空压机余热回收改造分析与应用

周 静 成 强

上海市质量监督检验技术研究院

空压机是能耗比较大的动力设备之一，一般空压机的输入功率除了部分变成了压缩空气的势能以外，其它也有一部分的能量以废热的形式被排放到空气中浪费掉。同时，为降低空压机的油温，还需要消耗电能开动冷却风机来降低油温，以保证空压机的正常运行。充分利用这些浪费的热能有利于节能减排，降低工厂的运营成本，同时可改善空压机的运行状态，提高产气量，节约空压机的耗电费用。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10%～35%[1]。因此，利用这一浪费的能源，已成为越来越多企业的共识。

通常安装热回收系统后，可使空压机的排气温度降低10～15℃，产气量提高4%～5%。生产同样的压缩空气，可以节约4%～5%的输入功率。 对风冷空压机可以减少风机运行时间，在提高产气量的同时因减少了风机的运行，降低了风机的电消耗。对水冷空压机可以减少冷却水用水量，减少冷却机的运行负荷，降低了冷却机的电消耗。在改善了空压机运行状况的同时，也提高了产气量所带来的节能效益，由此而产生的节碳效益是非常可观的。 通过以上分析，空压机热能利用的潜力也是相当可观的。

1 CHR空压机热能回收系统产品介绍及工作原理

1.1 产品特点介绍

空压机热能回收系统是通过空压机内部改造，增加热能回收器，将空压机运行过程中产生的大量热量，通过CHR高效热能回收器进行回收利用，将回收的热量加热水，从而用于生活、生产。该方式实现废热循环利用，有利于节能减排，保护环境，同时可降低企业消耗成本。

复盛CHR高效热能回收换热器，采用低阻力、高效率、高导热性技术设计，具有体积小、重量轻、阻力小、导热性强等特点，同时该换热器采用不锈钢板材，具有耐腐蚀、耐高温、耐高压等性能，极大地保障热能回收器效率，同时保证了空压机系统的正常稳定运行。显示部分采用高分辨率液晶屏控制器，人机界面友好，操作方便，具备虚拟化的按钮以及众多可设置和显示的参数，能够实时显示热回收系统实际运转情况。根据实际需求，可采用大尺寸的彩色液晶屏，可增加热回收系统的流程监控演示画面以及备用的手动控制按钮。

1.2 采用智能化控制

（1） 循环式控制逻辑

按下启动键，热回收机运行，空压机油温到达此设备启动温度，水泵启动，系统自动运行；空压机油温降到所设置的停止温度，水泵停止，系统处于自动待机状态，当空压机油温再次到达此设备启动温度，水泵再次启动。当循环水箱的水到达设定的上位时，供水电磁阀会自动关闭，即停止供水，达到设定的水温上限后，循环水箱的热水会自动送到用户端的保温水箱内。

风机： 油温到达设定启动值开，低于设定停机值关；过载停止风机运行。

补水阀： 水位低于低水位开或者热水泵停机状态低于中水位开，到达高水位关。

循环泵：水温低于设定值且低水位有水开，水温高或者低水位无水关；过载停止循环泵运行。

送水泵：水温高于设定值且中水位有水且储水箱未满开，到中水位无水或者储水箱满关；过载停止热水泵运行。

（2）直热式控制逻辑

按下启动键，热回收机运行，空压机油温到达此设备启动温度，水泵启动，系统自动运行；空压机油温到达此设备停止温度，水泵停止，系统自动待机，当空压机油温再次到达此设备启动温度，水泵再次启动。热回收机运行时，系统根据客户设定热回收机出水温度要求，恒定温度通过PID调节,实现出水恒温控制。

（3）智能PLC控制逻辑

满足以上热回收控制功能，可根据客户要求控制热回收与水箱或原来水路系统控制。当用户端保温水箱内的热水温度低至用户设置要求时，回水阀会自动打开，使未达到用户要求的热水继续回到热回收机加热，从而达到节约水能的效果，完全智能化。

1.3 CHR 空压机热能回收系统工作原理

CHR 空压机热能回收系统工作原理示意图如图1所示，空压机开机油气混合物进入油气桶，油气桶油气分离后润滑油由于温度低直接回到主机。当空压机油温升高，温控阀打开，热油进入热回收机，经过热量回收后，油出来经过第二个温控阀到主机。当热回收机热水达到设定温度，出油温升高，第二个温控阀打开，热油进入空压机原来冷却器冷却，经过冷却后到主机。当热回收机检测到油温达到设定温度，热回收机水泵工作，冷水进入热回收机，通过冷热交换，热水从热回收机出来，进入循环水箱。

图1 CHR 空压机热能回收系统工作原理示意图

2 CHR空压机热能回收系统节能效果分析

2.1 CHR 空压机热能回收系统热回收效率

CHR热能回收器，具有高效的回收效率，由于油管、油气桶未经保温处理，它们会将5%左右的热能散发到周围环境。对于油气余热双回收型热能回收器，实际能达到的热回收效率为空压机有效功率的95%。对于单油型余热回收器，实际能达到的热回收效率为空压机有效功率的73%见图2，余热回收系统运行过程中只需要控制用电，因此不需要任何费用，并且还可提高空压机的运行效率，节省空压机冷却风扇用电。

图2 CHR热能回收器热回收效率

2.2 CHR 空压机热能回收系统节能效果分析

（1）空压机热回收器与其他加热方式性能比较分析

以在相同条件下对1 000 kg生活用水进行加热（温升40℃）作为比较，对各种加热方式进行性能比较分析见表1。能源价格按：民用电费：0.67元/kWh，商用平均电费：0.80元/kWh，柴油：6.00元/L，天然气：3.6元/m3。设在相同条件下对1 000 kg生活用水进行加热，水温从15℃升至55℃，升高40℃。加热热水所需热量：1 000 kg×40℃×1 Kcal/kg·℃=40 000 Kcal

从表1可以看出：空压机热能回收器相对于太阳能热水器、热泵热水器有投资低、无运行费用、不受天气影响的优势；相对于燃油锅炉，更有环保、安全可靠的优势。因此，空压机热能回收器不仅能够节能减排、保护环境，更能够为企业带来可观的经济效益。

由于采用了复盛公司余热回收换热器高效、低阻技术，安装余热回收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，极大的保障了空压机的安全运行。当空压机运行时，热能回收器自动运行。当空压机停止运行时，热能回收器也停止运行。

（2）空压机热回收器节能经济效益分析

我们对客户现场2台55 kW的空压机进行了调研和分析，目前现场用2台SA55 A复盛微油螺杆机空压机提供系统供气，需求是通过空压机热能回收产生热水，全天24小时满足员工生活用水需求；还可以为工厂办公室取暖，减少燃气锅炉加热时间，减少使用费用，降低企业生产成本，同时达到企业节能减排任务。

如果客户现场采用天然气锅炉加热方式为工厂办公室取暖及员工生活提供热水，1 t水加热温升40℃需要5.68 m³天然气，毎立方天然气8 000 Kcal热量，1 t水温升1℃需要1 000 Kcal，温升60 ℃，需要60 000 Kcal。根据计算：假如某公司员工洗澡每天需要热水30 t左右，按照常温水5 ℃加温到65℃，温升60℃，使用天然气加热1 t水温升60℃需要7.5 m³天然气，目前，工业用天然气价格为3.6元/ m³；每天耗气量为：30 t×7.5×3.6=540元/d，燃气费用810元/d，平均每月约用气费用20250元/月。全年300天使用天然气费用24.3万元/a，冬季还会增加。这只是员工生活用水费用。

按照空压机的运行情况，配置热能回收的热机利用效率在通常85%左右，我们估计效率保守为73%，每天合计运行110 kW（2台55 kW）,平均加载95%计算。

表1 加热1 000 kg水费用对比（温升40℃）

预期效益计算如下，CHR热回收空压机2台回收量，加载比率平均95%，进水温度5℃，出水65℃，温升60℃。

每天可利用功率为：110×95%×73%×24×0.95（电机效率）×0.9（电机功率因数）×1.15（电机服务系数）=1 800.17 kWh

每天可回收热能利用量：

1 800.17 kW×860 Kcal/kW=154.82万Kcal

154.82 万Kcal÷8 000 Kcal/ m³×300 d×3.6元

=193.525 m³×300 d×3.6元

=58 057.5 m³×3.6元=209007元/a，每年节省天然气58057.5m³，节省天然气20.9万元。

根据运行状况，每年可回收利用功率540000kW， 节省电费37.8万元。

该项目投资约10万元，建设期30 d，运行6个月即可收回全部成本，每年可为客户节省天然气成本约20.9万元。如果改用电加热用水，每年可节省电费37.8万元。详见表2。

3 结语

空压机系统存在的大量电能转化为热量，从而造成能源浪费现象，通过对空压机余热回收系统将原有空压机压缩系统进行改造，不仅可以充分利用废热，而且降低了其他燃料的消耗，保护了环境，实现了节能的目标，带来了良好的经济效益和社会环境效益，在目前乃至未来都有着良好的市场前景。

表2 空压机余热回收计算书

[1] 赵新红.浅谈几种典型空压机的余热回收[J].上海节能，2013.8：31-36.