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空壓機在廣泛應用的同時(shí)，其能耗也成了各單位日益關(guān)注的主要問(wèn)題?？諌簷C的能源消耗中，最大的一塊是電能的消耗，占到總消耗的77%，其次是維護費用，占到總消耗的18%，而設備投資只占到總成本的5%?？梢?jiàn)空壓機的電耗是十分驚人的。一臺空壓機，少則幾萬(wàn)元，多則上百萬(wàn)，但購置成本只有5%的比例，可見(jiàn)其電耗數字的龐大。因此找到空壓機耗能的原因，有針對性的解決，才能進(jìn)行能效的提高。
1、螺桿空壓機常見(jiàn)的熱回收方式及適用場(chǎng)所
余熱一般指的是空壓機在生產(chǎn)高壓空氣過(guò)程中隨之產(chǎn)生的多余熱量。余熱回收就是通過(guò)換熱器等合適的手段將空氣壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱量回收用來(lái)加熱空氣或水，典型的使用如輔助采暖、工藝加熱和鍋爐補水預熱等。目前常用的包括噴油螺桿空壓機余熱回收系統和無(wú)油螺桿空壓機余熱回收系統。
1.1螺桿式空壓機常見(jiàn)冷卻方式
目前，空壓機常用的冷卻方式有風(fēng)冷和水冷兩種。在選擇空壓機的冷卻方式時(shí)，應根據當地的氣象條件、冷卻水源水質(zhì)情況進(jìn)行分析確認。具體如表1。
圖1 螺桿空壓機的冷卻方式選擇
相比之下，由于水冷采用蒸發(fā)冷卻方式，一般可以得到低于空氣干球溫度下的冷卻水，而且水的比熱和密度比空氣大，對空壓機的冷卻效果好，一般較多采用。
1.2 螺桿式空壓機余熱回收系統分類(lèi)
能源的日益短缺的今天，對螺桿式空壓機余熱回收系統的應用也越來(lái)越多。根據螺桿式空壓機的冷卻方式的不同，其熱回收系統一般分為兩種：風(fēng)冷型空壓機余熱回收系統和水冷型空壓機余熱回收系統。
目前，廠(chǎng)家大多數采用水冷系統對壓縮機進(jìn)行冷卻，加上水冷型空壓機余熱回收系統回收熱量穩定，得到的熱水應用場(chǎng)所廣泛，對壓縮機冷卻效果更好，因此水冷型空壓機余熱回收系統的改造應用更廣泛。
1.3 螺桿式空壓機余熱回收的優(yōu)勢
空壓機余熱回收系統的優(yōu)勢主要有以下幾點(diǎn)：
a)綠色環(huán)保，再生能源，節能降耗，沒(méi)有排放；
b)提高職員的福利水平，有充分的無(wú)成本熱水滿(mǎn)足使用；
c)降低了空壓機的運行溫度，提高了空壓機產(chǎn)氣量；
d)延長(cháng)空壓機油品使用環(huán)境，減少空壓機的運行故障；
e)節約生活熱水或采暖的制作熱水經(jīng)費，壓縮了生產(chǎn)環(huán)節的經(jīng)營(yíng)成本;
f)提倡國家政策，節約能源，降低排放的同時(shí)，獲得收益。
2、風(fēng)冷型空壓機熱回收系統
風(fēng)冷型空壓機熱回收系統，主要是利用換熱器的熱量加熱室外空氣，得到熱空氣供用熱點(diǎn)使用。
風(fēng)冷式空壓機熱回收具體應用方式，如圖2。
圖2 風(fēng)冷式空壓機熱回收
冬季時(shí)，根據需要調節風(fēng)閥1和風(fēng)閥2的開(kāi)度，由壓縮機出來(lái)的廢熱氣與室外冷空氣混合，達到供暖溫度的要求，直接送到辦公室、生產(chǎn)車(chē)間等用熱點(diǎn)，實(shí)現用熱點(diǎn)的采暖。
夏季不需要供熱時(shí)，風(fēng)閥2關(guān)閉，廢熱氣直接排放到室外。
此系統結構簡(jiǎn)單，投資低，維護費用低，節省了冬季采暖的部分花費。適合于供熱點(diǎn)距離空壓機站進(jìn)的場(chǎng)所。
3、水冷型空壓機余熱回收系統
3.1 噴油螺桿空壓機熱回收的改造應用
對于有油螺桿空壓機來(lái)說(shuō)，壓縮機工作過(guò)程中，室外空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾進(jìn)入壓縮機后，受到壓縮，溫度急劇上升：同時(shí)，空壓機螺桿的高速旋轉也會(huì )因為摩擦產(chǎn)生大量熱，這些熱量使得由空壓機出來(lái)的油氣混合物溫度上升，通常達到80℃～100℃。最終企業(yè)需要的只是空氣的壓力，為了保障空壓機正常工作的溫度要求，多余的熱量需要經(jīng)過(guò)冷卻系統進(jìn)行快速的降溫，如果沒(méi)有熱回收系統，多余的熱量就會(huì )通過(guò)冷卻系統排放大氣中，不僅需要額外的電能，而且造成了廢熱污染。
因此，現在很多的老廠(chǎng)都對原有的有油螺桿空壓機進(jìn)行了熱回收的改造，對這部分多余的熱量進(jìn)行合理的應用;在很多新廠(chǎng)中，設計開(kāi)始就直接加入熱回收系統，降低了經(jīng)營(yíng)費用，起到了節能減排的效果。
3.1.1噴油螺桿空壓機回收系統
影響噴油螺桿空壓機余熱回收的主要因素有：螺桿空壓機排氣溫度、噴油溫度以及噴油量等[2]，其余熱回收系統回收的熱量主要來(lái)源于高溫油。具體改造過(guò)程是在不改變空壓機原有工作狀態(tài)的前提下，將之前通過(guò)冷卻塔的冷卻系統換成余熱回收系統，通過(guò)余熱回收系統對高溫油氣進(jìn)行冷卻，把得到的熱水供用熱點(diǎn)使用，如圖3。
圖3 有油螺桿空壓機余熱回收系統
如圖3所示，室外空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器后，進(jìn)入空壓機進(jìn)行壓縮，在壓縮過(guò)程中，空氣與潤滑油進(jìn)行混合，得到高溫的油氣混合物；油氣混合物進(jìn)入油氣分離器，得到高溫油和氣，高溫氣進(jìn)入冷卻后供廠(chǎng)房使用，高溫油經(jīng)過(guò)冷卻后再次進(jìn)入壓縮主機進(jìn)行使用。不采用余熱回收系統時(shí)，高溫油直接進(jìn)入由冷卻塔組成的冷卻系統進(jìn)行冷卻；加入余熱回收系統后，高溫油首先由余熱回收系統進(jìn)行冷卻，在冷卻過(guò)程中，得到的熱水進(jìn)入蓄熱水箱，當生活及生產(chǎn)工藝等用熱水點(diǎn)需要時(shí)供其使用。當余熱回收系統不能把高溫油降溫到合理溫度時(shí)，由冷卻塔組成的冷卻系統對高溫油進(jìn)行冷卻，這樣由兩個(gè)冷卻系統對油進(jìn)行冷卻，能夠保證油溫在更加合理的溫度，保證了空壓機高效穩定的運行的同時(shí)，也實(shí)現了主機節能。
3.1.2噴油螺桿空壓機余熱回收系統評價(jià)
此系統的優(yōu)點(diǎn)：可以更高效的對螺桿式空壓機產(chǎn)生的高溫潤滑油進(jìn)行冷卻，對空壓機工作時(shí)正常工作油溫的保障更加穩定，提高了空壓機工作的效率;另外，不僅節約了能源，減少了廢熱污染，而且制得了熱水供企業(yè)使用，為企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟和社會(huì )效益。
此系統的不足：在制備熱水時(shí)，換熱溫差大，使得換熱器容易結垢，影響換熱效率;對于整個(gè)余熱回收系統不容易實(shí)現油溫自動(dòng)控制。
3.2無(wú)油螺桿空壓機熱回收的改造應用
目前，由于無(wú)油螺桿空壓機制得的壓縮空氣潔凈無(wú)油，被廣泛使用。對于無(wú)油螺桿空壓機，經(jīng)過(guò)過(guò)濾后的室外空氣進(jìn)入壓縮主機進(jìn)行壓縮后，得到高溫高壓的壓縮空氣，其溫度在170～190之間。為了保證空壓設備的正常運行，需要對空壓機潤滑油和高溫壓縮空氣進(jìn)行冷卻，一般都是采用的帶冷卻塔的開(kāi)式水冷卻系統對高溫壓縮空氣和高溫潤滑油進(jìn)行冷卻，最后通過(guò)冷卻塔把多余的熱量排放到大氣中去，不僅浪費了資源，還造成了廢熱污染。因此對無(wú)油螺桿空壓機也進(jìn)行了熱回收的改造，把這部分熱量應用于生活及工藝用水，不僅為企業(yè)減少了日常支出，還減少了對環(huán)境的污染。
3.2.1 一次換熱在無(wú)油螺桿式空壓機中的應用
影響無(wú)油螺桿空壓機余熱回收的主要因素有：無(wú)油螺桿空壓機排氣溫度、潤滑油溫度以及排氣量等，其余熱回收系統回收的熱量主要來(lái)源于高溫壓縮空氣。具體改造過(guò)程是在不改變空壓機原有工作狀態(tài)的前提下，將之前通過(guò)冷卻塔的冷卻系統換成余熱回收系統，通過(guò)余熱回收系統對高溫油氣進(jìn)行冷卻，把得到的熱水供用熱點(diǎn)使用，如圖4。
圖4 一次換熱余熱回收系統
如圖4，室外空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾后進(jìn)入壓縮主機進(jìn)行壓縮，得到高溫壓縮空氣。無(wú)余熱熱回收系統時(shí)，高溫壓縮空氣與經(jīng)冷卻塔降溫后的冷卻水進(jìn)行換熱，得到要求溫度的壓縮空氣供廠(chǎng)房使用。加入余熱熱回收系統后，根據具體需要，高溫壓縮空氣先和余熱回收系統中的換熱器進(jìn)行換熱，以滿(mǎn)足余熱回收系統中用熱點(diǎn)熱水的使用要求;當用熱點(diǎn)使用的熱水不足以帶走高溫壓縮空氣達到要求溫度散失的熱量時(shí)，帶開(kāi)式冷卻塔的冷卻系統運行，把多余的熱量散失到大氣中。這樣由兩個(gè)冷卻系統對高溫壓縮空氣進(jìn)行冷卻，能夠保證高溫壓縮空氣在更加合適的溫度，保證了高溫壓縮空氣出氣溫度的穩定，也實(shí)現了主機節能。
3.2.2 無(wú)油螺桿空壓機一次換熱余熱回收系統評價(jià)
此系統的優(yōu)點(diǎn)：可以更好的保證高溫壓縮空氣的出氣溫度，減少了廢熱污染，為企業(yè)制得了熱水，相對與噴油螺桿空壓機余熱回收系統來(lái)說(shuō)，可以得到更高溫度的熱水，熱水應用范圍更廣，為企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟和社會(huì )效益。
此系統的缺點(diǎn)：余熱回收系統中的換熱器換熱溫差大，且壓縮空氣溫度過(guò)高，使得換熱器結垢嚴重，很大程度上影響換熱效率，需要經(jīng)常進(jìn)行清洗，增加了維護費用。
3.3.3 二次換熱在無(wú)油螺桿式空壓機中的應用
由于無(wú)油螺桿空壓機一次換熱余熱回收系統結構十分嚴重，所以無(wú)油螺桿空壓機余熱回收系統更多的是采用二次換熱余熱回收系統，具體如圖5。
圖5 無(wú)油螺桿空壓機二次換熱余熱回收系統
如圖5，無(wú)油螺桿空壓機二次換熱余熱回收系統也是在無(wú)油螺桿空壓機一次換熱余熱回收系統的基礎上加入軟化水循環(huán)系統，由此，高溫壓縮空氣和軟化水換熱，在換熱溫差較大的情況下，運行過(guò)程中也不會(huì )出現結垢嚴重的現象。這樣可以值得更高溫度的軟化熱水，能夠提高整體的熱回收換熱效率。
如圖5所示，和噴油螺桿空壓機二次換熱余熱回收系統一樣，軟化水系統和開(kāi)式冷卻塔冷卻系統盡量不要同時(shí)運行。當然，也可以和圖3中的改造那樣，在軟化水循環(huán)系統中加入新的換熱器和高溫空氣進(jìn)行換熱，兩者可以同時(shí)運行，但是對于軟化水和高溫空氣換熱時(shí)結垢現象不明顯，加入新的換熱器會(huì )帶來(lái)初投資的提高，不是很經(jīng)濟。具體需要考慮企業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行確定。
3.3.4 無(wú)油螺桿空壓機二次換熱余熱回收系統評價(jià)
此系統的優(yōu)點(diǎn)：在與高溫高壓空氣進(jìn)行換熱時(shí)，換熱器不容易結垢，更好的保證了換熱器的換熱效率，使空壓機能夠更加穩定高效的工作。
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