螺杆空压机热回收系统设计

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[摘 要]本文结合作者多年来工业厂房空压站系统的设计经验与体会，进行分析和总结，提出了空压站热回收系统设计方案。

[关键词]空压站；空压机；热回收；节能。

中图分类号：th45 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）16-0014-01

压缩空气在工厂中的应用很广泛，工厂通常都会建立空压站提供全厂气源。 空气压缩机压缩过程中只有10%-15%的输入电功率转化为有用功，而大概有85-90%的输入功转化为热能，其中有部分热能是无法回收的，如热辐射损失和气体带走的余热等。有些行业的空压站规模大，每年耗电量很大，在近年国家鼓励节能减排的形势下，空压站的节能设计也越来越被重视。

空压机的运行负荷一般较为稳定，仅与工艺需求相关，不会随着季节波动，是较为稳定的热源。下面根据不同的空压机类型，分别介绍热回收方案。

1.风冷空压机

1.1 热风回收

对于风冷空压机，可以考虑热风回收的方式。主要将由风管排出的热量在冬天的时候排入室内，由一个温控阀控制阀门开放程度调节进入室内的热风，系统成熟，风险小。

系统形式见图1：

从上图可以看出，系统构成为风管、风管开关、温度控制单元组成。

a. 风管：

风管按照空压机排风要求的横截面积及形状制作即可。

b. 风管开关

此开关通过调节旋转倾角调节进入车间空气流量，可通过伺服电机实现。

该开关在断电情况下为常闭形式（进入车间端），启动调节系统后可自动调节。

c. 温度控制单元

通过温度传感器检测车间内温度，控制开关的倾角，并且可显示温度、调节温度。

对于风冷无油螺杆空压机，可与压缩热再生吸附式干燥机联用。干燥机再生过程是利用来自空压机最后一级不经过后冷的高温压缩空气来再生干燥机内的干燥剂，以替代传统电加热器产生的热量。与普通双塔式有热再生式吸干机比，在满足相同空气品质要求下，可以最大化节省工厂电耗。见图2：

1.2 热水回收

风冷无油空压机压缩过程中产生的热量由风扇散发，可取部分热空气的方式将高温压缩空气放出进行气-水热交换，该系统设计不成熟，风险较大，因此对于风冷无油空压机一般不做热水回收。

风冷喷油空压机压缩过程中大部分热量通过油吸收，通过空压机内部风冷系统将油吸收的热量散发。因此，可以通过空压机内部的油路改造，将油的热量通过油-水热交换器进行回收，系统成熟，风险小。

系统原理见3图：

按上图所示将空压机油路系统进行改造，。

当压缩机冷态启动时，冷却油的温度较低，此时冷却油不经过板换和油冷却器直接进入压缩机，以防止冷却油温度过低在压缩机工作腔内产生冷凝水。

当压缩机运行一段时间后，温度开始升高，最高约80～90℃的高温冷却油进入热回收板换，将热回收水加热。如果冷却后的油温仍然高于40℃，则进入油冷却器由风扇冷却后再进入压缩机循环。

该系统的空压机热回收水出水温度一般可达70～80℃，可以回收约60～70%的热量。由于空压机内部油冷却器仍可通过风扇冷却，空压机热回收水进水温度并没有要求，即使进水温度高也不会影响空压机的正常运行。

2.水冷空压机

水冷空压机都采用热水回收，无油空压机和喷油空压机的热回收原理略有不同，分别介绍。

2.1 水冷喷油空压机

回收方式与风冷喷油空压机原理一样，区别只在油冷却器采用的冷却水冷却，不再赘述。

2.2 水冷无油空压机

由于无油空压机热量较大，水冷空压机可以最高回收将近空压机轴功率90%的热量。水冷无油空压机压缩过程中产生的热量由冷却水吸收，可以在现有系统上做水路的改造，将水的热量通过水-水热交换器进行回收，系统设计成熟，风险小。

无油空压机由于冷却系统同喷油有较大差异，因此空压机内部需要做较大改动。见图4：

普通水冷无油空压机的冷却水是并联连接。改造将空压机内部冷却管道由并联改为串联，分别冷却油冷却器，高压转子冷却水夹套，低压转子冷却水夹套，中间冷却器和后冷却器。主要目的是将进水通过的流程加长，可以获得更高的水温，另外改为串联比较容易控制。

水路改造完毕后，在水路出口前加一个的温控阀，温控阀通过调节阀门

开关度来调节进出的水量。

该系统的空压机热回收水出水温度可达90℃，可以回收约80～90%的热量。空压机热回收水进水温度要求小于40℃，进水温度高将会导致空压机保护跳机。

有时由于用热点负荷波动可能导致热回收水进水温度超过40℃，为了保证空压机的正常运转，还需增加一级冷却水板换，见图5：

该系统在空压机外部增加了一级冷却水板式换热器，由冷却塔冷却水或冷冻水通过换热来保证空压机的进水不超过40℃

3.结语

螺杆空压机热回收主要有热风回收和热水回收。热风回收可用于冬季房间加热或压缩热再生吸附式干燥机。热水回收可用于蒸汽锅炉的补水、生活热水、空调采暖等。

风冷或水冷喷油空压机均可做热水回收，空压机热回收水出水温度一般可达70～80℃，可以回收约60～70%的热量。由于空压机内部油冷却器可通过风扇或冷却水冷却，热回收水进水温度并没有要求，即使进水温度高也不会影响空压机的正常运行。

风冷无油空压机一般不做热水回收。水冷无油空压机热回收水出水温度可达90℃，可以回收约80～90%的热量。空压机热回收水进水温度要求小于40℃，进水温度高将会导致空压机保护跳机。为了保证空压机的正常运转，一般还需增加一级冷却水板换。

参考文献

[1] 徐树风，螺杆压缩机的能量回收，《流体机械》，2000-10。