大型水冷空压机热能的回收利用

空压机 大型水冷式空压机热能的回收利用文章来自： 空气压缩机是将原动机(通常是电动机)的机械能转换成气体压力能的装置。在机械能转换为气体压力能过程中，空气被强烈地压缩。温度骤升，产生大量的热量，同时空压机机械部件高速运转也会产生大量的摩擦热。这些热量若不能按要求及时转移出去，会使空压机运行温度升高，导致润滑油氧化，润滑性能降低出风量下降，功率消耗增大。形成了恶性循环，最终可能导致空压机损坏，这种情况在夏季尤其明显。目前空压机普遍采用风冷或水冷方式将这些低品质热量排放到大气中。从节约资源、可持续发展的角度来看利用某些专用设备把空压机产生的废热转移利用，既能解决空压机组的冷却问题又最大限度地利用了能量具有重大的经济效益和社会意义【ll121。基于此想法。本文提出了将现有的冷却散热系统改装，利用热泵技术回收这些低品位热能的方案。1项目背景济南铁路局徐州车辆段空压机室现有2台额定功率l 10 kW的螺杆式空压机组、2台额定功率55 kW的活塞式空压机组和2台输入功率为5 kW的空气干燥器，采用水循环冷却塔降温，冷却塔降温所能达到的极限温度是环境温度。徐州地区夏季环境最高温度超过32，现有的降温手段满足不了空压机组必需的运行条件。只有采取强制冷却或靠其他恒定低于32的媒介自然传导的方式才能满足降温要求。另一方面，根据实地调查，徐州车辆段职工洗浴用水目前仍然是利用蒸汽加热的方式获得，每天洗浴人数400500人次，耗用4045的洗浴用水30。50 t，这消耗了大量的一次能源，也增加了企业的运营成本。本项目通过改装水循环冷却散热系统利用水源热泵技术将空压机产生的热量回收用于生产洗浴用水可以使空压机处于2030的环境中运行，散热性能优于原有的冷却系统。保证了空压机高效、稳定地工作。润滑油运行时间延长而且充分利用了空压机组产生的废热不再使用蒸汽加热洗浴用水，减少了一次能源的消耗降低了成本一次投资后即节省大笔的运行费用，具有相当可观的经济效益和重要的社会意义。2热泵技术热泵技术是一项倍受关注的新型节能技术。其基本原理是基于逆卡诺循环进行能量转移：通过消耗一定的辅助能量(如电能)驱动压缩机，使制冷剂在换热系统内循环达到从低温热源吸收热量向高温热源释放热量的目的3141。热泵系统主要由吸热盘管(俗称蒸发器)、压缩机、散热盘管压缩机运行作功消耗了部分能量，使不断循环的制冷剂在低温端和高温端产生不同的变化状态和不同的效果即蒸发吸热和冷凝放热。该系统达到了一机两用的目的。当循环的目的是给高温热源供应热量时，可用作供热采暖设备；若为了从低温热源取走热量时，又可用作制冷降温设备。通常。热泵每消耗1个单位的能量，用户可以得到35个单位以上的热量或冷量，能效比较高口。采用热泵技术是实现空气压缩机废热利用的最佳方案。3方案设计31废热回收原理空气压缩机废热回收及生产洗浴用水方案是在原有冷却塔散热的基础上改进而成(图2)。水泵l、冷却塔、水池以及管道是原有的循环冷却系统。改进方案增加了水源热泵机组、低温端循环水泵2、高温端循环水泵3、洗浴储水箱以及管道。改进后冷却塔不再投入使用。但为了保证系统运行安全可靠，仍然保留了冷却塔，只是在冷却塔入口和出口管道上增加了处于常闭状态的阀门一旦热泵废热回收系统出现故障后，可以打开这2个阀门使原有的冷却塔降温系统投入使用。确保了空压机能可靠冷却。正常运行时，在冷却水循环作用下，空压机组以及空气干燥器产生的热量被水吸收。转移到水池中：水泵2将水池中的水抽到热泵机组的蒸发器端。将热量传导给制冷剂，制冷剂吸热后蒸发；在压缩机的驱动下热量转移到冷凝器端，传导给洗浴热水；在水泵3的驱动下。洗浴热水的温度逐渐升高。生产的洗浴用水储存到洗浴水箱中。这样整个系统持续运行空压机以及空气干燥器产生的废热就逐渐转移到洗浴热水中。32参数确定空压机冷却散热系统工作情况较复杂。有必要按简化原则将冷却系统等效为一个低温热源。空压机的气体压缩过程瞬间完成，可看作是绝热压缩过程，其温度参数的关系按下式计算3l：T2=T,(P2尸1)肛懈 (1)式中：瓦为压缩后空气的绝对温度，K；正为压缩前空气的绝对温度，K；P2为压缩后空气的绝对压力，Pa；Pl为压缩前空气的绝对压力。Pa；K为绝热指数，对于空气取14。压缩空气的冷却过程为定压冷却其放热量按下式计算：Q=C纠oV(tz-to) (2)式中：Q为高压空气冷却过程的散热量，kj；cP为空气的定压比热，取Cp=1005 ld(kgoC)；p为吸入空气密度，kgm3；V为吸入空气的体积，m3；如为冷却前空气的温度，如=2273；to为冷却后空气的温度，即空压机的排气温度，一般比环境温度高10。以1台螺杆式空压机(输入功率110 kW自由排气量20 m3min，排气压力75105 P8)、l台活塞式空压机(输入功率55 kW，自由排气量10m3min，排气压力75x105 Pa)、2台冷却式空气干燥器(输入功率为5 kW)为例，计算散热量。取环境温度为20，空气压力P1取98x104 Pa，将相关数据代人公式(1)和公式(2)，计算可得机组的冷却散热量Q为158 kW，同时，可得高压空气冷却前的温度如高达265。从计算值可以看出，空压机冷却散热量大，而且温度高，完全可以回收利用。根据徐州车辆段提供的4台空压机组使用情况及现场实测数据，空压机循环冷却水进水口水温约为32，出水口约为40，流量为20m3h。计算的实际冷却散热量Q为1867 kW。33设备选型本方案的首要目的是冷却空压机。若使冷却系统达到热平衡，保证冷却效果，应使热泵蒸发器端吸热量大于空压机组的冷却散热量。选择了额定制冷量大于空压机组散热量的LWP700热泵机组1台。该机组在制冷工况的额定制冷量为198kW，耗电48 kW；在制热工况的制热量为260kW。耗电768 kW。根据热泵机组蒸发器端要求的循环水流量配置l台功率4kW的潜水泵：根据冷凝器端要求的循环水流量，并考虑到热泵机组与洗浴水箱距离较远，管道内的水温度较高。故配置l台功率4 kW的管道离心泵。4经济效益分析每天生产4550的洗浴热水50 t即把水加热了约30，制备这些热水所需的热量为63104 kJ。LWP700热泵机组的冷凝器端散热量取空压机组的冷却散热量1867 kW，则热泵机组每天运行的时间应为94 h。热泵机组的首要任务是冷却空压机组，空压机组每天运行时间大约为10 h所以热泵机组每天也需要运行10 h。考虑设计所选状况都为最不利的状况选择50 t的洗浴水箱。即使考虑到管道以及洗浴水箱的热损失，制备的洗浴用水温度也能满足需求。未使用热泵机组之前洗浴用水制取方式采用蒸汽、水直接换热。每天需要使用蒸汽15 t，按145元t计算，每天制备这些洗浴用水所需蒸汽的费用为2 175元。采用空气压缩机废热回收生产洗浴用水方案后。实测空压机组运行温度保持在20。30。散热性能优于原有的冷却系统。系统每天回收废热制取50 t洗浴用水的电费仅为448元若考虑到首先满足了空压机组冷却工况，制备这些洗浴用水可以看作是免费的。5结论回收空气压缩机废热生产洗浴用水方案，既解决了空压机冷却散热的难题，又为职工