空壓機余熱回收的若干應用

0 背景

壓縮空氣是一種重要的動力源，在工業領域中被廣泛應用，通常用于建筑、紡織、機械制造、石油化工、礦山開采等場所。在眾多生產型企業中，能源消耗中的10%～35%為壓縮空氣能耗。在機加工行業中，這個比例更是占到30%～50%。

相關研究對一套空壓機系統的能耗進行了追蹤調查，結果表明，其運行五年的費用構成中，用于系統初期設備投資和設備維護保養的費用僅占到總費用的23%，而電費則高達77%

。

施泰特的話中之意是讓她考慮一下自己的牙齒，老婦人有所顧忌地說：“我如果買了黃桃罐頭，你豈不是要少賺一些錢？”

隨著經濟和工業的不斷發展，壓縮空氣作為工業制造行業的主要動力源之一，空壓機的能耗問題已經被引起了高度重視?？諌簷C的余熱回收，為節能提供了可能。

目前市場上的空壓機使用最多的是離心機和螺桿機，對空壓機的余熱回收也主要是針對這兩類空壓機。此兩大類空壓機的余熱回收系統根據用戶端用途的不同和余熱回收原理的不同，可以分為若干類。本文主要闡述離心式空壓機和螺桿式空壓機的工作原理，從熱力學角度介紹空壓機余熱回收的原理。收集各種不同類型的空壓機余熱回收案例，介紹典型的空壓機余熱回收系統，為相關企業的余熱回收提供一定的參考。

1 余熱回收原理

空氣從空壓機入口被吸入，經壓縮后輸送至用氣位置。以空壓機的范圍為控制體，忽略空氣壓縮時的漏損，并且不考慮負荷的波動，這是一個開式系統的穩態流動。根據能量守恒定律，在穩定流動中，如果忽略了位能的變化，對于單位質量氣體，外力對氣體所做的功減去氣體向外界所傳出的熱量等于氣體的焓值增加和氣體流動的動能變化之和。其能量方程見式（1）。

從空壓機的類型分類，大致可分為四類：離心式空壓機的余熱回收系統、無油螺桿式空壓機的余熱回收系統、噴油螺桿式空壓機的余熱回收系統和風冷螺桿式空壓機熱排風余熱回收系統。

Q——氣體對外的散熱量（W）；

自1979年中國恢復保險業務以來，我國的保險業發展迅速。人壽保險作為一項關乎民生的保險業務，亦是保險業的重要組成部分，自1982年中國人民保險公司恢復人壽保險業務以來，取得了突飛猛進的發展。我國的壽險保費收入在1990年僅有50.08億，至2016年收入已達22234.6億元，僅27年的時間就增長了300多倍，特別是2000年以后隨著新型投資型壽險產品的出現，壽險產品形態不斷豐富，壽險保費收入已成為保險業最主要的收入來源。因此分析壽險需求的影響因素、對壽險保費收入做出合理準確的預測，對保險公司制定相關的發展規劃和保監會制定保險方面的政策、法規等都有一定的參考意義。

h

、h

——進口和出口處氣體的焓值（J/kg）；

m——質量流量（kg/s）；

c

、c

——進口和出口處氣體流速（m/s）。

一般空壓機的排氣溫度比環境溫度高8～12 ℃，以250 kW空壓機為例，其排氣量約為42 m

/min，其焓值增量為7.3～10.9 kW，約為空壓機功率的3%～5%。排氣流速取12 m/s，則壓縮空氣動能增量為65 W，相對空壓機的功率，幾乎可以忽略。因此，從能量方程可見，空壓機輸入的功率絕大部分轉化為熱能釋放。這部分熱量具有很大的回收價值。

徐樹風

根據工程熱力學理論分析，氣體在等溫壓縮過程中，內能不變，外界對氣體所做的功將全部被轉化為對外釋放的熱量。噴油螺桿式壓縮機在工作時，電能轉化的分布比例如圖1 所示。由圖1 可知，空壓機在工作過程中所耗電能全部轉化成熱能，這部分熱能中大部分被油氣混合物帶走。油氣混合物經過分離后，分別在油冷卻器和氣冷卻器中被冷卻介質帶走（水冷或者空氣冷卻），這些熱量被浪費了。從理論上分析，除了4% 被氣體帶走的熱量和2%的輻射熱以外，有接近94 %的熱量是可以被回收的。

一杭在護士的帶領下來到母親的病床前，母親的頭上纏著繃帶，并用網狀的頭套固定著，這讓一杭想起小時，母親用網兜裝西瓜。母親眼睛緊閉，靠呼吸機呼吸。一杭走過去，蹲下身，輕輕地握著母親冰涼的手，母親動了一下，吃力地睜開眼，想做出一個笑臉，但嘴上套著吸氧面罩，沒成功?！皨專　币缓級阂种蘼暤偷偷亟辛艘宦暋Ｄ赣H用力握了一下他的手。張著嘴想說話，面罩像一個漏氣的氣球，一鼓一癟的?！搬t生，醫生，我媽好像要說話?！贬t生取下面罩，一杭把耳朵湊近母親的嘴。母親微弱的聲音伴著粗重的喘息傳來：“我……”喘息越來越急促。一杭說：“媽，您有什么吩咐？”

離心式空壓機和無油螺桿式空壓機的冷卻方式與噴油螺桿式空壓機有所不同。離心式空壓機是通過水冷卻，無油螺桿式空壓機是通過水冷卻或者風冷卻。雖然冷卻原理不同，但是其能量轉化分布也可參考噴油螺桿式空壓機的能量轉化分布，其余熱回收的潛力相當可觀。

隨著微創技術發展，其在臨床上的應用越來越廣泛，由于其具有創面小，對身體損傷小，術后恢復快的優點，在進行手術治療時往往會選用微創手術[1] 。在婦科上經常進行的微創手術是腹腔鏡手術，雖然它產生的創面小，但是圍手術期的護理對于患者的康復同樣重要，快速康復是近年來越來越成熟的一種臨床醫療護理理念，較多的研究已經證明其可縮短患者住院時間，降低住院費用，已經被應于胃癌、結直腸癌、肝膽疾病、心臟疾病等，對于減輕患者手術創傷以及術后恢復具有重要的作用。

例如，在教師帶領下學習完《點、線、面之間的位置關系》相關基礎知識以后，數學教師通常會為我們布置一定的實踐練習題目，如“一個凳子的四條腿是否在同一個平面呢？要怎樣才能檢驗出來？”“兩個平面中各有一條直線，而分別與這兩條直線相交的另兩條直線一定具有怎樣的關系？”等等。面對這些問題，我首先獨立進行了思考解答，探尋出了問題的答案。接著我進一步與同學結成了學習小組，與他們就以上題目展開了熱烈的討論，在此過程中我不僅認識到了自己思考欠缺之處，同時還在與同學觀點碰撞中進一步打開了想象與思維，大膽進行了以各種角度為切入點的思考探究活動，最終在深化課堂所學的同時，促使自己的數學思維能力得以極大拓展。

2 典型余熱回收系統

根據收集到的案例分析，空壓機的余熱回收系統，根據空壓機工作原理不同和使用場合不同，有各種不同的形式。

1.讓每一位學生參加中學英語教材教案撰寫、試講和評教，提高學生的參與意識和教育教學水平，書本理論知識的學習和實踐活動的參與相結合，直接將《中學英語新課標》引進課堂，設計中小學英語課堂教學實踐活動，為學生第七學期的教育實習和畢業后的就業打好基礎。

從熱交換后的用途分類，大致可分為生產用熱、采暖用熱、生活用熱、溴化鋰吸收式制冷和作為低溫熱源由熱泵進一步提升能源品位后使用五類。其中，采暖用熱根據回收原理的不同，又可分為利用熱排風的采暖和利用熱水采暖兩類。圖1為噴油螺桿式空壓機能量轉化分布圖。

式中：W——外界對氣體做的功（W）；

歷史是一門人文性較強的學科，在學習過程中幫助學生進行思考與體驗，對學生的人文觀念價值有著潛移默化的影響，因此在進行高中歷史教學過程中，教師需要重視對歷史文化的正確引導，科學講授。為學生培養正確的歷史價值觀與人文觀念，塑造學生優秀的人文素養。

本小節根據空壓機類型的不同，簡要介紹不同的余熱回收系統。

2.1 離心式空壓機的余熱回收

氣路：空氣在空壓機各級機頭壓縮后，形成高溫壓縮空氣，其溫度在110～130 ℃之間。高溫壓縮空氣通過各級換熱器與常溫軟化水換熱，出氣溫度控制在35～45 ℃之間。

以回收三級余熱、兩次換熱為例，介紹余熱回收原理。

水路：常溫軟化水在換熱器中與110～130 ℃的高溫壓縮空氣進行熱交換，出水溫度根據需要調節，一般不超過70 ℃。然后，70 ℃軟化水通過用二次換熱，將二次側水加熱至所需溫度，比如60 ℃的生活用水。

離心式空壓機對壓縮空氣有三級壓縮，余熱回收有回收其最后一級壓縮熱，有回收最后兩級壓縮熱，也有回收三級全部壓縮熱?；厥兆詈笠患墘嚎s熱的系統，對機組運行的影響最小?；厥杖壢繅嚎s熱的系統，對機組運行會帶來一定風險，如果冷卻不好，會影響出氣量。

李勇強調，一是珍惜當前來之不易的成績，深刻認識外部環境的常態化特征，充分挖掘和發揮人才、資金、項目優勢，凝心聚力、共度時艱，確保打好年度收官之戰。二是堅定不移推進轉型升級工作，正確處理好“穩與進”關系，在打牢“穩”的基礎上，強化“進”的擔當，在各業務板塊領域有所作為、有所突破，推進企業持續健康發展。三是切實增強緊迫感和危機感，堅持刀刃向內、勇于自我革命，時刻對標找差，敢于向矛盾和問題“叫板”，嚴控經營風險，打好企業改革攻堅戰。

總的來說，該結構的演變主要可以歸納為由于時間的增加，其結構中的各個組成要素所占據的比例變化，是從一開始由銀行進行主導到市場主導，是一個不斷發展、不斷進步的過程。一般經濟條件不同、時代發展不同其金融結構也是不同的。但是該結構基本的演變過程主要就是經過漫長的歷史發展才能夠展現出來一定的規律。

2.2 噴油螺桿式空壓機的余熱回收

對噴油螺桿式空壓機進行余熱回收，主要是針對空壓機的油系統進行改造，回收油系統中的熱量。

對參與調查護理人員的滿意度評分進行分類評價，其滿意度合格以上的比例組成其總的滿意率，對比分析兩組人員的滿意度評價情況。

空壓機的氣路流程：外部的空氣首先經空氣過濾器進行初過濾；再進入機頭通過螺桿進行壓縮；壓縮后，油和壓縮空氣的混合物從排氣口排出，經過管路系統和油氣分離系統后，壓縮空氣進入空氣冷卻器冷卻。

空壓機的油路流程：經過壓縮后，油和壓縮空氣的混合物從主機出口排出，在油氣分離器的筒體內，油與壓縮空氣進行分離；分離后，油進入油冷卻器冷卻，冷卻后的油進入新的循環，經過相應的油路重新噴入主機，起到潤滑、密封和冷卻的作用。

對噴油螺桿空壓機進行余熱回收，需要對空壓機油路進行改造。經空壓機的機頭壓縮后形成的高溫高壓油氣混合物進入油氣分離器進行分離。對油氣分離器出油管路進行一定的改造，將高溫油引入熱交換器進行熱交換。熱交換器一次側為油，二次側為水。水側的冷水被加熱后，可以用于工藝用熱水、鍋爐進水預熱、生活熱水、空調采暖等。需要注意的是，熱交換器需要設置旁通閥，實時調節進入熱交換器和旁通管的油量，保證回油的溫度不低于空壓機的回油保護溫度。

楊磊

研究了將空壓機的熱排風用于冬季礦井采暖的案例。該案例中，在空壓機排風管后接風管，用軸流風機輸送至需要采暖的井筒和井口。替代原有的熱風爐采暖，節約了燃煤量，取得了很好的經濟效益，同時也減少了CO

的排放。

2.3 無油螺桿式空壓機的余熱回收

無油螺桿式空壓機的余熱回收是冷水依次經過油冷卻器、高壓壓縮系統、低壓壓縮系統、中間冷卻器以及后冷卻器進行換熱，制得熱水。

對無油螺桿式空壓機的余熱回收，需要對冷卻水系統進行改造。無油螺桿式空壓機的內部水冷系統為并聯管路，冷卻水量大，冷卻水溫偏低，熱能難以回收。如果要進行熱回收改造，則需要將空壓機內部原并聯的冷卻系統改為串聯系統，同時降低冷卻水流量，使溫差提高，水溫最高可以達到85 ℃左右。使熱能回收變得更為容易。

需要指出，無油螺桿式空壓機有水冷和風冷兩類，以上余熱回收方式是針對水冷型的空壓機，對于風冷型的無油螺桿式空壓機無法采用該方式進行余熱回收。風冷型無油螺桿式空壓機余熱回收制備熱水量有限，價值不大，不建議采用。

2.4 風冷型螺桿式空壓機熱排風的余熱回收系統

風冷型螺桿式空壓機熱排風的余熱回收主要用于冬季采暖。

堅持精準營銷，全面參與市場競爭。一是堅持客戶分級管理，按照“大客戶保銷量、中小客戶保效益”的原則，細分區域市場和客戶需求，精準實施“一戶一價”、“梯次定價”等差異化營銷策略，鎖定優質大客戶135戶。二是活用零售競爭“三部曲”，搶占市場主動權，按照“面上競爭要穩、點上競爭要狠”的思路，在市場爭奪區打談結合、以打促談，促進市場回歸理性競爭。由此，取得哈爾濱東部和齊齊哈爾甘南縣、訥河國道等多個競爭搶奪區域勝利，當期實現柴油機出同比增幅85%。三是建設和運用零售營銷決策系統，推行“一站一策”、“一戶一策”模擬決策，提升零售營銷響應和決策效率，在“油非互促”環節，利用信息化手段提高營銷效率。

王玉冰

介紹了風冷型螺桿機的熱排風用于冬季站房和相鄰車間采暖的系統。該案例中，在采暖季，空壓機熱排風一部分排在站房內，利用這部分余熱保證空壓站的溫度；另一部分排至臨近車間，提供一定采暖熱量。在非采暖季，空壓機熱排風直接排至室外，或有工藝熱風需求的地方。

風冷螺桿式空壓機熱排風的余熱回收系統在實際工程中運用較少。主要原因是其余熱回收受季節和地區的影響，只能在冬季北方需要采暖的地方使用，不能最大量地回收空壓機的余熱，經濟效益和節能效益不如其他余熱回收系統。

3 需要注意的問題

在不同的項目中，不同的余熱回收系統需要注意的問題如下：

1）系統運行的可行性

需要關注最高溫度和供熱量。一般而言，螺桿機熱水溫度控制在70 ℃以內、離心機熱水溫度控制在60 ℃以下是可以穩定運行的；理論上熱水溫度最高可達到90 ℃。但實際上，不同供應商的設備有所不同，其最高溫度也不一樣。螺桿機熱水溫度超過70 ℃，離心機熱水溫度超過60 ℃，需要考慮系統運行的可靠性?？赡軙绊懗鰵饬俊⒃O備的使用壽命等。

空壓機的余熱回收量一般可做到電功率的70%以上。但是，考慮到設備一般不會滿負荷運行，因此余熱回收量可按電功率的60%考慮，再多將很難以供應。

2）系統運行的可靠性

系統可靠性主要有兩點，一是系統運行時，熱量的供求不平衡。在產能爬坡階段，或者其他空壓機低負荷運行時，余熱回收熱量有限，供熱量不足，需提醒用熱專業考慮其他熱源。在某些時候，比如夏天用熱量小，此時熱量供大于求，需要冷卻塔供應循環冷卻水冷卻空壓機。二是熱水系統的最高溫度，這是一個可行性問題，也是一個可靠性問題。已在上述可行性中討論過，這里不再贅述。

3）系統運行的經濟性

對于大部分項目而言，余熱回收系統的投資回報都是相當可觀的，回報期一般為2-3年。但對于有些項目，空壓機容量很小，余熱回收量就會很小。有些項目負荷不穩定（比如實驗室），余熱回收量也會不穩定，影響使用。在上述兩種情況下，余熱回收的價值不大，不建議做余熱回收。

4 結語

本文介紹了空壓機余熱回收的原理、幾種典型的余熱回收的方法以及余熱回收系統中需要注意的問題。闡述了余熱回收的可行性，及可觀的余熱回收量。通過不同的案例，為類似項目提供參考。隨著國家對節能減排的日益重視，在項目中，應根據項目實際，盡量考慮空壓機的余熱回收。

［1］岑曦.空氣壓縮機熱能回收系統的開發［D］.上海交通大學，2010.

［2］徐樹風.螺桿壓縮機的能量回收［J］.流體機械，2000(10):35-36.

［3］楊磊.城郊煤礦西風井空壓機余熱回收利用研究［J］.電子世界，2014(12):349.

［4］王玉冰.噴油螺桿式空壓機余熱利用技術研究［D］.燕山大學，2015.