【壓縮機網(wǎng)】引言
空壓機是一種應用廣泛的通用機械,運行時(shí)其輸入能源的85%~98%將轉化為熱能,如不將熱量回收,熱能將由冷卻器、排風(fēng)扇帶走,排放到環(huán)境中,這些熱能并沒(méi)有得到很好的利用。目前有許多工廠(chǎng)使用余熱回收裝置,回收的熱量大多用于洗浴用水、采暖及工藝預熱。
在廣汽本田增城工廠(chǎng),壓縮空氣的電力消耗約占全部電力消耗的12%。2019年已完成噴油螺桿空壓機的改造,將原本廢棄的熱量回收。由于工廠(chǎng)中空壓站緊鄰制冷站,制冷站中的冷凍機為生產(chǎn)工藝以及環(huán)境提供冷凍水。制冷系統用量最高時(shí)每天需要為工廠(chǎng)提供冷量超過(guò)1000GJ。經(jīng)過(guò)研討確定將熱水用于制冷。這也是公司內首次引入溴化鋰制冷機組,同時(shí)開(kāi)創(chuàng )了汽車(chē)行業(yè)用空壓機余熱零成本制冷且用于生產(chǎn)工藝的先例。螺桿空壓機余熱回收制冷節能項目自2019年11月14日投入使用,全年24小時(shí)不間斷穩定運行,未發(fā)生任何故障。每年實(shí)際節約電力近120萬(wàn)kWh,節省費用逾100萬(wàn)元。在此基礎上,推進(jìn)無(wú)油空壓的余熱回收。
1 無(wú)油空壓機熱回收原理分析
目前工廠(chǎng)在用的無(wú)油空壓機主要是離心式空壓機和無(wú)油螺桿空壓機。
離心式空氣壓縮機的空氣系統并不復雜,空氣經(jīng)吸風(fēng)口和空氣過(guò)濾器接入空壓機一段進(jìn)氣口,通過(guò)空壓機內部高速旋轉的葉輪對空氣做功,使空氣壓力、溫度、流速提高,然后流入擴壓器,再使空氣流速降低,壓力進(jìn)一步提高,并經(jīng)導向裝置使空氣流入下一級葉輪繼續壓縮。由于空氣經(jīng)逐級壓縮后的溫度不斷升高,而在下一級中壓縮溫度高的空氣則需多耗功。為了降低空氣溫度,減少壓縮功耗,空氣系統中采用了分段中間冷卻的結構。在空氣系統中沒(méi)有油的參與,所有熱量蘊含在空氣當中,壓縮后的空氣通過(guò)各級冷卻器與循環(huán)水進(jìn)行換熱,由循環(huán)水帶走大部分熱量,其余熱量散發(fā)到空氣。
本次余熱回收系統回收的熱量主要來(lái)源于高溫的壓縮空氣。根據離心式空壓機特性,空壓機運行時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量的壓縮熱,壓縮熱消耗的能量占機組運行功率的85%,通常這部分能量通過(guò)機組的風(fēng)冷或水冷系統交換到大氣當中。離心空壓機分三級壓縮,根據相關(guān)的技術(shù)資料,對于離心式壓縮機,一、二級的潛熱小,不僅回收熱水的溫度不能滿(mǎn)足需求,而且改造會(huì )對設備造成不良影響,而其第三級主機出口氣溫一般可以達到110℃,可回收65℃~75℃的熱水,之后經(jīng)過(guò)冷卻的壓縮空氣一般控制在30~35℃。所以對離心機第三級壓縮熱量進(jìn)行回收,可獲得最大效益(一臺離心機每小時(shí)最多可回收12萬(wàn)kcal熱量)。對于無(wú)油螺桿空壓機,同樣回收最后一級的熱量,可獲得最大效益(一臺無(wú)油螺桿機每小時(shí)最多可回收7.7萬(wàn)kcal熱量),四臺離心機和一臺無(wú)油螺桿機通過(guò)熱回收以后,在熱水69℃回、75℃出的工況之下,每小時(shí)可以有約100噸的流量。
2 溴化鋰制冷原理分析
利用空壓機余熱產(chǎn)出的熱水來(lái)用于溴化鋰機組制冷,則幾乎不需要花費運轉費用,便能獲得大量的冷源,具有很好的節能效果,有利于熱量的綜合利用。
溴化鋰吸收式制冷機以熱能為驅動(dòng)力,以水為制冷劑,溴化鋰溶液為吸收劑,制取制冷溫度在0℃以上的冷量,可用作空調或生產(chǎn)工藝過(guò)程的冷源。以熱能為動(dòng)力,無(wú)需耗用大量電能,而且對熱能要求不高,75℃的熱水可被其利用。
溴化鋰吸收式制冷機主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、換熱器、循環(huán)泵等部分組成。制冷循環(huán)過(guò)程:當溴化鋰水溶液在發(fā)生器內受到熱媒水的加熱后,溶液中的水不斷汽化,溶液濃度不斷升高,進(jìn)入吸收器;水蒸氣進(jìn)入冷凝器,被冷凝器內的冷卻水降溫后凝結,成為高壓低溫的液態(tài)水;當冷凝器內的水通過(guò)節流閥進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí),急速膨脹而汽化,并在汽化過(guò)程中大量吸收蒸發(fā)器內冷媒水的熱量,低溫水蒸氣進(jìn)入吸收器,被吸收器內的溴化鋰水溶液吸收,溶液濃度逐步降低,再由循環(huán)泵送回發(fā)生器,完成整個(gè)循環(huán)。如此循環(huán)不息,連續制取冷量。
因此制冷循環(huán)實(shí)際上是溴化鋰水溶液由稀變濃再由濃變稀和冷劑水由液態(tài)變汽態(tài)再由汽態(tài)變液態(tài)的循環(huán)過(guò)程。在溴化鋰機組,熱量輸入輸出的媒介分別由熱媒水、冷媒水、循環(huán)水三個(gè)獨立循環(huán)系統組成, 由其工作原理可知,熱媒水和冷媒水輸入的熱量應等于循環(huán)水輸出的熱量。制冷循環(huán)是物理變化過(guò)程,且是負壓狀態(tài)。溴化鋰機組的主要參數見(jiàn)下表。

3 解決方案
無(wú)油空壓機工作時(shí),將供給它的能量(電能)的85%轉變成了熱能,這些熱能中的大部分都傳給了冷卻介質(zhì)(水),對這部分熱量進(jìn)行回收利用,其效益是很可觀(guān)的。對4臺離心空壓機及1臺無(wú)油螺桿空壓機進(jìn)行余熱回收改造,用于溴化鋰吸收式制冷機生產(chǎn)冷凍水。
壓縮完的空氣在換熱冷卻前溫度達110℃,確認此次改造的主要內容:空壓機提供熱源(高溫的壓縮空氣),通過(guò)控制,出口水溫可達75℃。參考一期項目,由于空壓站緊鄰制冷房旁,制冷站房最高時(shí)需要提供冷量2700RT左右,淡季也需要提供冷量150RT。引入溴化鋰吸收式制冷機,將利用空壓機余熱產(chǎn)出的熱水用于溴化鋰制冷,即可滿(mǎn)足淡季時(shí)的供冷量。
具體改造過(guò)程是在不改變空壓機正常工作狀態(tài)的前提下,在空壓機原有的后冷卻器前增加余熱回收機組,通過(guò)余熱回收機組對高溫空氣進(jìn)行換熱冷卻,利用高溫空氣對熱媒水進(jìn)行加熱,熱媒水由水泵抽出,把得到的熱水供溴化鋰制冷機使用。

每臺空壓機配置一臺熱回收機組,根據所需溫度進(jìn)行設定,熱回收機組循環(huán)末端管道接入溴化鋰制冷機形成閉式循環(huán)系統。循環(huán)介質(zhì)使用純水,不易結垢。余熱回收系統將在保障空壓機穩定運行的基礎上,最大限度地提供熱量利用。同時(shí)保留原有的冷卻水系統作為保障系統,當某一時(shí)間段無(wú)熱量消耗時(shí),循環(huán)將與原有冷卻水系統進(jìn)行換熱,充分保障空壓機的負載溫度,保障生產(chǎn)運行穩定??諌簷C余熱回收項目,一次性投資,收益多年,僅有熱水循環(huán)水泵能耗,幾乎可以忽略。只要空壓機正常運轉,就能源源不斷地產(chǎn)生所需溫度的熱水,節省更多的資源。如果空壓機余熱回收的熱量完全被利用,按照空壓機目前的運行情況,每年可以回收的熱量為9244800MJ(按4000小時(shí)計)。

4 改造后效果
利用余熱回收機組將壓縮空氣系統與制冷系統聯(lián)合起來(lái),2021年11月在余熱回收機組和管道順利完成安裝和調試。
經(jīng)過(guò)現場(chǎng)運行后,熱回收系統在不影響空壓機正常工作的前提下,達到了效果,完全可以滿(mǎn)足制冷機的要求。熱媒水經(jīng)過(guò)幾次循環(huán)即達到目標溫度,回收效果完全達到了預期的目標。
項目落地后,能有效減少制冷機運行能耗,同時(shí)有效改善了空壓機的運行狀態(tài):空壓散熱效果、空壓機冷卻效果、運行穩定性均有優(yōu)化,有利于延長(cháng)機組壽命,空壓機冷卻水出口溫度也有下降,間接減輕了冷卻塔的工作負擔,減少保養費用。以上改善預計每年可節省電力超過(guò)120萬(wàn)元。通過(guò)實(shí)踐,證明了無(wú)油空壓機熱回收制冷的可行性和合理性及其巨大的節能效益。

創(chuàng )新貫穿該項目節能技改全方位、全過(guò)程,理念、觀(guān)念創(chuàng )新,讓團隊成員深入了解相關(guān)專(zhuān)業(yè)內容、技術(shù)、工藝要求,提高團隊技術(shù)水平的同時(shí),在施工監管中可以指導施工人員,更能保證施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。并在項目推進(jìn)過(guò)程中不斷反思,改善方案或設計的缺陷。如溴化鋰機組的冷卻水增加并入空壓機冷卻水系統,可以提高余熱回收系統的穩定性和效率,同時(shí)也提高空壓機系統運行穩定性。設備廠(chǎng)家的專(zhuān)業(yè)工程師和站房的運維人員共同參與了本次節能改造,也從中受益匪淺。

5 結論
空壓機在目前的市場(chǎng)上應用廣泛,只需進(jìn)行適當的改造,就可以提供品位較高的熱源,除了用于員工的洗浴,還可以用于制冷等用途。在11臺噴油螺桿空壓機完成熱回收的基礎上,此次廣汽本田增城工廠(chǎng)成功實(shí)現5臺無(wú)油空壓機熱回收,對于使用壓縮機的企業(yè)進(jìn)行節能減排工作,提供了具有一定借鑒意義的案例。
參考文獻
[1] 漢隆( Hanlon Paul C.), 郝點(diǎn). 壓縮機手冊[M]. 北京: 中國石化出版社, 2003.
[2] 張學(xué)學(xué). 熱工基礎[M]. 3版. 北京: 高等教育出版社, 2015.
[3] 王林. 小型吸收式制冷機原理與應用[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2011.
[4] 梁劍鋒, 孟晶, 范一格, 張偉科. 噴油螺桿空壓機余熱回收制冷應用[J]. 科學(xué)與技術(shù), 2020.
[5] 宓爍婭, 陳吉超. 空壓機余熱回收系統設計與節能分析[J]. 節能, 2018.
[6] 李清波. 空壓機的余熱回收方式分析與研究[J]. 礦業(yè)裝備, 2019.
[7] 韓惠疇. 火電廠(chǎng)空壓機余熱利用效益分析[J]. 低碳世界, 2019.
[8] 賈玲, 吳勇生. 空壓機余熱利用案例及影響系統運行問(wèn)題探討[J]. 資源節約與環(huán)保, 2019.
[9] 梁文興, 徐新閎, 王瑤. 淺談溴化鋰吸收式制冷[J]. 科技風(fēng), 2019.
[10] 李志紅, 溴化鋰制冷節能技術(shù)的應用[J]. 化工設計通訊, 2018.
[11] 趙娜, 孫魯清. 溴化鋰制冷技術(shù)應用[J]. 中國設備工程, 2017.
來(lái)源:本站原創(chuàng )
【壓縮機網(wǎng)】引言
空壓機是一種應用廣泛的通用機械,運行時(shí)其輸入能源的85%~98%將轉化為熱能,如不將熱量回收,熱能將由冷卻器、排風(fēng)扇帶走,排放到環(huán)境中,這些熱能并沒(méi)有得到很好的利用。目前有許多工廠(chǎng)使用余熱回收裝置,回收的熱量大多用于洗浴用水、采暖及工藝預熱。
在廣汽本田增城工廠(chǎng),壓縮空氣的電力消耗約占全部電力消耗的12%。2019年已完成噴油螺桿空壓機的改造,將原本廢棄的熱量回收。由于工廠(chǎng)中空壓站緊鄰制冷站,制冷站中的冷凍機為生產(chǎn)工藝以及環(huán)境提供冷凍水。制冷系統用量最高時(shí)每天需要為工廠(chǎng)提供冷量超過(guò)1000GJ。經(jīng)過(guò)研討確定將熱水用于制冷。這也是公司內首次引入溴化鋰制冷機組,同時(shí)開(kāi)創(chuàng )了汽車(chē)行業(yè)用空壓機余熱零成本制冷且用于生產(chǎn)工藝的先例。螺桿空壓機余熱回收制冷節能項目自2019年11月14日投入使用,全年24小時(shí)不間斷穩定運行,未發(fā)生任何故障。每年實(shí)際節約電力近120萬(wàn)kWh,節省費用逾100萬(wàn)元。在此基礎上,推進(jìn)無(wú)油空壓的余熱回收。
1 無(wú)油空壓機熱回收原理分析
目前工廠(chǎng)在用的無(wú)油空壓機主要是離心式空壓機和無(wú)油螺桿空壓機。
離心式空氣壓縮機的空氣系統并不復雜,空氣經(jīng)吸風(fēng)口和空氣過(guò)濾器接入空壓機一段進(jìn)氣口,通過(guò)空壓機內部高速旋轉的葉輪對空氣做功,使空氣壓力、溫度、流速提高,然后流入擴壓器,再使空氣流速降低,壓力進(jìn)一步提高,并經(jīng)導向裝置使空氣流入下一級葉輪繼續壓縮。由于空氣經(jīng)逐級壓縮后的溫度不斷升高,而在下一級中壓縮溫度高的空氣則需多耗功。為了降低空氣溫度,減少壓縮功耗,空氣系統中采用了分段中間冷卻的結構。在空氣系統中沒(méi)有油的參與,所有熱量蘊含在空氣當中,壓縮后的空氣通過(guò)各級冷卻器與循環(huán)水進(jìn)行換熱,由循環(huán)水帶走大部分熱量,其余熱量散發(fā)到空氣。
本次余熱回收系統回收的熱量主要來(lái)源于高溫的壓縮空氣。根據離心式空壓機特性,空壓機運行時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量的壓縮熱,壓縮熱消耗的能量占機組運行功率的85%,通常這部分能量通過(guò)機組的風(fēng)冷或水冷系統交換到大氣當中。離心空壓機分三級壓縮,根據相關(guān)的技術(shù)資料,對于離心式壓縮機,一、二級的潛熱小,不僅回收熱水的溫度不能滿(mǎn)足需求,而且改造會(huì )對設備造成不良影響,而其第三級主機出口氣溫一般可以達到110℃,可回收65℃~75℃的熱水,之后經(jīng)過(guò)冷卻的壓縮空氣一般控制在30~35℃。所以對離心機第三級壓縮熱量進(jìn)行回收,可獲得最大效益(一臺離心機每小時(shí)最多可回收12萬(wàn)kcal熱量)。對于無(wú)油螺桿空壓機,同樣回收最后一級的熱量,可獲得最大效益(一臺無(wú)油螺桿機每小時(shí)最多可回收7.7萬(wàn)kcal熱量),四臺離心機和一臺無(wú)油螺桿機通過(guò)熱回收以后,在熱水69℃回、75℃出的工況之下,每小時(shí)可以有約100噸的流量。
2 溴化鋰制冷原理分析
利用空壓機余熱產(chǎn)出的熱水來(lái)用于溴化鋰機組制冷,則幾乎不需要花費運轉費用,便能獲得大量的冷源,具有很好的節能效果,有利于熱量的綜合利用。
溴化鋰吸收式制冷機以熱能為驅動(dòng)力,以水為制冷劑,溴化鋰溶液為吸收劑,制取制冷溫度在0℃以上的冷量,可用作空調或生產(chǎn)工藝過(guò)程的冷源。以熱能為動(dòng)力,無(wú)需耗用大量電能,而且對熱能要求不高,75℃的熱水可被其利用。
溴化鋰吸收式制冷機主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、換熱器、循環(huán)泵等部分組成。制冷循環(huán)過(guò)程:當溴化鋰水溶液在發(fā)生器內受到熱媒水的加熱后,溶液中的水不斷汽化,溶液濃度不斷升高,進(jìn)入吸收器;水蒸氣進(jìn)入冷凝器,被冷凝器內的冷卻水降溫后凝結,成為高壓低溫的液態(tài)水;當冷凝器內的水通過(guò)節流閥進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí),急速膨脹而汽化,并在汽化過(guò)程中大量吸收蒸發(fā)器內冷媒水的熱量,低溫水蒸氣進(jìn)入吸收器,被吸收器內的溴化鋰水溶液吸收,溶液濃度逐步降低,再由循環(huán)泵送回發(fā)生器,完成整個(gè)循環(huán)。如此循環(huán)不息,連續制取冷量。
因此制冷循環(huán)實(shí)際上是溴化鋰水溶液由稀變濃再由濃變稀和冷劑水由液態(tài)變汽態(tài)再由汽態(tài)變液態(tài)的循環(huán)過(guò)程。在溴化鋰機組,熱量輸入輸出的媒介分別由熱媒水、冷媒水、循環(huán)水三個(gè)獨立循環(huán)系統組成, 由其工作原理可知,熱媒水和冷媒水輸入的熱量應等于循環(huán)水輸出的熱量。制冷循環(huán)是物理變化過(guò)程,且是負壓狀態(tài)。溴化鋰機組的主要參數見(jiàn)下表。

3 解決方案
無(wú)油空壓機工作時(shí),將供給它的能量(電能)的85%轉變成了熱能,這些熱能中的大部分都傳給了冷卻介質(zhì)(水),對這部分熱量進(jìn)行回收利用,其效益是很可觀(guān)的。對4臺離心空壓機及1臺無(wú)油螺桿空壓機進(jìn)行余熱回收改造,用于溴化鋰吸收式制冷機生產(chǎn)冷凍水。
壓縮完的空氣在換熱冷卻前溫度達110℃,確認此次改造的主要內容:空壓機提供熱源(高溫的壓縮空氣),通過(guò)控制,出口水溫可達75℃。參考一期項目,由于空壓站緊鄰制冷房旁,制冷站房最高時(shí)需要提供冷量2700RT左右,淡季也需要提供冷量150RT。引入溴化鋰吸收式制冷機,將利用空壓機余熱產(chǎn)出的熱水用于溴化鋰制冷,即可滿(mǎn)足淡季時(shí)的供冷量。
具體改造過(guò)程是在不改變空壓機正常工作狀態(tài)的前提下,在空壓機原有的后冷卻器前增加余熱回收機組,通過(guò)余熱回收機組對高溫空氣進(jìn)行換熱冷卻,利用高溫空氣對熱媒水進(jìn)行加熱,熱媒水由水泵抽出,把得到的熱水供溴化鋰制冷機使用。

每臺空壓機配置一臺熱回收機組,根據所需溫度進(jìn)行設定,熱回收機組循環(huán)末端管道接入溴化鋰制冷機形成閉式循環(huán)系統。循環(huán)介質(zhì)使用純水,不易結垢。余熱回收系統將在保障空壓機穩定運行的基礎上,最大限度地提供熱量利用。同時(shí)保留原有的冷卻水系統作為保障系統,當某一時(shí)間段無(wú)熱量消耗時(shí),循環(huán)將與原有冷卻水系統進(jìn)行換熱,充分保障空壓機的負載溫度,保障生產(chǎn)運行穩定??諌簷C余熱回收項目,一次性投資,收益多年,僅有熱水循環(huán)水泵能耗,幾乎可以忽略。只要空壓機正常運轉,就能源源不斷地產(chǎn)生所需溫度的熱水,節省更多的資源。如果空壓機余熱回收的熱量完全被利用,按照空壓機目前的運行情況,每年可以回收的熱量為9244800MJ(按4000小時(shí)計)。

4 改造后效果
利用余熱回收機組將壓縮空氣系統與制冷系統聯(lián)合起來(lái),2021年11月在余熱回收機組和管道順利完成安裝和調試。
經(jīng)過(guò)現場(chǎng)運行后,熱回收系統在不影響空壓機正常工作的前提下,達到了效果,完全可以滿(mǎn)足制冷機的要求。熱媒水經(jīng)過(guò)幾次循環(huán)即達到目標溫度,回收效果完全達到了預期的目標。
項目落地后,能有效減少制冷機運行能耗,同時(shí)有效改善了空壓機的運行狀態(tài):空壓散熱效果、空壓機冷卻效果、運行穩定性均有優(yōu)化,有利于延長(cháng)機組壽命,空壓機冷卻水出口溫度也有下降,間接減輕了冷卻塔的工作負擔,減少保養費用。以上改善預計每年可節省電力超過(guò)120萬(wàn)元。通過(guò)實(shí)踐,證明了無(wú)油空壓機熱回收制冷的可行性和合理性及其巨大的節能效益。

創(chuàng )新貫穿該項目節能技改全方位、全過(guò)程,理念、觀(guān)念創(chuàng )新,讓團隊成員深入了解相關(guān)專(zhuān)業(yè)內容、技術(shù)、工藝要求,提高團隊技術(shù)水平的同時(shí),在施工監管中可以指導施工人員,更能保證施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。并在項目推進(jìn)過(guò)程中不斷反思,改善方案或設計的缺陷。如溴化鋰機組的冷卻水增加并入空壓機冷卻水系統,可以提高余熱回收系統的穩定性和效率,同時(shí)也提高空壓機系統運行穩定性。設備廠(chǎng)家的專(zhuān)業(yè)工程師和站房的運維人員共同參與了本次節能改造,也從中受益匪淺。

5 結論
空壓機在目前的市場(chǎng)上應用廣泛,只需進(jìn)行適當的改造,就可以提供品位較高的熱源,除了用于員工的洗浴,還可以用于制冷等用途。在11臺噴油螺桿空壓機完成熱回收的基礎上,此次廣汽本田增城工廠(chǎng)成功實(shí)現5臺無(wú)油空壓機熱回收,對于使用壓縮機的企業(yè)進(jìn)行節能減排工作,提供了具有一定借鑒意義的案例。
參考文獻
[1] 漢隆( Hanlon Paul C.), 郝點(diǎn). 壓縮機手冊[M]. 北京: 中國石化出版社, 2003.
[2] 張學(xué)學(xué). 熱工基礎[M]. 3版. 北京: 高等教育出版社, 2015.
[3] 王林. 小型吸收式制冷機原理與應用[M]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2011.
[4] 梁劍鋒, 孟晶, 范一格, 張偉科. 噴油螺桿空壓機余熱回收制冷應用[J]. 科學(xué)與技術(shù), 2020.
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[6] 李清波. 空壓機的余熱回收方式分析與研究[J]. 礦業(yè)裝備, 2019.
[7] 韓惠疇. 火電廠(chǎng)空壓機余熱利用效益分析[J]. 低碳世界, 2019.
[8] 賈玲, 吳勇生. 空壓機余熱利用案例及影響系統運行問(wèn)題探討[J]. 資源節約與環(huán)保, 2019.
[9] 梁文興, 徐新閎, 王瑤. 淺談溴化鋰吸收式制冷[J]. 科技風(fēng), 2019.
[10] 李志紅, 溴化鋰制冷節能技術(shù)的應用[J]. 化工設計通訊, 2018.
[11] 趙娜, 孫魯清. 溴化鋰制冷技術(shù)應用[J]. 中國設備工程, 2017.
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