关于空压机节能减排技术的研究

关于空压机节能减排技术的研究

庞浩

海翔机械厂 河北省邯郸市 057151

摘要：空气压缩机（简称为空压机）是一种多功能的机械设备，运行空压机通常会比其他设备消耗更多的能量。空压机是产生压缩空气的主要设备，是我们工厂安全生产的重要保障。对于大多数生产企业，空压机的能源消耗占全部生产设备能源消耗的 10% ～35% 。空压机在运行过程中，约 80% ～ 93% 的电能转化成热能。此热量通常以风冷或水冷的形式排放到大气环境中，不仅造成了能源的浪费，也易造成环境的热污染。依据“余热资源优先、清洁能源辅助”以节能、减排、经济为导向，开展了空压机余热回收技术及综合利用系统研究，以压缩机为研究对象，以验证技术的节能、减排效果。

关键词：空压机；余热回收； 节能减排；利用技术

空压机作为工厂压缩空气的唯一来源，创造巨大经济效益的同时，也是重点的能耗设备，在产生压缩空气的同时，会产生大量的热量。而这些热能可以转换成洗浴用的热水，可将衣物烘干，如何将空压机产生的这些余热进行回收是节能的主要课题。

一、空压机系统

1、常用的空压机类型分别为旋转式压缩机、离心式压缩机、螺杆压缩机、隔膜压缩机、轴流式压缩机、旋片式压缩机、涡旋压缩机等。

2、轴流式压缩机简介。轴流式压缩机是一种动态类型的压缩机。轴流压缩机利用一系列扇形风叶将空气逐渐压缩。在运行过程中，机翼成对排列，一个在固定位置，另一个在旋转位置。旋转的空气叶片，也称为转子，可加速空气的流动。固定叶片也称为叶片或定子减慢并改变流体流动方向，为下一步运行转子叶片提供空间。该轴流式压缩机需要大量机械组件，而且，它们具有很高的材料质量，因此轴向压缩机的膨胀系数较高。轴流式压缩机具有高压比且适合多工序阶段，缺点是整体质量较大且制造难度较高。

二、潜在的能源和节约成本的可能性

1、修复压缩空气泄漏。空气泄漏是空压系统相关制造设施中造成能源损失的最大单一因素，尤其针对于制造技术复杂的轴流式压缩机。压缩空气泄漏的成本是指将压缩损失的空气量从大气压力压缩到压缩机工作压力所需的能量的成本。损失的空气量取决于管路压力、泄漏点的压缩空气温度、压缩机入口的空气温度和泄漏的面积。一般来说，接头、法兰连接、弯头、减少衬套、突然膨胀、阀系统、过滤器、软管、止回阀、安全阀、延伸件以及连接压缩空气管路的设备都会发生空气泄漏。

2、使用外部进气口。压缩机通常位于专门建造的庇护所内。庇护体的温度升高也是由于压缩机及其电机的散热。因此，建议在压缩机入口安装一个进气口，以便空气直接从外部进入而不是由内部供应。这将减少压缩机的能量消耗，因为压缩特定量的冷空气比相同量的热空气所需要更少的能量。

3、降低压缩机空气压力。有效保障生产设备所需的最低压力水平是最经济的方式。在许多情况下，可以降低空压系统压力，从而节省能源。大多数空压系统都有一个或多个关键的应用程序，以确定系统中的最小可接受压力。即使在高噪声的生产运行中，有时也能听到漏气的嘶嘶声。最终使用点的压力下降为压缩机排放压力的 40%的情况并不少见。然而，对这种问题的一种常见反应是安装一个更大的压缩机，而不是检查系统并找出问题。后一种纠正措施通常只有在采用较大的压缩机也不能消除问题后才会采取。由于安装和维护不良而导致压缩空气系统浪费的能量可占压缩机消耗能量的 50%，而通过实施节能措施可以节省大约 1/2 的无用能耗。

三、空压机余热综合利用

1、高效防垢换热技术。为简化空压机余热利用系统结构，并解决二级板式换热器的结垢问题，提出了高效防垢换热器，该换热器兼具换热和蓄能功能，换热通过盘管实现，热量由管内热流体通过盘管固体壁面传导给管外冷流体。蓄能通过自来水箱实现，水箱外部采用聚氨酯泡沫保温。盘管均匀安装在自来水箱内，管内介质为软化水，管外介质为自来水，通过一级分水器、二级分水器的均匀分配，保证进入每一个盘管的循环水流量近似相等，实现对自来水箱内自来水均匀加热，保证自来水温度的均匀性。盘管材质为不锈钢管，外形为圆形螺旋状，可有效增加单位体积内的换热面积; 另外弯曲的螺旋通道有利于增强流体的湍流状态，减小通道内流体阻力，有助于提高换热效率。换热器内的盘管采用螺旋状圆管，弯曲的螺旋通道有利于增强管内的湍流状态，引起管道的振动，从而加速管道表面水垢的脱落。另外，水垢与不锈钢管的膨胀系数不同，当温度变化时，水垢与不锈钢管膨胀或收缩量不同，形成的剪切应力可使水垢从盘管上脱离。自来水补水管道设置在自来水箱的上部，利用冷、热水的密度差，可实现冷自来水自然下沉，热自来水自然上浮，进一步增加了自来水的扰动，提高了盘管的换热效率。

2、空压机余热利用技术。综合考虑工厂洗浴水制取、建筑采暖、衣物烘干等用热需求，提出了空压机余热综合利用系统，该系统主要由热回收机组、空气源热泵、高效防垢换热器和新风机组构成。利用热回收机组回收空压机润滑油热量来制取 45 ℃ ～ 60 ℃ 循环水，一部分通入高效防垢换热器加热自来水，制 取40 ℃ ～ 45 ℃ 热水供职工洗浴; 一部分通入新风机组加热新风，制取 40 ℃ 左右新风，利用风道通入吊篮区域来烘干职工衣物; 剩余部分作为采暖水用于建筑采暖。空气源热泵以电力为驱动能源，制热时以大气为低温热源制取 45 ℃ ～ 60 ℃ 循环水，用作补充、备用热源; 制冷时以大气为热汇制取 7 ℃冷冻水，用于建筑空调或吊篮除湿。空气源热泵、空压机、热回收机组等构成了热源子系统;高效防垢换热器、热水箱、自来水箱、热电偶、电缆浮球、电磁阀、温控比例调节阀等构成了洗浴水子系统; 初效过滤器、抽风机、回风热回收器、表冷器、送风机等组成了新风机组，新风机组与新风道、回风道等构成了吊篮烘干子系统; 采暖/制冷循环水泵与供、回水管道等构成了采暖/制冷子系统。该系统不需消耗天然气、煤炭等一次能源，只需消耗少量电能，无直接污染物排放，具有自动化程度高、洗浴水温度恒定可控、换热高效防垢、衣物干燥效果好等优势，具体工作如下:( 1) 在热水箱顶部设置热电偶，并将其电线路与洗浴循环水泵串联，通过热水箱内水温的高低控制循环水泵的启停，将热水箱内水温控制在45℃ ～ 50℃。在洗浴水供水管道前端设置温控比例调节阀，控制热水箱内热水与自来水箱内常温水的混合比例，将洗浴水供水温度维持在恒定值。( 2) 在自来水箱和热水箱顶部设置电缆浮球，并在两水箱补水管道上设置电磁阀，同时将电缆浮球的电线路与电磁阀进行串联连接，实现两水箱的自动补水，并将两水箱水位控制在一定范围内。( 3) 新风在新风机组内依次被回风、热源循环水加热; 然后，由新风管道均匀通入吊篮区域内，充满整个空间，对潮湿衣物实现 360°无死角烘干; 最后，回风由回风管道收集，在新风机组内与新风交换热量后排入大气。

压缩空气是通过空压机消耗电能和热能等主要能源消耗的产物，这为空压机节能技术提供了一个明确的方向。空压机余热综合利用系统应用于工厂，充分利用余热、可再生能源，余热综合利用系统在经济、节能、减排方面具有显著的优势。  

参考文献：

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