式是通过闭式循环冷却水冷却空压机油和压缩空气，这些能量都白白被浪费掉了，还造成了热污染。根据美国能源署的统计:空压机运行中消耗的电能，只有15%被转化为空气势能，剩下的85%通过热能的方式排放到冷却水或者空气中。这些热能是可以通过技术手段被高效回收利用的。通过空压机余热回收装置(HRS)，这些热量可以被回收应用于生活用热水、工艺用水、采暖等途径［2］。

1空压机余热回收方案

1．1原理介绍

空压机余热回收改造包含2个组成部分:①生活水加热系统改造;②空压机内部油冷却系统改造。典型的空压机余热回收系统如图1所示，空压机运行产生的热能通过HRS回收，然后通过循环水泵把热水输送至蓄热水箱。热用户需要热水时，热水泵从水箱中取热水输送至用户。图1典型空压机余热回收系统示意图

1．2方案设计

大唐乌沙山发电厂压缩空气系统主要由16台工频250kW喷油螺杆式空压机组成。经过初步考察，计划对其中两台M250机组进行压缩空气系统热回收改造，回收空压机多余热量，用于加热该厂西部生活区的生活水。1．2．1生活水加热系统改造原有的西部生活区的热水由布置在汽机房6．9m的生活水加热器供应。该生活水加热器最大热交换水量为30t/h。原有的生活水系统如图2所示。生活用水通过一用一备的生活水加热器供给用户，回水通过循环水泵回到生活水加热器。生活水补水通过和水泵出口的回水管道汇成一路，进入到加热器中。设计新增空压机余热回收装置接入现有的生活水系统，如图3所示。机组正常运行时，空压机系统一用一备。本项目拟安装两套热回收装置，与两台空压机相配套。考虑到空压机系统存在停运的可能性，为了保证用户的用水可靠性，将原有系统的一段管路和两台热回收装置并联，作为旁路，当两台热回收装置都退出运行时，回水直接经过旁路回到生活水加热器中。1．2．2空压机内部油冷却系统改造图4是改造前后空压机的油冷却系统对原有的空压机油冷却系统构成比较简单，只有闭式循环冷却水一个冷源。从油分离器底部分离出来的油经过油冷却器，与闭式冷却水换热后返回到主机。改造后的油冷却系统，热回收装置与油冷却器是串联布置的。空压机回油先经过热回收装置与生活水加热，然后在油冷却器中进一步换热，这样就有效地减少了热量在闭式冷却水系统中散失，减少了热污染。当热回收装置因故退出运行时，回油经过旁路直接到达油冷却器。

2经济性分析

大唐乌沙山电厂西部生活区房间数总共有单身公寓122间，运行公寓104间，招待所40间，总共266间，估算所需热水量Q=8t/h。

2．1热回收装置出力计算

假设1套空压机余热回收装置运转24小时，估算其供水量。保守估计，M250空压机按照平均加载率90%运行，热回收率60%。夏季补水温度25℃，冬季5℃，春秋15℃，产出的热水温度60℃。夏季补水温度最高，因此出水量最大。空压机热回收功率P1=250kW×90%×60%=135kW;夏季的补水温度25℃，热水温度60℃。水的比热4200kJ/(kg•℃);热水产量Q1=135kW×3600s/h÷4200kJ/(kg•℃)÷(60－25)℃=3．31t/h;Q1＜Q，所以1台空压机运转24小时，不能完全满足现有生活水系统的用水量，需要通过现有的生活水加热器辅助加热。那么，现有的空压机余热可以充分被利用，1套空压机余热回收装置可以24小时连续运转。

2．2经济性评价

根据项目的情况，利用经济学方法，估算项目的投资回收期和内部收益率，对项目进行经济性评价。2．2．1收益计算项目采用的英格索兰空压机余热回收装置型号为iHRS－COMP－250/300，安装两套设备，一用一备。考虑空压机系统维修保养，机组停机等因素，设备年投运日按照300天保守估算，则节电量为W=P1×24小时/天×300天/年=97．2万kWh/年。上网电价按照0．4元/kWh来计算，年收益A=W×0．4元/kWh=38．88万元/年，全年回收的热量相当于节约电费合RMB约38．88万元。2．2．2投资回收期和内部收益率分析项目周期:本项目余热回收装置设计使用寿命为N=10年。原始投资:一套iHRS－COMP－250/300余热回收装置价格为9万，两套合计18万;辅材和人工费通过包工包料的方式委托专业的安装队伍采购和施工，费用18．5万;原始投资总计费用P=36．5万。运行和维护费用:系统运行和维护费用极低。系统电耗只有少量控制系统电耗，电功率不足500W。按500W计算，年电费支出B1=365天/年×0．4元/kWh×24小时/天=1752元/年。在设备寿命期内，只需在第五年对每台系统的电磁阀和温控阀进行更换，一套费用1万元，两套费用合计2万元。残值:项目设备残值不高，忽略不计。根据计算出来的年收益和以上数据，得出表1所示的项目现金流量。从表1可以看出，项目1年内即可收回投资。利用Excel表格，通过内部收益率函数计算，项目的内部收益率高达106%，具有极为可观的节能效益［3］。

2．3结论

在较为保守的测算条件下，经过经济性测算，本项目运营和维护成本较低，投资回报率很高，1年内即可收回初始投资。经估算，项目内部收益率达106%，是一种经济效益极佳的节能项目。

3结束语

项目设计将空压机余热回收用于生活水加热，将原有的空压机系统、生活水系统有机地对接到一起，省去了生活水加热的能耗，同时减少了空压机闭式冷却水的热排放污染，起到了良好的节能减排效果。通过经济性测算分析，这是一种经济效益极高的节能项目，值得广大空压机的用户企业实施推广。

参考文献

［1］王少波．螺杆式空压机余热回收技术的应用及节能效益分析［J］．能源与节能，2011(9):15－16．

［2］邓泽民，罗景辉，程艳．螺杆式空压机热回收方式及其系统分析［J］．节能，2015(6):2，9－11．

［3］黄渝祥，邢爱芳．工程经济学第二版［M］．上海:同济大学出版社，1994．9，30.

作者：莫臻峰 单位：浙江大唐乌沙山发电有限责任公司