一種空壓機(jī)余熱回收用于切片干燥的方法

梁鐵賢

（中山市星火實(shí)業(yè)有限公司，廣東 中山 528400）

中山市星火實(shí)業(yè)有限公司擴(kuò)建12部位的聚酯切片紡POY車間，螺桿式壓縮空氣機(jī)及切片干燥線都是獨(dú)立擴(kuò)建的，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，可以考慮進(jìn)行節(jié)能回收。螺桿空氣壓縮機(jī)與充填式切片干燥塔的運(yùn)行是同時(shí)的，一方面，螺桿空壓機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)油油溫需要保持在70～90 ℃，隨著大量空氣被壓縮放熱，壓縮機(jī)油需要水冷或風(fēng)冷換熱器進(jìn)行冷卻，以保持油溫平穩(wěn)；另一方面，充填干燥塔的下進(jìn)氣口需要輸入150 ℃的絕干空氣，與切片流動(dòng)方向相反，從頂部排向結(jié)晶器，以達(dá)到最佳干燥效果[1]。考慮到空壓機(jī)及干燥塔均是工況穩(wěn)定的設(shè)備，所以規(guī)劃時(shí)將螺桿式空壓機(jī)布置在距離干燥塔幾米的地方，以便將空壓機(jī)的熱量回收，用于切片干燥。

充填干燥塔的下進(jìn)氣溫度為150 ℃，比正常運(yùn)行的螺桿空壓機(jī)的油溫還要高，絕干空氣是氣從冷凍除濕機(jī)除去大部分油水，再由有源變壓吸附式干燥機(jī)降低露點(diǎn)，溫度較低（不高于30 ℃）。如果絕干空氣被空壓機(jī)的回收熱量先預(yù)熱至盡可能高的溫度，再由電加熱器加熱至工藝溫度，可以減少電加熱消耗的電能，達(dá)到節(jié)能的目的。

1 回收壓縮空氣熱量方案

回收壓縮空氣熱量流程如圖1所示。

圖1 回收壓縮空氣熱量流程

1.1 螺桿空氣壓縮機(jī)

本項(xiàng)目總用氣量約為10 m3/min，其中干燥塔用氣約為4 m3/min，選用16 m3的永磁變頻驅(qū)動(dòng)螺桿式壓縮機(jī)既能適應(yīng)無(wú)斷頭（吸絲槍用氣）、無(wú)送料、僅剩干燥用氣的低用氣狀態(tài)，也能適應(yīng)生頭及送料的高峰用氣狀態(tài)，這種新型螺桿壓縮機(jī)可以自動(dòng)恒壓供氣，無(wú)需干預(yù)。壓縮機(jī)油與空氣從螺桿機(jī)頭進(jìn)入油氣分離器，分離后先進(jìn)入釬焊板式換熱器內(nèi)，與有源變壓吸附式干燥機(jī)送來(lái)的絕干空氣進(jìn)行熱交換，再進(jìn)入水冷換熱器進(jìn)行最終冷卻，經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后再進(jìn)入螺桿機(jī)頭循環(huán)。

壓縮機(jī)基本技術(shù)參數(shù)如下：

機(jī)型：永磁電機(jī)雙變頻二級(jí)壓縮 ；

排氣壓力：0.8 MPa；

排氣量：16.5 m3/min；

電機(jī)功率：75 kW；

電機(jī)防護(hù)/絕緣等級(jí)：IP54/F級(jí)；

電壓/頻率：380 V/50 Hz；

啟動(dòng)方式：永磁變頻；

冷卻方式：水冷；

傳動(dòng)方式：同軸一體傳動(dòng)；

其他說(shuō)明：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于1 800 r/min。

1.2 一級(jí)除油除水裝置

從螺桿壓縮機(jī)出來(lái)的空氣仍帶有大量的油及水氣，一級(jí)除油除水裝置捕集大部分油與水，由電子排水閥排走，一部分壓縮空氣直接輸送給生頭吸槍使用，另一部分送至冷凍式干燥機(jī)再次除去油水。

1.3 冷凍式干燥機(jī)

壓縮空氣由一級(jí)除油除水裝置除水以后，還有部分油氣存在，為了避免有源干燥器內(nèi)的分子篩被油污染中毒，減輕分子篩干燥機(jī)的負(fù)荷，在一級(jí)除油除水裝置和有源變壓式干燥機(jī)之間加入冷凍式干燥機(jī)，再次除去油水，此時(shí)壓縮空氣的露點(diǎn)大約在-12～-5 ℃。

1.4 精過(guò)濾器

此裝置為進(jìn)入有源變壓式吸附干燥機(jī)前過(guò)濾掉油與水，保護(hù)干燥機(jī)內(nèi)的分子篩。

1.5 有源變壓式吸附空氣干燥機(jī)

聚酯切片紡絲中切片的含水率越低，可紡性越好，最好能小于20×10-6。現(xiàn)在，大部分切片干燥線已經(jīng)采用壓縮空氣為干燥氣源，通過(guò)在較高氣壓（通常是0.8 MPa）下用多孔硅藻土制成的分子篩對(duì)水分子進(jìn)行選擇性吸附，吸附充分后的分子篩，被降壓了的干熱空氣下解吸附、降溫，再切換循環(huán)使用，壓縮空氣在這種干燥機(jī)的作用下，露點(diǎn)會(huì)大幅度降低，由-12 ℃降至-50 ℃，冬季甚至降至-55℃。經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的壓縮空氣在有源變壓式吸附空氣干燥機(jī)除水后一路去作儀表器，另一路送回空壓機(jī)內(nèi)的釬焊板式換熱器，回收壓縮機(jī)油的熱量。

1.6 釬焊板式換熱器

螺桿式空壓機(jī)是有油壓縮機(jī)，壓縮機(jī)油除了潤(rùn)滑螺桿，還起著帶走熱量的作用。隨著空氣被壓縮，產(chǎn)生大量熱量，而壓縮機(jī)油又必須保持在70～90 ℃，維持合適的運(yùn)動(dòng)黏度，以保護(hù)螺桿的潤(rùn)滑膜不被破壞。若壓縮機(jī)油溫度高，則運(yùn)動(dòng)黏度低，潤(rùn)滑膜不穩(wěn)定，螺桿容易磨損，而且壓縮機(jī)油降解；若壓縮機(jī)油溫低，則運(yùn)動(dòng)黏度高，電機(jī)負(fù)荷大，電耗高。通常壓縮機(jī)油是用氣冷或水冷換熱器散熱，以保持正常工況，這部分熱量是穩(wěn)定且可回收的。

常用的換熱器有盤卷式換熱器、列管式換熱器，釬焊板式換熱器。因?yàn)殁F焊板式換熱器體積小，換熱面積大，換熱效率高，所以在氣-液熱交換體系用途廣泛[2]。對(duì)于本項(xiàng)目，由于氣、液均無(wú)腐蝕，且壓力較低，流速低，但要求冷端溫升大，所以選用體積小、高效的釬焊板式換熱器，并計(jì)算換熱器參數(shù)，以便選型，如表1所示。

1.7 文丘里管

經(jīng)過(guò)釬焊板式換熱器升溫后的壓縮空氣要減壓增速，進(jìn)入電加熱器。文丘里管也叫擴(kuò)壓管，類似火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管，將壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，提高換熱效率。

1.8 干燥塔下加熱器

由于回收熱量的壓縮空氣溫度不可能超過(guò)壓縮機(jī)油的溫度，而壓縮機(jī)油的油溫要小于90 ℃，所以壓縮空氣應(yīng)該接近這個(gè)溫度，因此仍然需要電加熱器將其提升至工藝溫度（一般是150 ℃），以滿足生產(chǎn)需要。

2 釬焊板式換熱器參數(shù)計(jì)算

最終根據(jù)交換熱量7 792 kcal/hr=32.7 kW及要處理的壓縮空氣2 000 L/min，選用了江蘇遠(yuǎn)卓設(shè)備制造有限公司的釬焊板式換熱器（ZL200B-42H），具體參數(shù)如表2所示。

3 操作方法

（1）從停止?fàn)顟B(tài)下啟動(dòng)，需要先檢查油位及水壓正常后，開(kāi)啟冷卻水進(jìn)出閥，再依次啟動(dòng)空壓機(jī)、冷凍式干燥機(jī)、有源變壓吸附式干燥機(jī)，待空氣露點(diǎn)滿足工藝要求（一般為-50 ℃以下），打開(kāi)加熱器前球閥，即可啟動(dòng)干燥塔。 由于釬焊板式換熱器內(nèi)置于螺桿式空氣壓縮機(jī)內(nèi)，氣、液路均設(shè)有旁路。正常運(yùn)動(dòng)時(shí)不需人工干預(yù)，僅在換熱器發(fā)生堵塞、泄漏時(shí)，才需打開(kāi)旁路，關(guān)閉主路維修或更換。

表1 空氣壓縮機(jī)及絕干空氣的換熱工況

表2 釬焊板式換熱器（ZL200B-42H）設(shè)計(jì)參數(shù)

（2）正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該每小時(shí)巡查一次螺桿壓縮機(jī)、冷凍式干燥機(jī)、有源變壓吸附式干燥機(jī)及干燥塔下加熱器，檢查螺桿油溫、水溫、氣壓，冷凍式干燥機(jī)冷媒高低壓力，有源變壓吸附式干燥機(jī)露點(diǎn)溫度，干燥塔下加熱器前后溫度、壓力等是否正常。

（3）保養(yǎng)維護(hù)。釬焊板式換熱器由螺桿式空壓機(jī)廠家改造，包合在保養(yǎng)合同內(nèi)，在保養(yǎng)螺桿空壓機(jī)時(shí)一并檢查保養(yǎng)。但日常巡檢時(shí)，應(yīng)注意在干燥塔下加熱入口檢查點(diǎn)試排氣，以便檢查有無(wú)漏油，如有，即打開(kāi)旁路，停止運(yùn)行換熱器。

4 實(shí)施效果與成本分析

通過(guò)打開(kāi)和關(guān)閉釬焊板式換熱器旁路，在相同用氣量下，對(duì)比干燥塔下加熱器的進(jìn)氣溫度，比較回收熱量的效果[3]，結(jié)果如表3所示。

表3 在相同用氣量下回收熱量的效果

加裝釬焊板式換熱器的價(jià)格為11 000元，加上空氣機(jī)外管道材料及施工費(fèi)用約10 000元，共26 000元。按照綜合電費(fèi)費(fèi)率為0.7元/（kW·h-1）計(jì)算，則改造后每月的節(jié)能效益為7.518×0.7×24×30≈3 789（元），26 000/3 789≈6.86（月），7個(gè)月即可收回成本，每年節(jié)約3 789×12=45 468（元）。

5 結(jié)語(yǔ)

改造螺桿式空壓機(jī)的冷卻方式，回收空壓機(jī)油的熱量，將其用于加熱進(jìn)入切片干燥器的絕干空氣，短期內(nèi)即可回收改造成本，長(zhǎng)期可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。