空壓機余熱回收自動控制技術的應用

夏明祥

摘 要

本文作者根據自己多年來的工作經驗，對空壓機余熱回收自動控制技術的應用展開了闡述，分析了空壓機余熱回收自動控制技術的實用性和科學性。

【關鍵詞】空壓機余熱回收；自動控制技術；應用

1 工程背景

空氣壓縮機是利用電能將空氣壓縮使之作為一種動力源的設備，在工礦企業中應用十分普遍， 配套電動機的容量一般較大，且大多是常年連續運行的，故節能的潛力很大。

目前常見的壓縮機有活塞式、螺桿式、離心式，不論哪一種工作方式，壓縮機單位時間內產氣量是一定的，目前壓縮機都采用上下限控制或啟停式控制，也就是說，當氣缸內的壓力達到設定值的上限時，空壓機通過本身的壓力或油壓控制進氣閥，這種工作方式頻繁出現加載卸載，而且對電網、螺桿空壓機本身都有極大的破壞性。

現針對其進行余熱回收改造，通過熱能回收機進行熱能回收，用于公司員工洗浴熱水。本項工程不但減少了空壓機原有風冷或水冷系統能耗，而且大大降低了企業為解決員工生活熱水等長期所承受的經濟負擔，還減少了廠區二氧化碳的排放量，可謂一舉三得。

2 技術方案

一是空壓機熱能回收系統基本原理；二是空壓機熱能回收系統原理。

螺桿式空壓機長期連續工作過程中，把電能轉換為機械能，機械能轉換為熱能，在機械能轉換為熱能過程中，空氣得到強烈的高壓壓縮，使之溫度驟升，這是普通物理學機械能量轉換現象，機械螺桿的高速旋轉，同時也摩擦發熱，這些產生的高熱由空壓機潤滑油的加入混合成油、氣、蒸汽排出機體，這部分高溫油/氣流的熱量相當于空壓機輸入功率的3/4，它的溫度通常在80℃（冬季）～95℃（夏秋季），這些熱能都由于機器運行溫度的要求，都被無端地廢棄排往大氣中，即空壓機的散熱系統來完成機器運行的溫度要求。螺桿空氣壓縮機余熱再利用裝置并非簡單和傳統的冷熱交換形式，采用同程截流式反串使冷熱交換效果大增到1.8-2.0倍。產出的熱水可提供生產車間員工生活用水。

3 余熱回收控制過程

空壓機原有冷卻系統與余熱利用技術是兩套完全獨立的系統，使用無須擔心由于系統的原因而影響空壓機的運行。

當熱交換機開啟時，空壓機依靠余熱回收系統及自帶風冷散熱，余熱回收只是吸收空壓機的多余熱量，空壓機的運行溫度保持在85度左右；

當熱交換機沒開啟時，空壓機依靠自帶散熱系統散熱；（兩套系統的切換由電磁閥控制，當空壓機停止運轉或者不需要產生熱水的時候，電磁閥就會切斷余熱交換機組的冷水供水，空壓機原來的冷卻系統正常散熱（當空壓機停止工作時，進油溫度會迅速下降，熱交換機通過迅速下降的油溫來回饋信號給熱交換機PLC，讓熱交換機停止工作，防止冷水進入管道。）；當空壓機再次開啟（根據進油溫度的變化控制熱交換機的開啟），或者需要補充熱水的時候（通過液位儀來給信號給熱交換機PLC），電磁閥自動開啟，冷水繼續進入余熱交換機組進行加熱），在余熱利用系統未啟用時，空壓機使用機身自帶冷卻系統；當余熱利用系統啟動時，電磁閥自動切換至余熱利用系統；當系統出現故障時，系統自動切斷，空壓機原有冷卻系統照常工作。 空壓機余熱回收系統與空壓機的油管連接并沒有改變空壓機本身的結構，并不會對空壓機運行造成影響。

4 設備配置清單

序號 品名 規格 單位

1 控制系統 -- 1

2 熱交換機 250KW適用 4

3 水處理設備 — 1

4 不銹鋼水箱 100T 1

5 立式泵 -- 6

6 運輸安裝調試

（輔材） -- --

5 空壓機余熱再利用熱水工程的優點

a.簡潔、可靠、安全、維護少

采用低阻技術設計的空壓機熱能回收器極大地保證了空壓機系統的正常運行，安裝前后空壓機系統的阻力幾乎沒有增加。簡潔、可靠的熱能回收系統，讓你免除后顧之憂。安裝余熱回收系統后，空壓機控制系統不變，工作性能不變，操作維修方式不變。余熱回收系統如有任何故障，甚至余熱回收系統停水、停用時，原空壓機系統不用停機切換即可照常運行。

b.全優設計、高效節能，余熱回收效率高

空壓機余熱回收設備具有獨特、新穎、高效的特點，安裝空壓機余熱回收系統后，空壓機的冷卻風扇可以完全停轉，而空壓機可以在工作溫度較原來低的狀態下穩定運行。同時，冷干機的負荷可以降低，除水效果更好。

實際上，由于油管、油氣桶沒作保溫處理，他們會將5%左右的熱能散發到周圍環境。對于油氣余熱雙回收型熱能回收系統，實際能達到的余熱回收效率為空壓機有效功率的95%。對于單油型余熱回收系統，實際能達到的余熱回收效率為空壓機有效功率的70%。

c.冷水直熱、智能控制

采用獨特設計的直熱方式：可以將5℃冷水直熱到70℃，溫升達到65℃，而空壓機出口溫度正常穩定運行在75～90℃合理范圍之內。

余熱回收器的出水溫度可根據用戶的需要設定調節，設定好后，可保持出水溫度恒定。

d.根據保溫水箱溫度高低，冷、熱水循環自動控制，水位高低自動控制。

降低空壓機溫度，延長空壓機零部件的使用壽命：

安裝空壓機余熱回收設備后，可顯著降低空壓機排氣溫度，有效改善空壓機運行狀態，減少了機器故障，延長了設備使用壽命，增大了機油、機油過濾器、油氣分離器更換時限，降低了維護成本。

e.智能控制風扇開停，余熱回收最大化

余熱回收系統通過油溫控制空壓機冷卻風扇（或者冷卻塔、冷卻水泵）開停，可以最大限度回收空壓機余熱。同時，由于空壓機冷卻風扇停用，可節約冷卻風扇用電1.1-5kW。

f.零運行費用，經濟效益顯著

余熱回收設備運行過程中只需要控制用電，不需要任何其它費用，并且還可提高空壓機的運行效率，節省空壓機冷卻風扇用電。

6 工程投資方案比較

根據現場得知空壓機實際運行功率（加載）空壓機加載功率=1.732×10kV×13.8A=239kW

高溫油的熱量相當于空壓機輸入功率的3/4即179kW

1kwh=1000*3600J=3 600 000 J=3600kJ

1J=0.239cal

則一臺250KW空壓機每小時浪費的熱量為：179*3600000*0.239=154011.6 kcal

一年浪費的熱量為：154011.6*24*365=1349141616 kcal

單臺250kW空氣壓縮機配套熱能轉換機采用單油回收系統（熱量回收70%）：

春季進水溫度為10℃，滿負荷運轉每小時產生55℃熱水為2.4噸左右；

夏季進水溫度為30℃，滿負荷運轉每小時產生55℃熱水為4.3噸左右；

秋季進水溫度為20℃，滿負荷運轉每小時產生55℃熱水為3.1噸左右；

冬季進水溫度為5℃，滿負荷運轉每小時產生55℃熱水為2..1噸左右；

根據公司實際需要洗浴的人數800人計算，按照每人每天洗浴及其他生活用熱水100L計算，每天實際消耗熱水80噸?？諌簷C運行溫度75～90℃之間，不會影響空壓機正常運轉，只是吸收多余的熱量。洗浴熱水溫度為40-45℃，考慮管道損失，熱交換機出水可設定為55℃左右。空壓站旁邊需增加一個50～100m3保溫水箱。根據客戶現場空壓機使用工況，單臺250KW空壓機冬天產55℃熱水為2.1噸。按照實際加載20小時計算，單臺設備每天最低可產生熱水42噸?？紤]客戶備用機，以改造四臺設備為宜。浴室冬天供暖，考慮需要循環水，需要單獨改造一臺設備供供暖使用，供暖采用循環水系統。讓浴室供暖用熱水與空壓機余熱交換機持續循環，浴室內循環水溫度不低于60℃。

綜上，改裝四套空壓機余熱回收系統用來代替鍋爐，以滿足日常生活熱水使用的需求，兩套用來制取熱水，一套用來浴室的保暖，一套作為備用。四套空壓機余熱回收系統用來代替鍋爐，以滿足日常生產熱水使用的需求，兩套用來制取熱水，一套用來浴室的保暖，一套作為備用。公司鍋爐外包年耗費43萬元，新上余熱回收系統能夠替代鍋爐，年節約費用約43萬元。

工程改造設備一次性投資約70萬，安裝費10萬。預計兩年回收成本。

7 經濟及節能效果估算

空壓機在生產過程中產生大量的熱，約占其消耗的電能的80%左右，具有很大的回收利用價值。本項目空壓機余熱回收系統選用42m3/min螺桿空壓機4臺。正常情況下42m3/min三臺工作，一臺備用。其每年的產熱量相當于288×104kW.h的電能，空壓機產生的廢熱綜合利用，回收熱能年折標煤67t。每年產生的經濟效益為43萬元。

作者單位

安徽省廬江龍橋礦業有限公司機械動力部 安徽省廬江縣 231500