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空压机余热回收节能分析

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  摘  要:余热回收节能改造是空压机设计人员重点研究项目,加强余热回收,可在保证空气压缩效率的同时,减少电能消耗,这起到良好的节能效果,符合绿色节能理念。在空压机应用研究中,研究人员可从空压机运行能耗、余热回收改造及节能等方面入手,找到余热回收的最佳实施方案,使空压机的节能量最大。
  关键词:空压机;余热回收;节能
  中图分类号:TH45            文献标志码:A
  在空压机余热回收改造中,需要利用余热回收原理,还需要结合实际工程需求,改善空压机的运行系统,使余热回收系统能处于高效运转状态,这样空压机工作中产生的大量热能才不会浪费。在余热回收系统改造完善过程中,还要结合其他运行系统,使其不会对空压机运行产生负面影响。余热回收系统设计应用应多次实践,在实践中,提高系统的余热回收效率。该文主要针对空压机余热回收的节能进行分析。
  1 案例概况
  某公司拥有4台功率不同的空压机,其中2台功率为132 kW,另2台功率较大,为250 kW。因生产要求,4台空压机需要同时处于工作状态,其不仅要满足车间供暖或生产要求,还要满足员工宿舍或淋浴场所的淋浴要求。生产线对空气压力的要求不同,耗气量也不同,其对空压机的运行效率和类型、参数等要求也有差异。在淋浴方面,淋浴场所与空压机房的距离,洗浴时间段、工作天数、淋浴喷头数量及员工数量等,会影响洗澡用水量,而洗浴热水需热量也与这些因素有关,空压机余热回收量需要满足该热水所需热量。为了同时供应生产要求和洗浴要求,空压机的余热回收系统需要得到有效改造,以达到更好的节能效果。
  2 空压机余热回收改造
  在余热回收改造中,研究人员以提升余热回收系统的热量回收效率为主,主要将主机换热器作为改造对象,换热器可以采用阿法拉伐不锈钢板式,其中的控制编程为山立自主研发,PLC编程会控制变频泵的运行情况,使进出水温度受控,相关人员可借助计算机,观察空压机运行过程中的温度变化以及时调整温度,使空压机运行稳定。余热回收机中的油液温度需要控制在合理范围内,如此余热回收效率才能得到保证。余热回收设备中的循环泵为变频控制方式,其可以控制油温。
  2.1 余热回收原理
  余热回收主要依赖于相关的回收系统,对其改造,主要从内部油路和外部的回收机组入手。在喷油螺杆空压机压缩空气时,入口吸气过滤器会对进入机组的空气进行过滤清理,使其成分纯度高一些。进气控制阀开启,将空气吸入空压机中。空压机作用过程中,压缩对象会与循环油气结合起来,形成混合物质,其温度和压力会上升,油气分离器会将油和气分离开。压缩腔连接油气分离器,成为油气混合体的传送通道。分离后的油气和空气会在高压状态下,分别进入对应的冷却系统。冷却系统会使润滑油发生液化现象,油冷却器会对其高温高压状态进行处理,使其热量散失,过滤器会对其进行二次处理,使干净的油气重新回到压缩机。该过程一直处于循环状态,所以在压缩过程中,相关的热量一直被消散吸收。高温高压状态下的油气热量较高,占空气压缩机功率的85%以上,温度最高时能达到100 ℃,最低也在70 ℃以上。
  2.2 余热回收改造实施方案
  在余热回收系统改造实施中,主要对油温进行控制。当空压机压缩空气时,机组内部的润滑油处于高效运行状态,其温度会直接飙升至热水机设定数值。当其真正处于设定数值状态时,热水机自行运动,水泵开启,释放循环箱中的水,使该水体与热水机内部的水混合在一起,发生换热反应。该反应属于循环反应。以热水产生量为参考,该数值小于热水消耗量,热水机处于运行状态,反之处于停工状态,此时空压机油温会逐渐升高。空压机的油温设定参数为85 ℃,该参数不需要成为节能改造对象,所以不用在空压机中设置多余的温控设备。在油温超过设定温度后,冷却系统会收到信号,自行启动,降低油温,使空压机一直处于正常运行状态。
  空压机不再压缩空气时,内部机组运转速度逐渐降低,直到恢复平静,在此过程中,润滑油的温度也会降低,一直降低到热水机设定温度,此时油温处于正常状态,所以水泵不用再支持循环换热过程,所以其会停止运行。
  3 空压机余热回收的节能分析
  对空压机余热回收进行改造,其节能效果非常显著。如果该公司的4台空气机全天处于运行状态,其在一天内回收的热能可以达到4 958.98万kJ,这是理论数值,在实际应用中,空压机的实际使用率达不到理想状态,所以其总热量比理论数值小,取4 901.64万kJ。这些热量可回收70%,4台空压机回收的热量可以应用在加热器中,这意味着加热器可以一直处于连续加热状态,直到将回收的574 kW热量消耗殆尽。
  根据具体的计算数值和节能情况,相关人员需要对空压机余热回收节能改造效果进行仔细分析,做好节能评估及收益分析工作。在公司内部应用余热回收改造后的空压机,其在一年内消耗的电能会大幅度降低,按照《供暖通風设计手册》标准进行计算,发现改造后的空压机每年最少可以节约电能468.38万kW·h,公司所在区域的电价为0.8元,这意味着公司可以节省375万元。而回收的余热可应用在其他方面,象车间供暖或宿舍淋浴供热等,供暖费用及供热费用都会得到有效节约,公司整体的运营成本会大幅度下降。
  该公司应用的空压机为螺杆类型,其在采用双回路温控方案进行改造后,消耗的燃料类型和数量会减少,空压机运行中二氧化碳的排放量也会减少,这体现了余热回收改造的生态效益,这对于环境保护大有裨益。从经济角度看,回收的热量转化为热水热量,可节约成本。另外该种改造方案可以使空压机余热回收效率最大化,空压机本身也不会受到任何损失,使用寿命反而会延长,对环境的适应性也会变强。
  空压机改造后,内部机组的油温下降,空气机整体的工作温度也随之降低,当空压机本身温度和运行环境温度皆受控后,空压机发生高温跳闸问题的概率会减少,与其相关的故障也会减少许多,从长远角度看,空压机的使用极限会上升,使用时间会增多,所以最终公司花费在空压机运行维护中的成本会大幅度降低。
  4 结语
  对空压机余热进行回收,是相关行业节能环保的切入点,行业研究人员应从经济、环境及社会效益角度出发,设计出最符合行业生产要求的余热回收系统。在空压机节能改造中,会涉及很多新技术或新辅助设备,设计人员还要解决这些新型要素带来的问题,使其与整个空压机的匹配度更高,使空压机整体的运行过程更加稳定可靠,如此空压机的节能效果会更加显著。
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