机械工厂空压机余热回收利用论文

摘要：本次提供的热水温度为80℃，回水温度25℃。满负荷运行2台空压机时，可生产热水约15t/h，利用余热约为960KW。C700离心机的在排气量为118m3/min时的输入功率为600kW，余热回收利用率达到80%。

前言

空压机是广泛应用于生产领域的通用机械，每年消耗全国发电量的9.4%以上，合理地利用空压机余热，是工厂节能降耗、产生经济效益的重要措施。

1空压机余热回收简介

空压机气体压缩的过程中会产生热量，致使被压缩空气温度升高，要使空压机正常运行，就要使空压机的运行温度降低。多采用风冷冷却或水冷冷却的方式来降低压缩空气以及空压机内部冷却油温度，从而使空压机运行在正常温度范围间。

工业企业中常用的一般气体压缩机在运行时，真正用于增加空气势能所消耗的电能，在总耗电量中只占很小的一部分约15%，大约85%的电能转化为热量，通过风冷或者水冷的方式排放到空气中，造成浪费。

2空压机余热回收的分类

目前工业常用空压机主要有三类：喷油螺杆空压机、无油螺杆空压机、离心机。针对不同类型的机组、不同的设备厂家，其回收的原

理是不一样的，回收率也不尽相同。一个完整的空压机余热回收系统由换热端、循环端、用热端及监控系统组成。

以下为某几类为常用空压机热回收设备的主要性能参数： 3喷油螺杆机空压机余热回收利用

在喷油螺杆机空压机将机械能转换为内能的过程中，空气受到强烈的高压压缩，温度骤升，同时压缩机的高速旋转也会摩擦发热，这些高温热量由空压机润滑油与空气混合成的油气携带、并通过风冷或水冷的方式排出机体。这部分高温油气流携带的热量相当于空压机输入电功率的3/4，高温油气流的温度通常在80℃～100℃。

3.1风冷喷油螺杆机空压机的余热利用

风冷喷油螺杆式空压机，依靠冷却风来吸收空压机中高温油气携带的热量，来降低油气及压缩空气的温度，满足运行需要。可将风冷空压机的冷却热风排风管朝需要采暖的室内增加排风口。

在空压机冷却风朝向室内及室外的风管管口均安装对开多页调节风阀，采暖季，如需提高室内温度时，冷却风直排室内；非采暖季，为保证良好的环境温度，则冷却风全部直排室外。

如果空压站内装机容量较大，可以将冷却风汇聚后加压送至车间内作为采暖热风，或做为热风幕使用。

3.2水冷喷油螺杆空压机的余热利用

水冷喷油螺杆空压机，通过循环冷却水，来吸收空压机中高温油气的热量，以降低油气及压缩空气的温度，满足运行需要。吸收高温

油气热量后温度升高的冷却水，通常通过冷却水塔降温后，再循环利用。

喷油螺杆空压机的余热回收装置为一套换热系统，将空压机的高温油引至余热回收换热器，作为一次热源加热水，加热的水温可达60℃～75℃，该热水可用于车间采暖或员工洗澡。

保证恒定油温的水冷喷油螺杆机空压机余热利用原理图： 保证恒定油温的水冷喷油螺杆机空压机余热利用系统，属于定温控制，即首先保证油温恒定，依照油温控制热水侧低温水管道上的电磁阀开度，自动调节热水循环量。此种控制方式，供应热水量会随着空压机负荷改变，但是控制方式较为简单，方便操作。

实际工程中，我们常遇到热量变化，温差恒定的工况，此时，我们优先保证供水温差，空压机余热中不能有效利用的部分热量则依靠原有冷却循环水系统来吸收，保证油温恒定。此工况，需要配置容量匹配的变频冷却循环水泵，满足运行需求。

4无油螺杆和离心式空压机余热回收

无油螺杆和离心式空压机的余热均由压缩后的高温高压空气携带。无油螺杆机和离心机每级排气温度都接近120℃～140℃，系统在正常使用未配备热回收系统时，需要采用冷却塔和冷却风扇等形式，主动散热，以免机组温度过高造成停机影响生产。配备热回收系统后，热回收系统运转正常时，可降低冷却塔符合，甚至将冷却塔完全停机。

无油螺杆和离心式空压机余热利用原理图：

4.1无油螺杆空压机余热回收利用

机械工厂设计中遇到的无油螺杆机都是两级压缩，以某工厂250kW无油螺杆机为例介绍无油螺杆空压机余热回收。

空气经空滤过滤后，进入第一级主机，被压缩到0.21MPa，温度达到120℃，然后进入中间冷却器，和循环冷却水进行热交换。压缩空气出中间冷却器，进入第二级主机被压缩，温度达到120℃，之后进入后冷却器，进行热交换。出后冷却器后，压缩空气温度为冷却水进水温度+10℃左右。

未进行热回收改造前，为了达到良好的冷却效果，中间冷却器和后冷器水路采用并联形式，与冷却塔直连，经冷却塔冷却后的循环冷却水分两路同时进一级冷却器和二级冷却器，两级冷却器出来的冷却水汇合后回到冷却塔。而当进行热回收改造后，将中间冷却器和后冷却器由原并联，改为串联模式，循环水先进入中间冷却器，被加热后，进入后冷却器，继续加热至65℃温度。两级冷却器由并联改为串联的原因，为了提高热回收效率，尽量增加一次水温（当一次水温和用水的二次进水温差越大时，热交换效率越高）。无油螺杆换热端原理图详见上图。

无油螺杆余热回收改造后循环冷却水为闭式循环，循环冷却水进入一级冷却器，之后进入二级冷却器，出来后通过应用板换和保护板换把热量散发出去，再回到一级冷却器。换热器1为用热换热器（应用板换），当我们需要用到热水时，从换热器1交换热量，换热器1根据用户需要可以为单个或多个，可以并联或串联。换热器2为冷却

用换热器，又名保护板换，可以单个，或多个并联。当用热系统不需要再从一次循环系统取热时，冷却塔的冷却循环水通过换热器2将热量带走，保证空压机正常运行。

无油螺杆机经余热回收改造后，由于二级冷却器循环冷却水的进水温度提高，因此空压机的排气温度也提高，排气温度约55℃，故根据后处理要求的进气温度来决定是否需要加装换热器3。

4.2无油螺杆空压机余热回收利用实例分析

以某工厂压缩空气余热回收改造为例，本次项目热回收的对象为5台250kW无油空压机。常规运行的机组数量为3台，最多运行机组数量为4台，整个系统按照运行4台机组100%负荷设计余热回收管道和换热器。

空压机冷却循环水出口安装温度调节阀，通过调节循环水量控制出水温度为65℃，空压机停机时，电动调节阀自动关闭。

热回收系统中应用板换两台，一台供锅炉给水预热，一台供洗澡水预热。每台板换的热量按运行4台空压机的热量设计。系统中保护板换两台，每台板换的热量按运行3台空压机的热量设计，并联运行。4台板换热水入口处均安装三通温度调节阀，可根据测点温度调节阀门开启度，控制测点所需的水温。

由于热回收改造后，空压机出口空气温度较高，故为每台空压机配置一台空气后冷却器，降低压缩空气的温度低于45℃。

热回收系统中仍保留原有冷却水管道。当热回收系统停止使用时，手动切换至冷却水系统。

回收热量计算：无油螺杆空压机热回收效率最高可到达75%。本项目空压机热回收效率为65%。余热用于生活洗澡用水和锅炉给水预加热。提供的热水温度为50℃，回水温度15℃。满负荷运行3台空压机时，可生产热水约12t/h，利用余热约为480KW。满负荷运行4台空压机时，可生产热水约16t/h，利用余热约为0KW。

4.3离心式空压机的余热回收利用

机械工厂遇到的离心式空压机主要有两级压缩和三级压缩两种，两种空压机余热回收原理与上述无油螺杆相同，本次以700kW三级压缩离心机为例，讲述离心机的余热回收。

空气经空滤过滤后，进入第一级主机，被压缩到0.123MPa，温度达到128℃，然后进入一级冷却器，与冷却水进行热交换。压缩空气出一级冷却器，进入第二级主机被压缩，被压缩到0.3483MPa，温度达到125℃，后进入二级冷却器，与冷却水进行热交换。压缩空气出二级冷却器，进入第三级主机被压缩，被压缩到0.8MPa，温度达到124.5℃，后进入后冷却器，与冷却水进行热交换。出冷却器后压缩空气温度为冷却水进水温度+10℃左右。

未进行热回收改造前，三级冷却器循环水进出口温度均为32℃/40℃，与冷却塔直连。当进行热回收改造时，为了提高热回收效率，尽量增加一次水温，故把后冷却器更换为高效气水换热器，换热器换热面积足够大，使得循环水出水温度最高可达到85℃。各级冷却器循环冷却水出口管路安装电动调节阀，通过调节循环冷却水水

量，保证循环冷却水出口温度85℃，三级热回收采用并联，可灵活选择进行各级热回收。

离心式空压机循环端原理同无油螺杆，不同之处，离心式空压机换热端采用并联形式，各级排气温度接近40℃～45℃，无需加装换热器3。

4.4离心式空压机余热回收利用实例分析

以某厂空压站余热回收为例。该项目热回收的对象为3台C700离心式空压机。常规运行的机组数量为2台，备用1台。

空压机各级冷却循环水出口安装电动调节阀，通过调节循环水流量控制出水温度为85℃。

热回收系统中有应用板换三台，采用串联形式，85℃循环水进第一台应有板换，供前处理工艺热水预热后温度降温70℃，与第二台应用板换空调送风机组加热段盘管预热后，温度降为55℃，供第三台应用板换供洗澡水预热后，温度降为25℃～30℃。每台板换的热量按运行2台空压机的产生的热水量设计。

热回收系统中有保护板换两台，每台板换的热量按运行2台空压机的热量设计，一用一备，并联运行。

各板换热水入口处均安装三通温度调节阀，可根据测点温度调节阀门开启度，控制测点所需的水温。

5结语

本次提供的热水温度为80℃，回水温度25℃。满负荷运行2台空压机时，可生产热水约15t/h，利用余热约为960KW。C700离心机

的在排气量为118m3/min时的输入功率为600kW，余热回收利用率达到80%。

参考文献：

[1]朱立民，闵圣恺.喷油螺杆空压机热回收节能实践[J].通用机械，2009（2）

[2]王晓露.无油螺杆空气压缩机热回收系统的研究与开发[J].通用机械，2011（9）