【壓縮機網(wǎng)】物理原理決定了壓縮空氣是迄今為止一種非常昂貴的能源。同時(shí)，熱動(dòng)力學(xué)定律也清楚地告訴我們，不消耗熱能就得不到壓縮空氣。所以，在壓縮機長(cháng)時(shí)間運行之后，壓縮空氣時(shí)產(chǎn)生的熱能回收再利用就非常重要。
一般來(lái)說(shuō)，熱能回收再利用的投資回報率比較高，通常不到兩年就能收回全部投資。為什么壓縮空氣的熱能回收有著(zhù)這樣的潛力呢？本文將詳細解答。
現實(shí)因素推動(dòng)能效項目建設
從能源方面考慮，壓縮空氣是一個(gè)非常熱門(mén)的話(huà)題。壓縮空氣應用于采礦、紡織、冶金、機械制造、土木工程、石油化工等各行各業(yè)里，是許多企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)不可或缺的關(guān)鍵動(dòng)力源。但它的能耗也不可小覷，據統計，空壓機系統的耗電量可以占到用氣企業(yè)總耗電量的15%～35%；在空壓機的全生命周期成本中，能耗成本就要占到約四分之三。從宏觀(guān)角度看，我國空壓機的總耗電量約占社會(huì )總發(fā)電量的10%，以2021年全社會(huì )用電量83128億千瓦時(shí)計算，空壓機的年用電量就超過(guò)8312億千瓦時(shí)。
而近年來(lái)，國家陸續發(fā)布了《關(guān)于嚴格能效約束推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域節能降碳的若干意見(jiàn)》、《工業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標桿水平和基準水平(2023年版)》、《工業(yè)能效提升行動(dòng)計劃》、《重點(diǎn)用能產(chǎn)品設備能效先進(jìn)水平、節能水平和準入水平（2022年版）》以及《“十四五”節能減排綜合工作方案》等一系列政策、法規。有限的資源、嚴格的環(huán)保法規、限定的CO2排放量和不斷上漲的能源價(jià)格都是能效項目建設的推動(dòng)力。
一方面，精心設計的流程，其中包括利用變頻技術(shù)調節空氣壓縮機的轉速，盡可能地讓空壓機在最佳工作點(diǎn)附近工作，以及為了保障企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全進(jìn)行的適當功率儲備等都為項目奠定了良好基礎。另一方面，壓縮機在提高空氣壓力時(shí)提高了空氣的溫度，這也為熱能回收再利用帶來(lái)了巨大的潛力?；谄髽I(yè)的成本效益考慮，企業(yè)用戶(hù)也越來(lái)越關(guān)注熱能回收再利用的問(wèn)題了。
據熱力學(xué)定律可得，當封閉空間內的空氣被壓縮時(shí)，氣體溫度會(huì )升高；在封閉的空間里，氣體受到壓縮時(shí)，空氣分子之間的距離縮短，因此產(chǎn)生的摩擦增加。根據這些熱力學(xué)原理，結合空壓機各個(gè)工作點(diǎn)的效率可以計算空氣壓縮后的溫度。
溫度的高低還取決于壓縮比。例如進(jìn)氣溫度為20℃，壓縮比為3，壓縮機的等熵效率為74%時(shí)，空氣壓縮時(shí)的溫度會(huì )達到166℃。溫度越高，廢熱利用的范圍就越廣泛。
在熱力學(xué)中，熱量的質(zhì)量是用卡諾系數來(lái)描述的，即廢熱和散發(fā)熱量的絕對溫度之比，也就是廢熱利用率。氣體中所含有的熱量通常占可回收利用總熱量的85%左右，剩下的15%大致均勻分配給熾熱空氣壓縮階段的驅動(dòng)電機消耗、機械消耗以及熱輻射等。
以2臺315kW的空壓機為例，來(lái)看一下年節約的電費以及其他能源的費用對比：
江蘇某企業(yè)針對2臺315kW螺桿空壓機進(jìn)行改造，加載率均為80%，24小時(shí)運行，通過(guò)回收空壓機熱能，用于中央空調輔助加熱，達到節省能源的目的?？諌簷C每小時(shí)可回收熱量分別為：
Q=PN1/PN2×n×η×860
=315kW×2×70％×80%×860
=303408kcal
≈352kW
自來(lái)水溫度從10度將水溫升至55度，2臺空壓機每小時(shí)可產(chǎn)生的熱水量約為：
=303408kcal*0.7/45
=4720kg=4.7t
由此可得：
2臺空壓機余熱回收全天（24h）連續運行可產(chǎn)熱水量約為：4.7t*24h=112.8t
以上數據計算是根據空壓機額定壓力下，加載率為80%連續加載、運行油溫在80-95℃情況下理論熱量計算，不同工況下，制熱量會(huì )有偏差。
由以上數據計算可知：空壓機余熱回收系統目前是集節能、環(huán)保、安全與一體的廢熱利用熱水項目。一次投資，長(cháng)期受益。并可實(shí)現全自動(dòng)運行，無(wú)需專(zhuān)人看管，其他加熱方式需專(zhuān)人看管，每年需要一定的人工成本，余熱回收可減少空壓機風(fēng)扇的啟動(dòng)頻率和時(shí)間，從而減少空壓機的耗電量，避免空壓機高溫的情況發(fā)生，延長(cháng)空壓機的使用壽命。
空壓機回收熱能的用途
在熱能回收再利用措施的空間內，可回收利用總熱量剩下的15%也可以直接利用，其可以作為附近辦公室和生產(chǎn)車(chē)間的采暖用熱能。
為了利用這些熱量，與以往的熱氣在壓縮階段、消音階段和消音罩內管道系統中被冷卻的情況不同，我們?yōu)?a href="http://www.668qz.com" target="_blank" class="keylink">螺桿壓縮機配備排氣管，空氣經(jīng)這一排氣管道排出。中央排氣管中的廢氣溫度在30℃～60℃之間，這一溫度范圍的廢氣經(jīng)分支管路返回，供室內采暖使用。同時(shí)，這一采暖系統利用閘板閥來(lái)控制各個(gè)不同空間的具體采暖溫度。
純凈廢氣的熱能可以有效地直接用于室內采暖，但管殼式換熱器的出現則開(kāi)辟了高溫廢氣能源利用的新天地。因此這一技術(shù)也被推薦用于空壓機站的技術(shù)改造，以顯著(zhù)提高空壓機設備的能源利用效率。
在廢水處理技術(shù)領(lǐng)域中，回收的熱能可以用于烘干污泥，但在設計這類(lèi)系統時(shí)要注意其規格尺寸要與空氣壓縮設備的基本負荷相匹配，而空壓機站的基本負荷可以在長(cháng)期累積的特性曲線(xiàn)中輕松獲得。
廢熱利用的基礎是確定可回收再利用熱量的多少，而可回收再利用熱量的多少取決于可用的溫度差、能夠掌控的體積流量（不同時(shí)間可以使用的流量）以及生產(chǎn)和使用壓縮空氣的同時(shí)性程度等因素。
為了實(shí)現更好的余熱回收效果，建議使用緊湊型的管殼式換熱器。管殼式換熱器可以簡(jiǎn)單方便地集成到原有的壓縮空氣供應系統中。壓縮空氣通過(guò)熱交換器的冷卻器管，冷卻水在管子中逆向流動(dòng)，薄片設計的冷卻管確保了有效的熱傳遞并減少了壓力損失。管殼式換熱器的設計基于內部介質(zhì)的流動(dòng)特性，隨著(zhù)排氣管道系統壓力的增高，帶來(lái)的功率損失只有2%，與熱能回收帶來(lái)的節約相比幾乎可以忽略不計。
管殼式換熱器帶來(lái)了許多新的熱能利用的可能性，典型的就是對加熱系統、淋浴和洗手間用水以及工業(yè)用水等設備進(jìn)行加溫。
總結
空壓機在生產(chǎn)壓縮空氣時(shí)系統會(huì )不可避免的自動(dòng)產(chǎn)生廢熱，但是，“世界上沒(méi)有垃圾，只有放錯的寶藏?！睘榱烁玫乩眠@些余熱，空壓機用戶(hù)應將過(guò)去沒(méi)有充分利用的熱集成到其能源需求的解決方案里。實(shí)踐表明，利用壓縮空氣廢熱的投資是一項快回報的投資。
來(lái)源：本站原創(chuàng )
【壓縮機網(wǎng)】物理原理決定了壓縮空氣是迄今為止一種非常昂貴的能源。同時(shí)，熱動(dòng)力學(xué)定律也清楚地告訴我們，不消耗熱能就得不到壓縮空氣。所以，在壓縮機長(cháng)時(shí)間運行之后，壓縮空氣時(shí)產(chǎn)生的熱能回收再利用就非常重要。
一般來(lái)說(shuō)，熱能回收再利用的投資回報率比較高，通常不到兩年就能收回全部投資。為什么壓縮空氣的熱能回收有著(zhù)這樣的潛力呢？本文將詳細解答。
現實(shí)因素推動(dòng)能效項目建設
從能源方面考慮，壓縮空氣是一個(gè)非常熱門(mén)的話(huà)題。壓縮空氣應用于采礦、紡織、冶金、機械制造、土木工程、石油化工等各行各業(yè)里，是許多企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)不可或缺的關(guān)鍵動(dòng)力源。但它的能耗也不可小覷，據統計，空壓機系統的耗電量可以占到用氣企業(yè)總耗電量的15%～35%；在空壓機的全生命周期成本中，能耗成本就要占到約四分之三。從宏觀(guān)角度看，我國空壓機的總耗電量約占社會(huì )總發(fā)電量的10%，以2021年全社會(huì )用電量83128億千瓦時(shí)計算，空壓機的年用電量就超過(guò)8312億千瓦時(shí)。
而近年來(lái)，國家陸續發(fā)布了《關(guān)于嚴格能效約束推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域節能降碳的若干意見(jiàn)》、《工業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域能效標桿水平和基準水平(2023年版)》、《工業(yè)能效提升行動(dòng)計劃》、《重點(diǎn)用能產(chǎn)品設備能效先進(jìn)水平、節能水平和準入水平（2022年版）》以及《“十四五”節能減排綜合工作方案》等一系列政策、法規。有限的資源、嚴格的環(huán)保法規、限定的CO2排放量和不斷上漲的能源價(jià)格都是能效項目建設的推動(dòng)力。
一方面，精心設計的流程，其中包括利用變頻技術(shù)調節空氣壓縮機的轉速，盡可能地讓空壓機在最佳工作點(diǎn)附近工作，以及為了保障企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的安全進(jìn)行的適當功率儲備等都為項目奠定了良好基礎。另一方面，壓縮機在提高空氣壓力時(shí)提高了空氣的溫度，這也為熱能回收再利用帶來(lái)了巨大的潛力?；谄髽I(yè)的成本效益考慮，企業(yè)用戶(hù)也越來(lái)越關(guān)注熱能回收再利用的問(wèn)題了。
據熱力學(xué)定律可得，當封閉空間內的空氣被壓縮時(shí)，氣體溫度會(huì )升高；在封閉的空間里，氣體受到壓縮時(shí)，空氣分子之間的距離縮短，因此產(chǎn)生的摩擦增加。根據這些熱力學(xué)原理，結合空壓機各個(gè)工作點(diǎn)的效率可以計算空氣壓縮后的溫度。
溫度的高低還取決于壓縮比。例如進(jìn)氣溫度為20℃，壓縮比為3，壓縮機的等熵效率為74%時(shí)，空氣壓縮時(shí)的溫度會(huì )達到166℃。溫度越高，廢熱利用的范圍就越廣泛。
在熱力學(xué)中，熱量的質(zhì)量是用卡諾系數來(lái)描述的，即廢熱和散發(fā)熱量的絕對溫度之比，也就是廢熱利用率。氣體中所含有的熱量通常占可回收利用總熱量的85%左右，剩下的15%大致均勻分配給熾熱空氣壓縮階段的驅動(dòng)電機消耗、機械消耗以及熱輻射等。
以2臺315kW的空壓機為例，來(lái)看一下年節約的電費以及其他能源的費用對比：
江蘇某企業(yè)針對2臺315kW螺桿空壓機進(jìn)行改造，加載率均為80%，24小時(shí)運行，通過(guò)回收空壓機熱能，用于中央空調輔助加熱，達到節省能源的目的?？諌簷C每小時(shí)可回收熱量分別為：
Q=PN1/PN2×n×η×860
=315kW×2×70％×80%×860
=303408kcal
≈352kW
自來(lái)水溫度從10度將水溫升至55度，2臺空壓機每小時(shí)可產(chǎn)生的熱水量約為：
=303408kcal*0.7/45
=4720kg=4.7t
由此可得：
2臺空壓機余熱回收全天（24h）連續運行可產(chǎn)熱水量約為：4.7t*24h=112.8t
以上數據計算是根據空壓機額定壓力下，加載率為80%連續加載、運行油溫在80-95℃情況下理論熱量計算，不同工況下，制熱量會(huì )有偏差。
由以上數據計算可知：空壓機余熱回收系統目前是集節能、環(huán)保、安全與一體的廢熱利用熱水項目。一次投資，長(cháng)期受益。并可實(shí)現全自動(dòng)運行，無(wú)需專(zhuān)人看管，其他加熱方式需專(zhuān)人看管，每年需要一定的人工成本，余熱回收可減少空壓機風(fēng)扇的啟動(dòng)頻率和時(shí)間，從而減少空壓機的耗電量，避免空壓機高溫的情況發(fā)生，延長(cháng)空壓機的使用壽命。
空壓機回收熱能的用途
在熱能回收再利用措施的空間內，可回收利用總熱量剩下的15%也可以直接利用，其可以作為附近辦公室和生產(chǎn)車(chē)間的采暖用熱能。
為了利用這些熱量，與以往的熱氣在壓縮階段、消音階段和消音罩內管道系統中被冷卻的情況不同，我們?yōu)?a href="http://www.668qz.com" target="_blank" class="keylink">螺桿壓縮機配備排氣管，空氣經(jīng)這一排氣管道排出。中央排氣管中的廢氣溫度在30℃～60℃之間，這一溫度范圍的廢氣經(jīng)分支管路返回，供室內采暖使用。同時(shí)，這一采暖系統利用閘板閥來(lái)控制各個(gè)不同空間的具體采暖溫度。
純凈廢氣的熱能可以有效地直接用于室內采暖，但管殼式換熱器的出現則開(kāi)辟了高溫廢氣能源利用的新天地。因此這一技術(shù)也被推薦用于空壓機站的技術(shù)改造，以顯著(zhù)提高空壓機設備的能源利用效率。
在廢水處理技術(shù)領(lǐng)域中，回收的熱能可以用于烘干污泥，但在設計這類(lèi)系統時(shí)要注意其規格尺寸要與空氣壓縮設備的基本負荷相匹配，而空壓機站的基本負荷可以在長(cháng)期累積的特性曲線(xiàn)中輕松獲得。
廢熱利用的基礎是確定可回收再利用熱量的多少，而可回收再利用熱量的多少取決于可用的溫度差、能夠掌控的體積流量（不同時(shí)間可以使用的流量）以及生產(chǎn)和使用壓縮空氣的同時(shí)性程度等因素。
為了實(shí)現更好的余熱回收效果，建議使用緊湊型的管殼式換熱器。管殼式換熱器可以簡(jiǎn)單方便地集成到原有的壓縮空氣供應系統中。壓縮空氣通過(guò)熱交換器的冷卻器管，冷卻水在管子中逆向流動(dòng)，薄片設計的冷卻管確保了有效的熱傳遞并減少了壓力損失。管殼式換熱器的設計基于內部介質(zhì)的流動(dòng)特性，隨著(zhù)排氣管道系統壓力的增高，帶來(lái)的功率損失只有2%，與熱能回收帶來(lái)的節約相比幾乎可以忽略不計。
管殼式換熱器帶來(lái)了許多新的熱能利用的可能性，典型的就是對加熱系統、淋浴和洗手間用水以及工業(yè)用水等設備進(jìn)行加溫。
總結
空壓機在生產(chǎn)壓縮空氣時(shí)系統會(huì )不可避免的自動(dòng)產(chǎn)生廢熱，但是，“世界上沒(méi)有垃圾，只有放錯的寶藏?！睘榱烁玫乩眠@些余熱，空壓機用戶(hù)應將過(guò)去沒(méi)有充分利用的熱集成到其能源需求的解決方案里。實(shí)踐表明，利用壓縮空氣廢熱的投資是一項快回報的投資。
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