1、引言
【壓縮機網(wǎng)】由于空氣具有可壓縮性、清晰透明、輸送方便、不凝結、沒(méi)有特殊的有害性能以及取之不盡的特點(diǎn)，同時(shí)使用壓縮空氣比采用蒸汽和電力顯得更為方便和安全，使得很多工業(yè)部門(mén)選擇壓縮空氣作為主要動(dòng)力源，因此壓縮空氣成為僅次于電力的第二大動(dòng)力能源。壓縮空氣應用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機械、輕工、紡織、汽車(chē)制造、電子、食品、醫藥、生化、國防、科研等行業(yè)和部門(mén)。
根據美國能源署統計，壓縮機在運行時(shí)，真正用于增加空氣勢能所消耗的電能，在空壓機總耗電量中只占很小的一部分約為15%，大約85%的電能轉化為熱量，通過(guò)風(fēng)冷或者水冷的方式排放到空氣中。這些“多余”熱量被排放到空氣中，既影響了環(huán)境，加劇大氣“溫室效應”，制造了“熱”污染，同時(shí)這些熱量被白白浪費，而這些損失的熱量中有80%是可以被回收利用的，折合壓縮機的軸功率約為60-70%。
空壓機余熱是空壓機在生產(chǎn)高壓空氣過(guò)程中隨之產(chǎn)生的多余熱量?？諝鈮嚎s機是將原動(dòng)機（通常是電動(dòng)機）的機械能轉換成氣體壓力能的裝置。在機械能轉換為氣體壓力能過(guò)程中，空氣受到強烈的高壓壓縮，空氣分子的勢能的轉化將產(chǎn)生大量的熱能，使得溫度驟升，同時(shí)空壓機機械部件高速運轉也會(huì )產(chǎn)生大量的摩擦熱。這些高溫熱量由空壓機潤滑油混合成的油氣、蒸汽攜帶排出機體。
這些熱量若不能按要求及時(shí)轉移出去，會(huì )使空壓機運行溫度升高，導致潤滑油氧化，潤滑性能降低．出風(fēng)量下降，功率消耗增大，最終可能導致空壓機損壞。同時(shí)壓縮空氣排氣溫度過(guò)高、還會(huì )影響壓縮空氣品質(zhì)，增加后處理設備工作負荷。目前空壓機普遍采用風(fēng)冷或水冷方式進(jìn)行快速冷卻，將這些低品質(zhì)熱量排放到大氣中，以滿(mǎn)足空壓機正常工作的溫度要求。
因此合理、有效、充分的利用空壓機余熱是十分有必要的。
2、回收空壓機余熱的主要方式
2.1 壓縮熱再生式吸干機
壓縮熱再生吸附式干燥機主要的工作原理就是利用氣體被壓縮產(chǎn)生的熱量，減少離心式空壓機第三級冷卻器，使得壓縮機出口的高溫氣體高達120℃以上，從而滿(mǎn)足TSA（變溫吸附）所需要的高溫再生環(huán)境和干燥塔中高溫飽和、吸水能力及強的再生氣體的要求。根據變溫吸附原理，利用高效吸附劑，根據毛細作用吸附空氣中的汽態(tài)微粒，以達到凈化壓縮空氣的目的，同時(shí)通過(guò)加熱來(lái)脫去吸附劑所吸附的水份。由于利用空壓機高溫排氣的熱量直接加熱再生干燥劑，取消了為再生干燥劑的電加熱器，同時(shí)由于加熱時(shí)再生時(shí)氣耗小，最大程度的節約了能量。
采用吸附式干燥機可使空氣壓力露點(diǎn)達到-40℃。無(wú)熱吸附式干燥機完全依靠壓縮空氣的反吹再生吸附劑，平均再生耗氣≤15%，微熱吸附式干燥機采用電加熱氣加熱氣體至高溫，對吸附劑進(jìn)行再生，平均再生耗氣≤8%；壓縮熱再生吸附式干燥機利用空壓機提供的高溫氣體對吸附劑進(jìn)行再生，平均再生耗氣≤1.5%，對于MD干燥機的再生耗氣量可以降低至0。
現將壓縮熱再生吸附式干燥機與無(wú)熱吸附式干燥機、微熱吸附式干燥機運行費用進(jìn)行比較如下（均按照處理流量100Nm3/min， 1年8000小時(shí)計算）：
由上表進(jìn)行無(wú)熱吸附式干燥機、微熱吸附式干燥機及壓縮熱再生吸附式干燥機對比，從運行所消耗的電能及運行費用可看出，壓縮熱再生式干燥機較其它耗能和運行費用較低。僅運行費用，壓縮熱再生吸附式干燥機比微熱吸附式干燥機每年可減少90%，購買(mǎi)壓縮熱再生吸附式干燥機的價(jià)格約為48萬(wàn)元，購買(mǎi)微熱吸附式干燥機的價(jià)格約為20萬(wàn)元，價(jià)格差為28萬(wàn)元，年運行和維護費用基本一致，從運行費用來(lái)看僅運行0.5年即可收回。
2.2 螺桿式空壓機熱能回收系統
螺桿壓縮機由于本身的設計結構和工作原理決定，它的絕熱效率在0.65-0.85之間。低壓力比、大中容積流量壓縮機為0.75-0.85，高壓力比、小容積流量比壓縮機為0.65-0.75。對于空氣壓縮機，供油溫度一般在50-60℃，實(shí)際運行時(shí)的排氣溫度往往在80-90度之間，高的排氣溫度會(huì )導致更多的滑潤油處于氣相，增加油氣分離的難度，降低潤滑油的使用壽命等。針對螺桿式空壓機可采用安裝空壓機熱能回收系統。
螺桿式空壓機是通過(guò)電動(dòng)機帶動(dòng)螺桿機旋轉，空氣經(jīng)過(guò)濾器，被吸入螺桿壓縮機中壓縮成高壓空氣，并與循環(huán)油混合形成高壓高溫油氣混合氣體，進(jìn)入油氣分離器。油氣混合氣被分離成油氣和空氣后，其中的壓縮空氣經(jīng)后冷卻器散熱后供給用戶(hù)；而循環(huán)油氣在油氣分離器中被分離，凝結成液態(tài)后，再經(jīng)前冷卻器散熱及過(guò)濾器過(guò)濾，回到壓縮機，完成一個(gè)循環(huán)過(guò)程?？諌簷C熱能回收系統即熱能熱水機組，將高溫循環(huán)油（和高溫壓縮氣體）引入熱能熱水機組內，是通過(guò)熱交換將空壓機運行過(guò)程中所產(chǎn)生的熱能傳遞給常溫水，對壓縮機循環(huán)油冷卻降溫，同時(shí)實(shí)現熱能回收。
空壓機熱能回收系統包括兩部分即空壓機內部的油路改造和外部加裝熱交換器?？諌簷C在運轉時(shí)通過(guò)熱能回收系統回收熱量，通過(guò)循環(huán)泵把熱水循環(huán)至保溫水箱，待需要熱水時(shí)通過(guò)熱水泵從水箱供應熱水。通過(guò)空壓機內部的改造，利用熱能交換設備，可以大量回收空壓機運行過(guò)程中產(chǎn)生的多余熱能，同時(shí)保證正常工作油溫，不影響空壓機的正常工作。
2.3 水源熱泵
對于大于250kW的空壓機需采用循環(huán)水進(jìn)行降溫冷卻，此時(shí)若循環(huán)水量較大可考慮采用水源熱泵來(lái)提取循環(huán)水中的低品質(zhì)熱量。
熱泵技術(shù)其基本原理是基于逆卡諾循環(huán)進(jìn)行能量轉移：通過(guò)消耗一定的輔助能量(如電能、蒸汽、天然氣等)驅動(dòng)壓縮機，使制冷劑在換熱系統內循環(huán)，達到從低溫熱源吸收熱量，向高溫熱源釋放熱量的目的。熱泵系統主要由吸熱盤(pán)管(俗稱(chēng)蒸發(fā)器)、壓縮機、散熱盤(pán)管等部件組成。壓縮機運行作功消耗了部分能量，使不斷循環(huán)的制冷劑在低溫端和高溫端產(chǎn)生不同的變化狀態(tài)和不同的效果，即蒸發(fā)吸熱和冷凝放熱。該系統達到了一機兩用的目的。當循環(huán)的目的是給高溫熱源供應熱量時(shí)，可用作供熱采暖設備；若為了從低溫熱源取走熱量時(shí)，又可用作制冷降溫設備。通常熱泵每消耗1個(gè)單位的能量，用戶(hù)可以得到3.5個(gè)單位以上的熱量或冷量，能效比較高。
3、回收的空壓機余熱的利用
通過(guò)空壓機熱能回收系統和水源熱泵所回收的熱能可用于生產(chǎn)和生活用熱需求的諸多方面。
3.1 鍋爐補水預熱。大多數的行業(yè)和企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì )用到鍋爐，利用回收的空壓機余熱，可將鍋爐補給水在進(jìn)入鍋爐之前由較低的溫度先一步提升，再由鍋爐加熱到設定溫度。這樣可以大大降低鍋爐使用過(guò)程中的燃料成本。
3.2 反滲透純水制取用熱（RO）。食品飲料、半導體和醫藥化學(xué)等行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，往往用到大量的反滲透純水。純水需要在25℃的特定溫度下制取，當春季、秋季和冬季水的溫度低于25℃時(shí)，必須投入設備、消耗燃料為水升溫?；厥湛諌簷C的余熱用來(lái)生產(chǎn)純水，不但可以減少燃料的消耗，甚至可以減少加熱設備的投入成本。
3.3 采暖用熱。很多地區冬季需要采暖供熱，而這部分熱量往往是利用鍋爐加熱提供的?，F回收空壓機的余熱用于采暖，不但節省了能源的消耗，還可以減少鍋爐的裝機容量，進(jìn)一步降低設備上的投資。
3.4 類(lèi)采暖用熱。裝配業(yè)的涂裝車(chē)間、油漆噴刷車(chē)間等為了提高生產(chǎn)效率，往往需要供暖風(fēng)，保證烘干室溫度，加快油漆干燥。
3.5 洗浴用熱水和移動(dòng)供應熱水。如生產(chǎn)車(chē)間按照企業(yè)環(huán)境衛生要求需滿(mǎn)足職工洗浴需要，回收空壓機的余熱加熱熱水，用于洗浴等。
4、空壓機余熱回收利用的意義
通過(guò)對空壓機余熱回收裝置或水源熱泵的利用，可使空壓機油溫降低，不易變質(zhì)，潤滑良好，設備磨損減小，延長(cháng)空壓機壽命；空壓機機油降溫，使粘度升高，密封性好，吸氣力大，泄漏減少，提高產(chǎn)氣率；空壓機溫度不高，可連續滿(mǎn)負載，減少輕載機開(kāi)機次數達≥25%；空壓機房運行中降至環(huán)境溫度，可停開(kāi)機上散熱風(fēng)扇和機房排風(fēng)扇；后處理設備處理負荷降低20%，提高處理效果；空壓機余熱全部用于制造熱水，就無(wú)廢熱氣排放，大大減少制備熱水能源消耗。
通過(guò)空壓機余熱的利用可以保證空壓機的冷卻效果，改善空壓機的工作性能；充分利用這部分被排放熱量，到其他需要加熱的地方，可以大大降低原來(lái)工藝所需的燃料消耗，減少有害氣體和CO2的排放，可以取得節能減排效果。
5、結論
通過(guò)以上分析，從節約資源、可持續發(fā)展的角度來(lái)看，采用壓縮熱的后處理設備和利用某些專(zhuān)用設備把空壓機產(chǎn)生的廢熱轉移利用，既能解決空壓機組的冷卻問(wèn)題，又最大限度地利用了能量，具有重大的經(jīng)濟效益和社會(huì )意義。
參考文獻
1、《壓縮空氣站設計規范》GB50029-2003
2、《干燥裝置設計手冊》化學(xué)工業(yè)出版社
3、《壓縮空氣站設計手冊》機械工業(yè)出版社
4、《工程熱力學(xué)》高等教育出版社
作者簡(jiǎn)介
任淑娟，女，1976年，工程師，熱能動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域，主要從事動(dòng)力管道動(dòng)力設備新建項目、更新、節能改造等技術(shù)方案設計和方案論證等。
【壓縮機網(wǎng)】由于空氣具有可壓縮性、清晰透明、輸送方便、不凝結、沒(méi)有特殊的有害性能以及取之不盡的特點(diǎn)，同時(shí)使用壓縮空氣比采用蒸汽和電力顯得更為方便和安全，使得很多工業(yè)部門(mén)選擇壓縮空氣作為主要動(dòng)力源，因此壓縮空氣成為僅次于電力的第二大動(dòng)力能源。壓縮空氣應用范圍遍及石油、化工、冶金、電力、機械、輕工、紡織、汽車(chē)制造、電子、食品、醫藥、生化、國防、科研等行業(yè)和部門(mén)。
根據美國能源署統計，壓縮機在運行時(shí)，真正用于增加空氣勢能所消耗的電能，在空壓機總耗電量中只占很小的一部分約為15%，大約85%的電能轉化為熱量，通過(guò)風(fēng)冷或者水冷的方式排放到空氣中。這些“多余”熱量被排放到空氣中，既影響了環(huán)境，加劇大氣“溫室效應”，制造了“熱”污染，同時(shí)這些熱量被白白浪費，而這些損失的熱量中有80%是可以被回收利用的，折合壓縮機的軸功率約為60-70%。
空壓機余熱是空壓機在生產(chǎn)高壓空氣過(guò)程中隨之產(chǎn)生的多余熱量?？諝鈮嚎s機是將原動(dòng)機（通常是電動(dòng)機）的機械能轉換成氣體壓力能的裝置。在機械能轉換為氣體壓力能過(guò)程中，空氣受到強烈的高壓壓縮，空氣分子的勢能的轉化將產(chǎn)生大量的熱能，使得溫度驟升，同時(shí)空壓機機械部件高速運轉也會(huì )產(chǎn)生大量的摩擦熱。這些高溫熱量由空壓機潤滑油混合成的油氣、蒸汽攜帶排出機體。
這些熱量若不能按要求及時(shí)轉移出去，會(huì )使空壓機運行溫度升高，導致潤滑油氧化，潤滑性能降低．出風(fēng)量下降，功率消耗增大，最終可能導致空壓機損壞。同時(shí)壓縮空氣排氣溫度過(guò)高、還會(huì )影響壓縮空氣品質(zhì)，增加后處理設備工作負荷。目前空壓機普遍采用風(fēng)冷或水冷方式進(jìn)行快速冷卻，將這些低品質(zhì)熱量排放到大氣中，以滿(mǎn)足空壓機正常工作的溫度要求。
因此合理、有效、充分的利用空壓機余熱是十分有必要的。
2、回收空壓機余熱的主要方式
2.1 壓縮熱再生式吸干機
壓縮熱再生吸附式干燥機主要的工作原理就是利用氣體被壓縮產(chǎn)生的熱量，減少離心式空壓機第三級冷卻器，使得壓縮機出口的高溫氣體高達120℃以上，從而滿(mǎn)足TSA（變溫吸附）所需要的高溫再生環(huán)境和干燥塔中高溫飽和、吸水能力及強的再生氣體的要求。根據變溫吸附原理，利用高效吸附劑，根據毛細作用吸附空氣中的汽態(tài)微粒，以達到凈化壓縮空氣的目的，同時(shí)通過(guò)加熱來(lái)脫去吸附劑所吸附的水份。由于利用空壓機高溫排氣的熱量直接加熱再生干燥劑，取消了為再生干燥劑的電加熱器，同時(shí)由于加熱時(shí)再生時(shí)氣耗小，最大程度的節約了能量。
采用吸附式干燥機可使空氣壓力露點(diǎn)達到-40℃。無(wú)熱吸附式干燥機完全依靠壓縮空氣的反吹再生吸附劑，平均再生耗氣≤15%，微熱吸附式干燥機采用電加熱氣加熱氣體至高溫，對吸附劑進(jìn)行再生，平均再生耗氣≤8%；壓縮熱再生吸附式干燥機利用空壓機提供的高溫氣體對吸附劑進(jìn)行再生，平均再生耗氣≤1.5%，對于MD干燥機的再生耗氣量可以降低至0。
現將壓縮熱再生吸附式干燥機與無(wú)熱吸附式干燥機、微熱吸附式干燥機運行費用進(jìn)行比較如下（均按照處理流量100Nm3/min， 1年8000小時(shí)計算）：
由上表進(jìn)行無(wú)熱吸附式干燥機、微熱吸附式干燥機及壓縮熱再生吸附式干燥機對比，從運行所消耗的電能及運行費用可看出，壓縮熱再生式干燥機較其它耗能和運行費用較低。僅運行費用，壓縮熱再生吸附式干燥機比微熱吸附式干燥機每年可減少90%，購買(mǎi)壓縮熱再生吸附式干燥機的價(jià)格約為48萬(wàn)元，購買(mǎi)微熱吸附式干燥機的價(jià)格約為20萬(wàn)元，價(jià)格差為28萬(wàn)元，年運行和維護費用基本一致，從運行費用來(lái)看僅運行0.5年即可收回。
2.2 螺桿式空壓機熱能回收系統
螺桿壓縮機由于本身的設計結構和工作原理決定，它的絕熱效率在0.65-0.85之間。低壓力比、大中容積流量壓縮機為0.75-0.85，高壓力比、小容積流量比壓縮機為0.65-0.75。對于空氣壓縮機，供油溫度一般在50-60℃，實(shí)際運行時(shí)的排氣溫度往往在80-90度之間，高的排氣溫度會(huì )導致更多的滑潤油處于氣相，增加油氣分離的難度，降低潤滑油的使用壽命等。針對螺桿式空壓機可采用安裝空壓機熱能回收系統。
螺桿式空壓機是通過(guò)電動(dòng)機帶動(dòng)螺桿機旋轉，空氣經(jīng)過(guò)濾器，被吸入螺桿壓縮機中壓縮成高壓空氣，并與循環(huán)油混合形成高壓高溫油氣混合氣體，進(jìn)入油氣分離器。油氣混合氣被分離成油氣和空氣后，其中的壓縮空氣經(jīng)后冷卻器散熱后供給用戶(hù)；而循環(huán)油氣在油氣分離器中被分離，凝結成液態(tài)后，再經(jīng)前冷卻器散熱及過(guò)濾器過(guò)濾，回到壓縮機，完成一個(gè)循環(huán)過(guò)程?？諌簷C熱能回收系統即熱能熱水機組，將高溫循環(huán)油（和高溫壓縮氣體）引入熱能熱水機組內，是通過(guò)熱交換將空壓機運行過(guò)程中所產(chǎn)生的熱能傳遞給常溫水，對壓縮機循環(huán)油冷卻降溫，同時(shí)實(shí)現熱能回收。
空壓機熱能回收系統包括兩部分即空壓機內部的油路改造和外部加裝熱交換器?？諌簷C在運轉時(shí)通過(guò)熱能回收系統回收熱量，通過(guò)循環(huán)泵把熱水循環(huán)至保溫水箱，待需要熱水時(shí)通過(guò)熱水泵從水箱供應熱水。通過(guò)空壓機內部的改造，利用熱能交換設備，可以大量回收空壓機運行過(guò)程中產(chǎn)生的多余熱能，同時(shí)保證正常工作油溫，不影響空壓機的正常工作。
2.3 水源熱泵
對于大于250kW的空壓機需采用循環(huán)水進(jìn)行降溫冷卻，此時(shí)若循環(huán)水量較大可考慮采用水源熱泵來(lái)提取循環(huán)水中的低品質(zhì)熱量。
熱泵技術(shù)其基本原理是基于逆卡諾循環(huán)進(jìn)行能量轉移：通過(guò)消耗一定的輔助能量(如電能、蒸汽、天然氣等)驅動(dòng)壓縮機，使制冷劑在換熱系統內循環(huán)，達到從低溫熱源吸收熱量，向高溫熱源釋放熱量的目的。熱泵系統主要由吸熱盤(pán)管(俗稱(chēng)蒸發(fā)器)、壓縮機、散熱盤(pán)管等部件組成。壓縮機運行作功消耗了部分能量，使不斷循環(huán)的制冷劑在低溫端和高溫端產(chǎn)生不同的變化狀態(tài)和不同的效果，即蒸發(fā)吸熱和冷凝放熱。該系統達到了一機兩用的目的。當循環(huán)的目的是給高溫熱源供應熱量時(shí)，可用作供熱采暖設備；若為了從低溫熱源取走熱量時(shí)，又可用作制冷降溫設備。通常熱泵每消耗1個(gè)單位的能量，用戶(hù)可以得到3.5個(gè)單位以上的熱量或冷量，能效比較高。
3、回收的空壓機余熱的利用
通過(guò)空壓機熱能回收系統和水源熱泵所回收的熱能可用于生產(chǎn)和生活用熱需求的諸多方面。
3.1 鍋爐補水預熱。大多數的行業(yè)和企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中都會(huì )用到鍋爐，利用回收的空壓機余熱，可將鍋爐補給水在進(jìn)入鍋爐之前由較低的溫度先一步提升，再由鍋爐加熱到設定溫度。這樣可以大大降低鍋爐使用過(guò)程中的燃料成本。
3.2 反滲透純水制取用熱（RO）。食品飲料、半導體和醫藥化學(xué)等行業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中，往往用到大量的反滲透純水。純水需要在25℃的特定溫度下制取，當春季、秋季和冬季水的溫度低于25℃時(shí)，必須投入設備、消耗燃料為水升溫?；厥湛諌簷C的余熱用來(lái)生產(chǎn)純水，不但可以減少燃料的消耗，甚至可以減少加熱設備的投入成本。
3.3 采暖用熱。很多地區冬季需要采暖供熱，而這部分熱量往往是利用鍋爐加熱提供的?，F回收空壓機的余熱用于采暖，不但節省了能源的消耗，還可以減少鍋爐的裝機容量，進(jìn)一步降低設備上的投資。
3.4 類(lèi)采暖用熱。裝配業(yè)的涂裝車(chē)間、油漆噴刷車(chē)間等為了提高生產(chǎn)效率，往往需要供暖風(fēng)，保證烘干室溫度，加快油漆干燥。
3.5 洗浴用熱水和移動(dòng)供應熱水。如生產(chǎn)車(chē)間按照企業(yè)環(huán)境衛生要求需滿(mǎn)足職工洗浴需要，回收空壓機的余熱加熱熱水，用于洗浴等。
4、空壓機余熱回收利用的意義
通過(guò)對空壓機余熱回收裝置或水源熱泵的利用，可使空壓機油溫降低，不易變質(zhì)，潤滑良好，設備磨損減小，延長(cháng)空壓機壽命；空壓機機油降溫，使粘度升高，密封性好，吸氣力大，泄漏減少，提高產(chǎn)氣率；空壓機溫度不高，可連續滿(mǎn)負載，減少輕載機開(kāi)機次數達≥25%；空壓機房運行中降至環(huán)境溫度，可停開(kāi)機上散熱風(fēng)扇和機房排風(fēng)扇；后處理設備處理負荷降低20%，提高處理效果；空壓機余熱全部用于制造熱水，就無(wú)廢熱氣排放，大大減少制備熱水能源消耗。
通過(guò)空壓機余熱的利用可以保證空壓機的冷卻效果，改善空壓機的工作性能；充分利用這部分被排放熱量，到其他需要加熱的地方，可以大大降低原來(lái)工藝所需的燃料消耗，減少有害氣體和CO2的排放，可以取得節能減排效果。
5、結論
通過(guò)以上分析，從節約資源、可持續發(fā)展的角度來(lái)看，采用壓縮熱的后處理設備和利用某些專(zhuān)用設備把空壓機產(chǎn)生的廢熱轉移利用，既能解決空壓機組的冷卻問(wèn)題，又最大限度地利用了能量，具有重大的經(jīng)濟效益和社會(huì )意義。
參考文獻
1、《壓縮空氣站設計規范》GB50029-2003
2、《干燥裝置設計手冊》化學(xué)工業(yè)出版社
3、《壓縮空氣站設計手冊》機械工業(yè)出版社
4、《工程熱力學(xué)》高等教育出版社
作者簡(jiǎn)介
任淑娟，女，1976年，工程師，熱能動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域，主要從事動(dòng)力管道動(dòng)力設備新建項目、更新、節能改造等技術(shù)方案設計和方案論證等。
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