壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的動力源之一。由于其具有安全、無公害、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點,使其在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。但要得到品質(zhì)優(yōu)良的壓縮空氣需要消耗大量能源。在大多數(shù)生產(chǎn)型企業(yè)中,壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的10%～35%。在不斷提高壓縮空氣系統(tǒng)效率的同時,空壓機(jī)運(yùn)行時會產(chǎn)生大量的壓縮熱,壓縮熱消耗的能量占機(jī)組運(yùn)行功率的85%以上,通常這部分能量通過機(jī)組的風(fēng)冷或水冷系統(tǒng)釋放到大氣當(dāng)中。

所以，壓縮機(jī)的熱回收是持續(xù)降低空氣系統(tǒng)損耗,提高客戶生產(chǎn)力的必要手段。余熱回收的節(jié)能技術(shù)目前研究很多,但大多只針對噴油螺桿式空壓機(jī)的油路改造而言。本文通過對幾種典型空壓機(jī)的工作原理和余熱回收系統(tǒng)特點進(jìn)行詳細(xì)介紹,更加豐富地了解空壓機(jī)余熱回收的途徑和形式,可以更好地進(jìn)行余熱回收,降低企業(yè)的能源費(fèi)用,達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

現(xiàn)將幾種典型的空壓機(jī)余熱回收途徑和形式作一介紹。
                                                                                                                  1 噴油螺桿空壓機(jī)余熱回收分析

1)噴油螺桿空壓機(jī)工作原理分析
噴油螺桿空壓機(jī)是目前市場上占有率較高的一種空壓機(jī)類型,其工作原理見圖1。

噴油螺桿空壓機(jī)的油有三個作用:冷卻吸收壓縮熱、密封和潤滑。

氣路:外部空氣通過空氣過濾器進(jìn)入機(jī)頭經(jīng)過螺桿壓縮后,油氣混合物由排氣口排出,經(jīng)過管路系統(tǒng)和油氣分離系統(tǒng),進(jìn)入空氣冷卻器,將高溫的壓縮空氣降低到可接受的程度。

油路:油氣混合物由主機(jī)出口排出,在油氣分離筒體內(nèi)冷卻油與壓縮空氣分離后進(jìn)入油冷卻器,將高溫油的熱量帶走,冷卻后的油經(jīng)過相應(yīng)的油路重新噴入主機(jī),進(jìn)行冷卻、密封和潤滑。如此反復(fù)。

2)噴油螺桿空壓機(jī)余熱回收原理
噴油螺桿空壓機(jī)余熱回收的示意圖和流程圖見圖2和圖3。

由圖2、圖3可見,經(jīng)壓縮機(jī)頭壓縮形成的高溫高壓油氣混合物在油氣分離器中被分離,通過對油氣分離器出油管路進(jìn)行改造,將高溫油引入一熱交換器,熱交換器旁通閥實時對進(jìn)入熱交換器和旁通管的油量進(jìn)行分配,從而保證回油溫度不低于空壓機(jī)回油保護(hù)溫度,熱交換器水側(cè)的冷水與高溫油進(jìn)行熱交換,被加熱后的熱水可以用于生活熱水、空調(diào)采暖、鍋爐進(jìn)水預(yù)熱、工藝用熱水等。

3)一次換熱余熱回收
噴油螺桿空壓機(jī)的余熱回收系統(tǒng)形式較多,下面列舉兩種最常見的系統(tǒng)。圖4為噴油螺桿空壓機(jī)的一次換熱系統(tǒng)流程圖。由圖可見,保溫水箱中的冷水通過循環(huán)水泵直接與空壓機(jī)內(nèi)部的能量回收裝置進(jìn)行換熱,然后回到保溫水箱。此種系統(tǒng)的特點是設(shè)備少,換熱效率高,但必須注意的是,需要選擇材質(zhì)較好的能量回收裝置,且需定期清洗,否則容易由于高溫結(jié)垢而引起堵塞或者換熱裝置發(fā)生泄漏污染應(yīng)用端。

4)二次換熱余熱回收
圖5為噴油螺桿空壓機(jī)的二次換熱系統(tǒng)流程圖,由圖可見,此系統(tǒng)進(jìn)行兩次換熱,與能量回收裝置換熱的一次側(cè)系統(tǒng)為閉式系統(tǒng),二次側(cè)系統(tǒng)可以為開式系統(tǒng),也可以為閉式系統(tǒng)。一次側(cè)的閉式系統(tǒng),采用純水或蒸餾水循環(huán),可以減少由于水結(jié)垢對能量回收裝置造成的損壞。萬一換熱器損壞,應(yīng)用端的加熱介質(zhì)不會被污染。

5)噴油螺桿空壓機(jī)加裝熱能回收裝置的優(yōu)點
噴油螺桿空壓機(jī)安裝了熱能回收裝置之后,會有如下好處：
(1) 停止空壓機(jī)自身的冷卻風(fēng)機(jī)或減少風(fēng)機(jī)的運(yùn)行時間,熱能回收裝置要用到循環(huán)水泵, 水泵電機(jī)要消耗一定量的電能,但是在空壓機(jī)主機(jī)的排氣口溫度未達(dá)到80～95℃時(可以在這個范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定),空壓機(jī)自身冷卻風(fēng)機(jī)是不工作的,這個風(fēng)機(jī)的功率一般要比循環(huán)水泵的功率大4～6倍,因此風(fēng)機(jī)一停,比循環(huán)泵的用電要節(jié)能4～6倍。另外,因為油溫可以得到很好的控制,所以機(jī)房的排風(fēng)扇就可以少開或完全不開,這又可以節(jié)能。

(2) 將余熱轉(zhuǎn)換為熱水,不需要任何額外能耗。

(3) 增加空壓機(jī)的排氣量。由于空壓機(jī)的運(yùn)行溫度可以被回收裝置有效地控制在80～95℃的范圍內(nèi),機(jī)油的濃度可以保持較好,空壓機(jī)的排氣量就會增加,增加量為2%～6%,這一點也相當(dāng)于節(jié)約了能源。這對夏季運(yùn)行的空壓機(jī)尤為重要,因為一般到了夏季,環(huán)境溫度較高,油溫往往可升至100℃左右,機(jī)油變稀,氣密性變差,排氣量就要減少。因此熱能回收裝置在夏季更能彰顯出它的優(yōu)勢。