离心空压机余热回收应用案例

一、离心式空压机余热回收利用技术背景

　　在全球能源需求持续增长而实际供应相对不断下降的严峻形势下，节能减排已势在必行。众多工厂也已在不断寻求潜在的节能空间，而压缩空气系统正是蕴藏了巨大的能源节省的空间。

　　压缩空气是工业领域中应用最广泛的动力源之一，其中离心空气压缩机属于速度式压缩机，因其结构紧凑、重量轻，排气量范围大；而且易损件少，运转可靠、寿命长；排气也不受润滑油污染，供气品质高，工作稳定、可靠；适合用气量大，用气品质较高的企业，比如制药、电子、钢铁等大型企业，一般选用离心式空压机的比较多，在现代工业领域中应用越来越广泛。

　　但要得到品质优良的压缩空气需要消耗大量能源。在大多数生产型企业中，压缩空气的能源消耗占全部电力消耗的20%—55%。从一套运行5年的压缩空气系统的资金投入分析来看，电费占到了总费用的77%，而其中能耗中的85%转化为热量（压缩热）。放任这些“多余”热量排放到空气中，影响了环境，制造了“热”污染。对企业来讲，如果要解决生活热水比如员工洗澡、采暖，或者工业热水比如生产线清洗、烘干等工艺用热，需要去购买能源电、煤、天然气蒸汽等才可以，这些能源不仅需要大量的财力投入，还会造成二氧化碳的排放，所以降低电耗和回收热能就意味着运行成本的降低！

　　离心式空压机大量热源来源于消耗的电能，主要是以下列几种形式消耗：

　　1）38%的电能转化成热能存在于第一级冷却器压缩空气中，靠冷却水带走；

　　2）28%的电能转化成热能存在于第二级冷却器压缩空气中，靠冷却水带走；

　　3）28%的电能转化成热能存在于第三级冷却器压缩空气中，靠冷却水带走；

　　4）6%的电能转化成热能存在于润滑油里，通过冷却水冷却带走。

　　根据以上可以看出，对于离心式压缩机，转化成热能的电能，其中大约94%可以被回收。热能回收装置正是为了在对压缩机性能不产生负面影响的前提下，以热水的形式回收以上绝大部分的热能。改造第三级回收率可达实际输入轴功率的28%，改造第一、二级回收率可达实际输入轴功率的60～70%，三级全部回收回收率可达实际输入轴功率的80%。通过对压缩机的改造，可以以热水的形式回收利用，为企业节省大量能源。目前市场上越来越多用户开始重视离心机的改造。

　　离心压缩机热回收必须遵循的原则：

　　1.保证机器运行的安全性和稳定性；

　　2.保证供水的安全性和稳定性；

　　3.能量回收过程中实现降低总系统运行能耗，这样还可以提升设备能量的利用率；

　　4.最后，对被回收回来的热量，尽可能的将介质加热到最高温度，以增加适用范围。

　　二、离心式空压机余热回收利用实际案例分析

　　以湖北某大型药企为例，该厂一直使用电加热来满足企业生产工艺中污水加热需求，而企业中有大型离心式压缩机数台，大量热源被浪费。

　　瑞气科技为其先改造一台离心式空压机，现场运行情况为一台1250kW、2公斤低压离心式压缩机，加载率为100%，运行时间是24小时，本次回收方式为末级高温压缩空气回收。

　　设计思路为将高温压缩空气引至余热回收机组，换热完成后回至冷却器，在冷却器循环水进水口加装自动调节比例积分阀调节循环水流量，保证排气温度为50℃左右范围；加装旁通阀门，余热回收机组保养维护检修时高温压缩空气从旁通进入原油冷却器，保证系统稳定运行。

　　余热回收系统进水从现场冷却塔取水，30～45℃水为换热介质，需对水源进行杂质过滤，水质进行软化处理，防止因水质过硬、杂质过多而导致热回收机组腐蚀、结垢、堵塞等现象，增加企业维护成本。

　　余热回收机组水路系统须通过增加管道循环泵来作为动力装置，从冷却塔取水，输送至余热回收机组加热至设定温度后进入污水加热水池。

　　方案设计参考当地夏季进气含湿量最热月气象参数约20g/kg；冬季工况满载运行时，依据客户提供的温度区间运行，按最低126度排气，温降至50度以内，此时热负荷约479kW，按最低30度进水时，可以产得80度除盐水约8460kg/h。相对于夏季运行工况，冬季运行工况所需换热面积更为苛刻。

　　下图为经过余热回收改造后，现场实际运行工况为冬季1月份，进气温度为129℃时，出气温度为57.1度，进水温度为25℃时，直热出水热水温度设计80℃时，每小时产热水量为8.61m³。24小时就可为企业提供热水量约为207m³。

　　相对于夏季运行工况，冬季运行工况更为苛刻。以冬季运行工况为例，一年330天可为企业提供热水量68310m³。

　　1m³水从25℃温升80℃所需要热量为：

　　Q=CM（T2-T1）

　　=1kcal/kg/℃×1000kg×(80℃-25℃) 

　　=55000kcal

　　每年可为企业节省能源为：

　　68310m³*55000kcal=3757050000kcal

　　本项目每年节约能耗约3575050000kcal，相当于每年节省了7636吨蒸汽；529197立方天然气；4598592kwh电量；1192吨标准煤；每年可为企业减少CO2排放约3098吨。每年可为企业节省电加热费约300多万元。

　　由此可见，企业实施节能改进，不仅可以缓解政府能源供应和建设压力，减少废气污染保护环境，更重要的是可以让企业降低能耗，减少企业自身运营成本。