空压机余热利用及节能效益分析

朱佳伟

（上海安悦节能技术有限公司，上海 200083）

空压机余热利用及节能效益分析

朱佳伟

（上海安悦节能技术有限公司，上海 200083）

空压机余热回收是指一项新型高效的余热利用回收技术，依靠吸收空压机运行时产生的废热使水加热，再将加热的水用于员工的生活、工业用所需，没有太大的能源消耗。作为一种新型高效的余热利用技术，可以为企业节省能源的消耗，从而节省大量的成本。

余热回收；零风险节能；合同管理模式

CLC NO.: YK1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

引言

太阳能热水器是部分有节能意识的工厂首选的制取热水方式，可太阳能热水器受天气的局限性太大，在阳光条件达不到的情况下，电力加热冷水带来的能耗相当巨大。该厂使用太阳能热水器以及电辅助加热形式，电加热不仅使用成本高，不环保节能，还存在大量的安全隐患。

1、项目背景

公司有两个15吨水箱为员工提供洗浴用水，每年制取洗浴热水的耗电量为48.96万k·Wh。上海安悦节能技术有限公司在实地考察中发现，距离公司水箱约180米处便是空压机房，空压站房内共有五台200kW的阿特拉斯水冷螺杆式空压机并且有三台空压机24小时不间断运行。空气压缩机在其长期、连续的运行过程中，空压机在工作时产生大量热能，最后以风冷或水冷的形式将废热奢侈的浪费到环境中。 空气压缩机产生热能，不仅营运成本高，而且环境污染极为严重，如将该部分热能回收利用于企业生活采暖、工业用水、热水空调等。据统计，空压机在运行时只能将15%的电能转化为空气势能为生产所有，其余85%的电能都转化为热能，其中3%-5%的电能通过电机机壳及空压机机壳散失掉，另外80%-82%的电能通过空压机冷却系统散失。若将空压机在运行时所散发的废热能有效利用起来，对耀皮玻璃公司减少用电投入将具有明显效果。空压机余热利用，最大限度的节能源，节省制热水的不必要的费用。投入成本低，综合回收率高，安全可靠，经济效益好。

2、空压机原理

根据耀皮玻璃公司的情况，安悦节能决定对两台空压机进行改造，利用空压机余热回收配合原有太阳能系统制取洗浴热水。经空压机余热回收装置将冷水加热至设定温度60℃并送至保温水箱。

螺杆式空压机的工作原理是由一对相互平行啮合的阴阳转子(或称螺杆)在气缸内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，空气则沿着转子轴线由吸入侧输送至输出侧，从而实现空压机的吸气、压缩和排气的全过程。螺杆空气压缩机在长期连续的运行过程中，把电能转换为机械能，机械能转换为风能，在机械能转换为风能过程中，空气得到强烈的高压压缩，使之温度骤升，这是普通物理学机械能量转换现象，机械螺杆的高速旋转，同时也摩擦发热，这些产生的高热由空压机润滑油的加入混合成油、气蒸汽排出机体，温度通常在80℃（冬季）—100℃（夏秋季）。由于机器运行温度的要求，这些热能通过空压机的散热系统作为废热排往大气中。

螺杆空压机节能系统就是利用热能转换原理，把空压机的高温润滑油与冷水换热，将热量回收转换到水里，水吸收了热量后，将空压机的高温润滑油冷却。

在对空压机进行余热回收改造后，明显改善空压机运行工况，使空压机温度降低8～10℃，有效延长润滑寿命。螺杆式空压机的产气量会随着机组运行温度的升高而降低。在实际运行中，空压机的机械效率不会稳定在80℃标定的产气量上工作。温度每升高1℃，产气量就会下降0.5%，温度升高10℃，产气量就会下降5%。一般空压机都在88-96℃运行，其降幅都在4%-8%，夏天更甚。对空压机进行余热回收改造后，可以使空压机油温控制在80-86℃之间，可提高产气量8%-10%，大大提高了空压机的运行效率。

空压机余热回收系统与空压机冷却系统是两套完全独立的系统。使用者无须担心空压机余热回收系统影响空压机的运行。两套系统的切换自动控制，在空压系统可自动切换至余热回收系统。

空压机余热回收系统为全自动控制系统，无需人为操作，控制系统会根据温度、水位的情况做出判断，自行决定换热方式。该厂每天洗浴人数约为300人共分两个班次，每天的洗浴用水需求约为30吨（60℃）。根据实际用热需求，对其中的2台空压机进行余热回收改造，将空压机运行时所散发的废热回收用于加热洗浴热水。对两台200kW的空压机进行余热回收改造，每小时可以回收热量约为18万大卡，春夏秋季每小时可制取60℃热水3.6吨，冬季每小时可制60摄氏度热水约为3吨。故在太阳能系统无法工作时，空压机余热回收系统单独运行8-10小时即可满足整个工厂浴室洗浴要求。根据实际考察，空压机余热回收系统及太阳能系统共同工作时，每天工作约6个小时即可满足整个工厂洗浴要求。

3、空压机余热利用设计方案

3.1 工程概述

本项目对空压机站房2台200kW压机进行余热回收改造，加热职工洗浴热水。最终达到利用余热不浪费，合理节约经济。按照循环水温度最终达到60℃考虑，热水管道设计温度为80℃。

3.2 工程综合方案制定

我们设计方案的系统原理如下：

（1）当2台空压机中有任何一台运行及水箱水温、水位都未达到设定值时，循环水泵开启。

（2）前置水箱补水由浮球控制，当后置水箱开始往浴室送水时，通过连通管由前置水箱往后置水箱送热水。

（3）前置水箱通过浮球补冷水（洗浴时间内不补水）。

（4）当两个水箱水温都达到设定值（60℃可调）、液位达到设定液位时，一、二次侧循环水泵关闭，连通管循环泵关闭。

（5）检测两个水箱供回水温度，当供水温度低于设定值时，电加热开启。（原系统已设定此控制策略）。

（6）当检测到水箱水温低于设定值时，同时开启空压机能量回收装置循环水泵及太阳能系统循环水泵。

流程图，如图所示：

根据该厂的空压机使用情况，我们根据空压机所在位置以及对余热回收后产生的保温水箱所处的位置进行了制图规划。如下图：

根据该公司的空压机放置位置以及保温水箱距离用源的位置一系列因素等等考虑后，我们画出了空压机余热回收改造的图，如下图。

4、使用效果

2012年12月空压机余热回收系统正式投入运行，根据实际电表测量，全年的用电量为3.26万千瓦时，较2012年全年用电量48.96万千瓦时，共节约用电45.7万千瓦时，折合标准煤为137吨，节能率高达93.3%。在空压机余热回收系统投入运行之后，业主将原电加热系统拆除。在节约用电的同时，增加了用水的安全性。

5、电加热与空压机余热回收的对比

5.1 电加热成本

用电加热一吨洗澡水（40摄氏度左右），利用公式Q=C*M*T，1吨水温升高一度，需要能量Q＝4200×1000× 1＝4,200,000焦耳，损耗设为：15%，则需要能量，Q1＝4200000/0.85=4,940,000焦耳，1度电＝3600000焦耳，1吨水每升高1度，需要耗电1.37度，电费平时0.93元/度，即1吨水每升高1度花费1.27元，假设原来水温15℃，则需要25×1.27＝31.75元。

而每天利用余热可以烧开24顿的水，则一年的费用为31.75×24×365=278130元，而且这仅仅是理论上的数值。

从成本的角度来做对比，余热回收利用的经济效益远远大于电加热水的经济效益，并且余热回收利用更加环保。

5.2 电加热安全性能

一般都装有各种的温度控制器或热保护器。这种配件可以使被加热的水在测试点温度达到设定值后暂时断开电路，停止加热。但当被测点水温降到一定值后，该器件又会自动闭合，若此时没有关掉电源，电加热器又将重新工作。许多电加热器生产厂家把带有这种温控器的产品在空气中长期通电演示，以证明自己的产品能“防干烧”。其实，这种所谓的防干烧宣传，如果不是厂家故意误导，就是产品制造者存在这一概念上的误区。事实上，这种演示的本身非但没有说明其产品能“防干烧”，相反却证明了在没有水的情况下这种产品在不停地一次又一次干烧。甚至电加热器的元件老化等等很容易出现线路故障引发安全隐患的问题，同样的，突然断电也会是元件损伤然后引发安全隐患。并且电加热器要经常维护维修，来维持其安全性能。而空压机余热利用技术就不存在这样的问题，更安全经济。

6、经济效益

值得一提的是，项目采用了节能效益分享型合同能源管理模式。耀皮玻璃公司无需投入任何资金，前期工程全部由安悦节能公司投资建设，耀皮玻璃公司只需在项目完成后，每季度根据照节约费用按照比例支付给安悦节能一定金额，就能零风险享受节能效果。并且，在一段时间后，设备的所有权也会完全转交给耀皮玻璃公司。

本项目于2014年申请通过上海市合同能源财政奖励。

2013 年实际分享节能量：

1季度 2季度 3季度 4季度 合计分享量 186771 99091 19336.8 151636.2 456835

上海安悦节能技术有限公司2013年实际分享节能量为456835kWh，折合137 tce。

下表是经济收益表。

从图上可以清楚的看出仅仅一年就节省了90万元的经济，比预期的收益还要高出许多。

7、结论

空压机在工作时产生大量的余热，以往都被散热器和散热风扇排往空气中没有利用此热能，反而造成运营成本高和环境污染，现空压机热能转换机将余热回收利用于加热，成为企业：工业用水、恒温用水、锅炉预热水、员工冲凉用水、热水空调等从而解决了企业为使用热水的长期经济负担。

相比较电加热的诸多不安全因素,空压机预热回收利用则不会因为断电、元件老化以及其它各种人为的因素而造成安全事故。能更加安全合理高效的使企业空压机多余的热回收利用，从安全性能方面更显得突出和具有优势。

并且它有简单、可靠、安全、维护少的特性。空压机安装余热回收热水系统后，空压机控制系统不变，工作性能不变，操作维修方式不变。余热回收系统如有任何故障，甚至余热回收系统停水、停用时，原空压机系统都可以照常运行。

全年的用电量为3.26万千瓦时，较2012年全年用电量48.96万千瓦时，共节约用电45.7万千瓦时，折合标准煤为137吨，节能率高达93.3%，使得运行费用减少，缓解了电网的压力，同时取的良好的社会效应和经济效应。

从上述的空压机余热回收和电加热的对比得出，从节能环保，具体的实行后的经济效益，安全性能等方面证明了空压机余热回收技术的合理和先进性，是一个良好的选择。

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Air compressor waste heat utilization and energy efficiency analysis

Zhu Jiawei
（Shanghai Anyoee Energy Saving Technology Co., Ltd., Shanghai 200083）

Air compressor waste heat recovery means a new and efficient use of waste heat recovery technology, relying on waste heat absorbing air compressor running water heating, then heated water for the staff of life, with the required industry, there is not much energy consumption. As a new and efficient waste heat recovery technology that can save energy consumption for the enterprise, thus saving a lot of cost.

Waste Heat Recovery; Zero risk saving; Contract management

TK1

A

1671-7988(2015)03--

朱佳伟，就职于上海安悦节能技术有限公司。