北方某煙廠利用螺桿空壓機余熱提供生活熱水的案例分析

楊唯

（中國煙草總公司合肥設計院 合肥 230051）

摘要：螺桿空壓機余熱的有效利用在節能環保的今天有著重要的意義。本文就螺桿式空壓機節能裝置工作原理進行簡單介紹，通過工廠熱水使用情況及耗能計算，利用空壓機節能裝置產生熱水計算與成本計算，分析北方某煙廠利用螺桿空壓機余熱提供生活熱水的意義。

關鍵詞：煙廠；螺桿空壓機余熱；生活熱水；案例

一、螺桿式空壓機節能裝置工作原理簡單介紹

螺桿空壓機在工作時，空氣壓縮過程中會產生高溫油（有油螺桿空壓機）或者高溫氣（無油螺桿空壓機）。空壓機主機內部對高溫油或者高溫氣的冷卻是采用主機內的冷卻器和室外的冷卻塔系統組成的冷卻系統進行的。其過程是將高溫油或者高溫氣通過主機內的冷卻器降溫，冷卻水通過冷卻器帶走熱量，再通過室外的冷卻塔將熱量排放到大氣中。

根據空壓機生產廠家的統計，用于增加空氣勢能所消耗的電能只占運行功率的15%左右，85%的電能轉化為熱能，通過空壓機機殼和冷卻器排放到大氣中。通過技術改造，這部分能量80%是完全可以回收的。

空壓機節能裝置就是通過熱回收技術改造，將空氣壓縮過程中產生的高溫油或者高溫氣，從空壓機主機引出來，通過節能裝置內部的一個換熱器降溫后再引回去空壓機主機，原有的主機內部冷卻系統保持不變。而需要加熱的水則通過節能裝置內部的這個換熱器，帶走熱量并提高自身的溫度，加熱的水溫可達70℃。

簡單的說，空壓機節能裝置就是一個利用空壓機的廢熱作為動力源的熱水加熱機組。

二、 工廠熱水使用情況及耗能計算

1、工廠設計有四個用熱水點，三處是浴室用熱水，一處是食堂用熱水。

（1）動力中心浴室設計小時熱水量（最大時）：8m3/h。

（2）辦公樓浴室設計小時熱水量（最大時）：13m3/h。

（3）聯合工房浴室設計小時熱水量（最大時）：20m3/h。

（4）食堂熱水設計小時熱水量（最大時）：2m3/h。

注：熱水需要溫度按400C計算，冷水溫度按40C計算。

2、工廠需用熱水耗能計算

（1）全廠熱水最大小時耗熱量計算公式： Q=cG（t2-t1）

Q：全廠熱水最大小時耗熱量（kJ/h）

t2：熱水溫度（0C） t1：冷水溫度（0C）

c：水的比容常數：4.187KJ/（KG ℃） G：熱水量（KG/h）

Q=cG（t2-t1）=4.187x（8000+13000+20000+2000）x（40-4）KJ/h

=6481476KJ/h

Q=6481476/3600=1800KW （1KW=3600KJ/h）

（2）全廠全天熱水耗熱量計算

工廠浴室、食堂用熱水按3班計算，每班按一小時耗熱水，一天耗40℃的水量G1為：

G1=（8000+13000+20000+2000）x3kg=129000kg=129噸

Q1=cG1（t2-t1）=4.187x129000x（40-4）/3600KW=5400KW

置備熱水一天耗能為5400KW，約合蒸汽耗量7.71噸，考慮到換熱器的效率，實際需耗蒸汽約8.5噸。

三、利用空壓機節能裝置產生熱水計算

1、工廠目前有4臺2500kw的無油螺桿空壓機，正常運行最少需要2兩臺工作。

2、安裝空壓機節能裝置后節約的能耗計算

（1）單臺250KW的無油空壓機每小時可以回收的熱量為：

q=250×70%=175KW

（250KW的無油機可以回收熱量按功率的70%計算）

單臺每小時產40℃熱水量為：G=q/c（t2-t1）=（175x3600）/4.187x（40-4）=4180KG

（2）2臺250KW的無油空壓機每小時可以回收的熱量為：q1=2x175=350KW

2臺每小時產40℃熱水量為：G1=q1/c（t2-t1）=（350x3600）/4.187x（40-4）=8360KG

（3）以工廠平均每天2臺250KW的無油空壓機工作16小時計算，空壓機節能裝置一天可產40℃的熱水量為8.36x16 =134噸，一天可節能16x350=5600KW，約合蒸汽耗量8噸。

四、利用空壓機節能裝置制備熱水的方案

在空壓站內，安裝2臺250KW的空壓機節能裝置，其利用的空壓機廢熱一天可連續產生134噸的40℃熱水。而工廠每天需用的40℃生活熱水量是129噸。可見，工廠使用2臺250KW的空壓機節能裝置，其產生的熱水完全可以滿足工廠生活用熱水的需求。

將空壓機節能裝置產生的熱水集中收集到一熱水箱中，作為浴室、食堂的熱水供應。考慮到空壓負荷的不穩定及停用等情況，可在熱水箱上設置其他的輔助加熱方式，確保熱水用戶的用水需求。

工廠用水的特點是工廠單班8個小時需用40℃的熱水量是43噸，但必須是在一小時集中使用（浴室用水的特點及生產管理的安排），一天集中用水三次，共需要129噸熱水。空壓機節能裝置每小時產生的熱水是8.36噸，一天工作16小時可以產生40℃的熱水量是134噸。為了最大程度的利用空壓機節能裝置產生的能量，并且為均衡空壓負荷變化及用水不均衡的影響，浴室必須設置足夠容積的熱水箱。

為了有效減小熱水箱的容積，可以將空壓機節能裝置的出水溫度控制在70℃，熱水箱的溫度也是控制在70℃。用戶溫度的調節在出水點進行。

五、經濟成本計算

1、設備投資：

1臺250KW的無油空壓機的節能裝置投資費用為40萬（廠家報價），2臺250KW的無油空壓機的節能裝置投資費用為80萬，加上水箱和循環泵組系統，費用約100萬。

2、節約的蒸汽費用

工廠一年節約的蒸汽為360天x8噸/天=2880噸

蒸汽以300元/噸計算，工廠一年節約蒸汽的費用為：300x2880=864000元

由此可見，如果新增加2臺250KW的空壓機節能裝置，一年多就可回收投資成本。

六、社會、經濟綜合效益分析

1、將原來排放到大氣中的能耗利用起來，既減少了本身對環境帶來的熱污染，同時也相應減少了鍋爐房對環境的污染，有利于改善環境。

2、節約了煙廠一次能源的消耗，降低企業生產成本。一年可減少工廠的能耗開支達80多萬人民幣。

3、空壓機節能裝置是近幾年才發展起來的，目前已經成熟，各大空壓機生產廠都有相應的部門專門研究推廣。卷煙廠和復烤廠一般都有規模較大的浴室和容量較大的空壓機，在這樣的條件下實施空壓機節能裝置，其性價比最高。

七、空壓機節能裝置和太陽能輔助電加熱供熱水方式比較

1、太陽能輔助電加熱供熱水方式

太陽能輔助電加熱供熱水方式較空壓機節能裝置供熱水一次投資大。當陽光不足時，太陽能輔助電加熱供熱水方式主要依靠電能，運行成本較高。屋頂占用的空間較大，維修麻煩。

它比較適合無其他節能措施的場合。相對于純電加熱方式是經濟的。

2、空壓機節能裝置供熱水方式

空壓機節能裝置是將高品質的能量轉化成低品質能量的過程，所以效率高，運行成本低，只有循環泵的電耗，本身無其他一次能源消耗。熱水換熱機組只是補充，基本是備用狀態。它可以滿足全天候供應熱水的要求。和空壓機布置在一起，站地面積小，操作方便。

比較適合于有一定空壓機的容量，并可以長時間運行的地方。

八、 結束語

隨著我們國家經濟的快速發展，節能降耗是企業發展必須解決的重要問題。工業生產離不開能耗，我們在考慮提供合適能源的前提下，還必須考慮所用能源對環境產生的影響，盡量減少一次能源的耗量。另一方面，我們還要樹立能源利用循環圈的理念，將一次能源的產生的余熱，盡可能的在其他方面進行利用。利用工廠空壓機的余熱提供生活熱水，就是這樣一個很好的范例。