劉明軍 蘇盈賀 姜 金 曲豐遠 黃明碩

（松下制冷（大連）有限公司，遼寧 大連 116600）

0 引言

空壓機廣泛應用于空分、化學合成、氣體輸送以及食品、藥品等工業(yè)領域，空壓機工作過程中消耗的大量電能只有15%的能量可以轉(zhuǎn)換為空氣勢能，剩下85%的能量只能轉(zhuǎn)換為熱能，最終通過風冷或水冷的方式交換到大氣中，造成了能源的浪費。本文對空壓機余熱深度回收利用系統(tǒng)進行研究，深度挖掘空壓機余熱資源，積極推進余熱技術利用，采取適合的解決方案，實現(xiàn)了余熱資源的有效利用，希望為今后的余熱深度回收利用及節(jié)能減排工作提供參考。

1 空壓機市場調(diào)研

1.1 空壓機的主要應用范圍

空壓機的應用領域十分廣泛，但是不同的行業(yè)對于空壓機的要求各不相同。空壓機的主要應用范圍如表1所示。

表1 空壓機的主要應用范圍

1.2 空壓機余熱調(diào)查

根據(jù)行業(yè)調(diào)查分析，空壓機系統(tǒng)運行費用占比如圖1所示。系統(tǒng)的初期設備投資及設備維護費用占總費用的23%，電能消耗（電費）占77%。

圖1 空壓機系統(tǒng)運行費用占比

根據(jù)空壓機的特性，空壓機運行時會產(chǎn)生大量的壓縮熱，壓縮熱消耗的能量占機組運行功率的85%，壓縮空氣勢能占15%，如圖2所示。通常這部分能量會通過機組的風冷或水冷系統(tǒng)交換到大氣中，因此，壓縮機的熱回收是持續(xù)降低空氣系統(tǒng)損耗，提高客戶生產(chǎn)力的必要手段。

1.3 不同種類空壓機的應用情況及其余熱分析

不同種類空壓機的應用情況及其余熱分析如表2所示。

1.4 不同種類空壓機的工藝流程介紹

（1）噴油螺桿空壓機：油冷卻熱量、后冷卻熱量較大，可進行回收，回收率達85%，其工藝流程如圖3所示。

圖2 空壓機運行時空氣勢能和熱能能量占比

圖3 噴油螺桿空壓機工藝流程

表2 不同種類空壓機的應用情況及其余熱分析

（2）無油螺桿空壓機：兩級冷卻熱量都可進行回收，回收率達93%，其工藝流程如圖4所示。

（3）離心空壓機：三級冷卻熱量都可進行回收，回收率達91%，其工藝流程如圖5所示。

（4）軸流空壓機：冷卻熱量可進行回收，回收率達85%，其工藝流程如圖6所示。

2 技術方案

為解決現(xiàn)有空壓機系統(tǒng)能源消耗大、運行成本高、污染環(huán)境等問題，提出一種空壓機余熱深度回收利用系統(tǒng)，空壓機的余熱熱源裝置與余熱深度回收利用系統(tǒng)雙向連接。余熱深度回收利用系統(tǒng)包括余熱取熱裝置、吸收式熱泵及輔助換熱器。余熱熱源裝置經(jīng)余熱取熱裝置取出熱量并轉(zhuǎn)化為高溫余熱水。制冷工況下，余熱水接入吸收式熱泵，用作吸收式熱泵驅(qū)動熱源制取冷水，經(jīng)輔助換熱器的低溫側(cè)輸出生活熱水；供暖工況下，余熱水接入吸收式熱泵，用作吸收式熱泵的驅(qū)動熱源，經(jīng)輔助換熱器的高溫側(cè)進入吸收式熱泵降溫后回到余熱取熱裝置，供暖水經(jīng)輔助換熱器換熱及吸收式熱泵升溫后輸出?？諌簷C余熱深度回收利用系統(tǒng)對空壓機余熱進行深度回收，實現(xiàn)了余熱資源的有效利用。

圖4 無油螺桿空壓機工藝流程

圖5 離心空壓機工藝流程

圖6 軸流空壓機工藝流程

2.1 噴油螺桿空壓機余熱回收方案

采用余熱取熱裝置和溴化鋰吸收式機組相結(jié)合的方式，回收噴油螺桿空壓機運行時的油冷卻熱量和后冷卻熱量，回收的余熱可用于夏季制冷、冬季供暖，實現(xiàn)了余熱資源的有效利用，提高了空壓機的運行效率，節(jié)省了制冷、供暖的能源消耗。噴油螺桿空壓機余熱回收方案如圖7所示。

2.2 離心空壓機余熱回收方案

采用余熱取熱裝置與余熱回收機組最佳匹配的方式，對離心式空壓機的各級壓縮熱量進行分段回收，這種余熱回收方式能夠?qū)崿F(xiàn)能源的最大化利用，為國家的節(jié)能減排做出了突出的貢獻。離心空壓機余熱回收方案（夏季制冷/冬季供暖）如圖8、圖9所示。

3 空壓機余熱深度回收利用系統(tǒng)技術原理

制冷工況下，余熱取熱裝置的余熱水入口連接發(fā)生器的驅(qū)動熱源入口，發(fā)生器的驅(qū)動熱源出口連接輔助換熱器的高溫側(cè)入口，輔助換熱器的高溫側(cè)出口連接余熱水出口，輔助換熱器的低溫側(cè)入口與生活熱水入口管路連接，輔助換熱器的低溫側(cè)出口與生活熱水出口管路連接，吸收器及冷凝器中設置有冷卻水管路，蒸發(fā)器中設置有冷水管路。

供暖工況下，余熱取熱裝置的余熱水入口連接發(fā)生器的驅(qū)動熱源入口，發(fā)生器的驅(qū)動熱源出口連接輔助換熱器的高溫側(cè)入口，輔助換熱器的高溫側(cè)出口連接蒸發(fā)器的冷水入口管路，蒸發(fā)器的冷水出口管路連接余熱水出口，吸收器及冷凝器中設置有冷卻水管路，供暖熱水的一條支路連接輔助換熱器的低溫側(cè)入口，另一條支路連接冷卻水入口管路，冷卻水出口管路及輔助換熱器的低溫側(cè)出口管路匯流后連接供暖熱水出口管路。

圖7 噴油螺桿空壓機余熱回收方案

圖8 離心空壓機余熱回收方案（夏季制冷）

圖9 離心空壓機余熱回收方案（冬季供暖）

空壓機余熱深度回收利用系統(tǒng)有制冷工況、供暖工況可供選擇，夏季制冷工況運行時，可制取7～20 ℃的冷水及45～60 ℃的生活熱水，冬季供暖工況運行時可制取45～60 ℃的熱水，因此，不論夏季還是冬季均可實現(xiàn)余熱側(cè)大溫差換熱，回收的余熱可用于制冷、制熱、制取生活熱水，實現(xiàn)了余熱資源的有效利用。

4 經(jīng)濟可行性分析

下文以某空壓機站為例，對噴油螺桿空壓機余熱回收方案進行經(jīng)濟性分析。

（1）冬季供暖節(jié)省天然氣費用。采用空壓機余熱深度回收利用系統(tǒng)代替原有真空鍋爐，可提供供熱量400 kW（344 000 kcal），原有真空鍋爐供熱效率0.937，天然氣熱值8 500 kcal/Nm3，年供暖150天，每天運轉(zhuǎn)24 h，天然氣價格3.7元/Nm3，年節(jié)省天然氣耗量=供熱量÷鍋爐效率÷天然氣熱值×運行時間=344 000÷0.937÷8 500×150×24≈155 490 Nm3，年節(jié)省天然氣費用：155 490×3.7=575 313元。

（2）夏季制冷節(jié)省電費。采用空壓機余熱深度回收利用系統(tǒng)代替原有電制冷機組，可提供制冷量300 kW，原電制冷機組COP 為5.0，年制冷150天，每天運行16 h，電價0.8元/kWh，年降低耗電量=制冷量÷機組能效×運行時間=300÷5.0×150×16=144 000 kWh，年節(jié)省電費：144 000×0.8=115 200元。

（3）采用空壓機余熱深度回收利用系統(tǒng)后增加的電費。水泵耗電3.5 kWh，吸收式機組耗電3.6 kWh，年耗電量：3.5×（150×24+150×16）+3.6×150×16=29 640 kWh，年增加電費：29 640×0.8=23 712元。

（4）改造后年增加收益 ：575 313 +115 200 -23 712=666 801元。

（5）投資回收期?？諌簷C余熱深度回收利用系統(tǒng)投資包括油冷卻回收器、溴化鋰機組及系統(tǒng)，預計費用為125萬元。由此可見，實施改造投資回收期不到2年，經(jīng)濟可行性高。

5 經(jīng)濟效益與社會效益評價

空壓機廣泛應用于空分、化學合成、氣體輸送以及食品、藥品、工業(yè)等領域，空壓機工作過程中消耗的大量電能絕大部分轉(zhuǎn)化為熱能，最終通過機組的風冷或水冷系統(tǒng)交換到大氣當中，可回收熱能的能量占機組運行功率的85%以上。

某制藥公司有6臺離心式空壓機，總功率為7 200 kW，原散熱方式為水冷式散熱。改造安裝6套空壓機余熱深度回收利用系統(tǒng)及配套空壓機余熱回收專用制冷機組后，回收的余熱用于夏季制冷、冬季供暖。年回收余熱相當于標煤節(jié)省2 160 t，CO2減排5 280 t，SO2減排158 t，NOx減排79 t，年節(jié)省電費207萬元。離心空壓機余熱回收案例如圖10所示。

圖10 離心空壓機余熱回收案例

某公司空壓機站有噴油螺桿空壓機17臺，每臺空壓機功率為250 kW，總功率為4 250 kW，原散熱方式為水冷式散熱。改造安裝17套空壓機余熱深度回收利用系統(tǒng)及配套專用制冷機組后，其中13臺空壓機的熱水量即可滿足制冷工藝需求，其余4臺空壓機作為備用?；厥盏挠酂嵊糜谙募局评?，年回收余熱相當于標煤節(jié)省2 688 t，CO2減排6 570 t，SO2減排197 t，NOx減排98 t，年節(jié)省電費136萬元。噴油螺桿空壓機余熱回收案例如圖11所示。水

圖11 噴油螺桿空壓機余熱回收案例

6 市場前景

在我國大力發(fā)展“低碳經(jīng)濟”的大趨勢下，能源的消費日益增長，能源節(jié)能性產(chǎn)品也日益受到關注，而在諸多領域空壓機余熱深度回收利用系統(tǒng)可以充分地利用空壓機余熱作為熱源，滿足建筑制冷、供暖及工廠工藝的需求，既節(jié)省了能源，又符合國家環(huán)保健康、可持續(xù)發(fā)展的能源政策的要求。

7 結(jié)語

采用空壓機余熱深度回收利用系統(tǒng)，一方面可將空壓機余熱進行回收利用，提高能源利用率；另一方面回收的余熱可用于夏季制冷、冬季供暖，夏季節(jié)省電力消耗，冬季節(jié)省天然氣消耗。本文通過對空壓機余熱深度回收利用系統(tǒng)的研究，實現(xiàn)了空壓機余熱資源的深度挖掘和有效利用，為今后的余熱深度回收利用及節(jié)能減排等方面的工作提供了參考。