空壓機余熱節能全利用

羅秀麗，鄭其強，馬思軍，許 偉

(帛方紡織有限公司，山東 濰坊 261041)

0 引言

空壓機余熱利用是很多紡織企業廣泛采取的一種節能措施。螺桿式空壓機在長期、連續的運行過程中，把電能轉換為機械能，再將機械能轉換為風能。在機械能轉換為風能的過程中，空氣得到強烈的高壓壓縮，溫度驟升，這屬于普通物理學機械能量轉換現象。空壓機螺桿高速旋轉引起的高溫產生熱量，同時因摩擦發熱產生大量的高溫熱量，隨空壓機潤滑油的加入混合成油/氣被排出機體，這部分高溫油/氣的溫度通常為80 ℃～100 ℃。由于空壓機運行時溫度不能太高，熱能被散熱系統排往大氣中。據測算，空壓機所耗電能約有85%轉換為熱能，僅有15%轉換為壓縮空氣的能量[1]，供紡織設備有效使用。因此，運用空壓機節能技術，可充分利用空壓機余熱，為企業帶來更大的經濟效益；但有相當一部分企業利用空壓機余熱加工熱水，僅用于澡堂和供暖，導致利用率低，特別是夏天，用熱量很少，多數熱量被浪費。

1 空壓機余熱利用改造方案

我公司空壓站是耗能大戶，擁有10臺160 kW空壓機，1臺132 kW空壓機，全部為風冷空壓機，每年耗電1400 萬kW·h。我公司全方位利用空壓機余熱，不僅用于供熱水還用于供熱風。除了冬天供暖和供澡堂用外，更是將夏天產生的大量熱能通過專屬交換系統用于職工的開水供應，最大限度地利用了空壓機產生的大量熱能，全年節約資金60余萬元，節能降耗效果非常顯著。

空壓機余熱全方位利用方案見圖1，通過空壓機的余熱利用控制系統，將空壓機余熱轉換成熱水，可用于洗澡、供暖、調漿、供茶水爐；將空壓機余熱轉換成熱風，可用于車間內提溫，減少凝結水，全方位地將空壓機余熱利用到位[2]。

1，2—水溫閥；3—熱回收換熱器；4—原裝冷卻器。圖1 空壓機余熱全方位利用方案

1.1 澡堂用水系統改造方案

空壓機排熱溫度為80 ℃～100 ℃，通過改造空壓機排熱系統，在風冷空壓機中增加水冷系統，利用水—水換熱原理，將澡堂用水加熱至55 ℃，水泵加壓至澡堂，與涼水混合后供職工洗澡用。2017年，將5號空壓機余熱利用水泵循環加熱澡堂用水，當澡堂用水加熱至設定溫度時，系統自動停止運行，加熱后的熱水，利用De32PPR型管，沿織布附房內墻，輸送到澡堂，供職工洗澡用。2018年，我們又將余熱利用系統的熱水輸送到紡紗車間，供紡紗車間的職工洗澡用。為提高澡堂供水壓力的穩定性，在熱水供應管路上，安裝帶恒壓供水裝置的水泵，保證了澡堂用水的穩定性。

空壓機的功率與可產生熱水量的關系見表1。

表1 空壓機的功率與可產生熱水量的關系

空壓機功率/kW可產生的熱水量/(t·h-1)溫升/℃1607.43.72.51.51.210203040501326.13.02.01.21.01020304050

1.2 供暖系統改造方案

為解決公司織布車間整理二層、整經工序、南附房、北附房及供應樓采用蒸汽采暖或電采暖，耗能較大的問題，在空壓站安裝余熱供暖系統，利用余熱進行冬季采暖。供應樓約為260 m2，整理二層約為1000 m2，南、北附房約為1000 m2，辦公室采暖區域約為500 m2，整經工序僅北側和西側采暖，可按50%即400 m2考慮，合計采暖面積約為3160 m2。2017年改造成空壓機余熱供暖后，取暖效果明顯優于蒸汽供暖。為了節省改造資金，利用原有蒸汽采暖管道約2000 m，并組織全廠員工自行設計、改造，充分利用工余時間，安裝管道1200 m、暖氣片66組、閥門30多個以方便運行調節，將整個系統分為4個小系統，包括廠辦樓系統、整理二樓系統、南附房系統、供應樓系統。同時，將5臺空壓機的余熱與供暖系統進行水水換熱，并設計安裝了自動補水、自動溫度控制及定時供暖控制裝置。

1.3 供熱水控制系統改造方案

2017年10月，根據管道敷設布局，進行了系統設計，將供暖與供熱水的兩套水水換熱交換系統的管道連接，加裝3個電動DN50型閥門，通過PLC控制器進行交換控制。當供熱水系統的水溫低于設定溫度，需要進行熱交換時，開啟熱水管路電動閥門，同時關閉供熱系統連接的電動閥門，供熱水系統進行正常的熱量交換；當供熱水系統水溫達到設定溫度，不需要進行熱量交換時，關閉熱水管路的電動閥門，同時開啟供暖系統連接的電動閥門，將供熱水5號空壓機熱交換器用于供暖系統中，并增加定時控制，對熱水進行定時供應。

1.4 調漿系統改造方案

利用DN25型管道，將利用空壓機余熱得到的55 ℃熱水直接利用恒壓供水裝置供到調漿室，做到隨用隨有，方便織布車間調漿工使用。由于織布車間漿紗了機后的漿輥是熱的，不宜用冷水進行清洗，將熱水供到漿紗機，用于漿紗了機后對漿輥進行清洗，延長了漿輥的使用壽命。

1.5 專屬熱交換系統改造方案

該方案是利用空壓機的余熱將自來水加熱至70 ℃，再用電磁爐加熱至100 ℃供職工飲用。原來帛方公司職工飲水都是利用蒸汽將自來水加熱至100 ℃，考慮到夏天不供暖，大量的空壓機余熱無法利用，公司在綜合分析、詳細探討后制定出合理方案，即利用專屬的熱交換系統安全地將空壓機的熱量進行轉換，供自來水系統使用，既能升溫自來水，又不會污染自來水，節約了大量的蒸汽。同時，公司購置了電磁開水爐和2個水罐，分別用于熱水交換系統和開水交換系統，確保了職工能夠喝到健康的電磁水，并通過制定制度充分利用谷期電進行電磁爐加熱，節約了大量電能。

1.6 熱風系統改造方案

針對織布北區冬季滴水嚴重的問題，機修車間根據科研小組制定的方案，將1號、4號空壓機排放的熱風輸送到織布北區，制作安裝長度為120 m、直徑為600 mm的排熱風管道，分別在1號、4號空壓機排熱風首端放置一臺SF6-4型低噪聲軸流風機，以提高熱風的輸送壓力。為使空壓機熱風能夠均勻分布在織布北區，在其附房墻上安裝了3臺低壓力、大風量的軸流風機，提高了織布北區的室內溫度。

2 余熱利用實施效果

2.1 澡堂用水效益分析

2017年空壓機余熱利用方案投入澡堂運行后，供到澡堂的熱水達到50 ℃～55 ℃，熱水與自來水經混水閥混合后，供職工洗澡、洗漱用，得到了職工的廣泛贊譽。

每年可利用熱水1600 t，若這些熱水用蒸汽加熱，需用蒸汽1600 t×1000×1000×(50-20)℃×4.1868 J /(273 8.5-604.7)kJ/kg×106=94 t，折合資金約為2萬元。

2.2 供暖效益分析

2017年10月，余熱利用改造完成后，10月底投入供暖，經一個采暖季節的運行，供暖溫度高于往年，達到了理想的運行效果。根據理論估算每年可

節約蒸汽費用3160 m2×60 W/m2×3600 s×24 h×120 d /[(273 8.5-604.7)kJ/kg×106]×208元/t=19.13萬元。

2.3 供熱水控制系統效益分析

2017年11月，供熱水控制系統經改造，使得澡堂用熱水達到設定溫度后，供熱水系統停止運行，利用電動閥門自動切換到供暖系統，將5號空壓機的余熱補充到供暖系統中，使供暖的熱交換溫度提高了3 ℃～5 ℃，可增加冬季供暖面積為800 m2，充分利用了余熱，提高了供暖效果。相比改造前，改造后的熱能利用相當于節約取暖費用約為2萬元。

2.4 調漿系統效益分析

余熱換熱水用于調漿系統，每天熱水用量相當于1 t蒸汽的熱量，全年可節約蒸汽費用約8萬元。

2.5 專屬的熱交換系統效益分析

余熱利用系統用于公司職工飲水，經核算，全年節約電能和蒸汽能費用約為24萬元。

2.6 空壓機熱風系統效益分析

2017年11月，空壓機余熱熱風系統改造完成后投入運行。經測量，熱風溫度達36 ℃，可節約費用2臺×18 700 m3/h×1.29 kg/m3×1.081 J×103×(36-27)℃×24 h×90 d /[(273 8.5-604.7)kJ/kg×106]×208元/t=9.88萬元。

3 結語

帛方公司通過空壓機余熱利用系統，將空壓機余熱進行全方位利用，全年節約資金約60余萬元，節能效果顯著，半年節約的資金就收回了公司全年的利用投入。且此余熱利用屬于一次性投資，只要公司生產存在，余熱就能正常利用，該余熱利用方案獲得了公司合理化建議一等獎。為更好地利用空壓機余熱，2018年制定的空壓機余熱利用計劃，加大了紡紗車間的供暖改造，完善了公司熱風利用系統。通過對車間前紡低溫區域進行提溫改造，進一步擴大了空壓余熱利用的范圍，為更好地做好這一節能措施打下了堅實的基礎。