空压机冷却器余热回收应用案例分析

1、空压机冷却器余热回收应用案例分析在纺织厂中，由于无油螺杆空压机制得的压缩空气洁净无油，因此被大量应用，但是高 温压缩空气中大量余热通过冷却塔被排放到大气中，不仅造成了能源的极大浪费而且产生了 废热污染大气。为此，提出合理的改造方案来回收这部分余热，对其可行性和经济性进行分 析，并对中间冷却器进行改造设计。此设计方案是在原有中间冷却器的基础上进行的合理改 造，只需要投资4.75万元，每年就可以为该纺织厂节约洗浴用水所需要的8.03万元燃煤费， 而且杜绝了燃煤产生的污染物。该方案可为空气压缩机余热回收利用技术在纺织厂的应用提 供参考。弓I言纺织厂中，空压机作为动力源，用于气动加压、气动输送、气动弓

2、I纬等方面。空压机将 电动机的部分机械能转化成空气的压力能，在此过程中，会产生大量的热能。美国能源局的 一顶统计显示：压缩机运行过程中真正用于增加空气势能而消耗的电量仅占其总电耗的 15%，其余的几乎都转化为热量1。为了保证空压机的正常运行，这部分热量主要通过空气 冷却或水冷却排到大气中去，这样造成了能源的极大浪费而且产生了废热污染大气。当前， 纺织工业“十二五”发展规划要求加快绿色环保、资源循环利用及节能减排等先进适用技术 和装备的研发和推广应用。组织实施节能、降耗、减排的共性、关键技术开发和产业化应用 示乂2。为了响应国家节能减排的方针政策，对乂乂某纺织厂空压站提出可行的方法和合理 的方案

3、，对热量进行回收利用，达到节能减排的目的，提出了一种纺织厂余热回收的方案。无油螺杆空压机工作原理目前，该纺织厂采用的是AtlasZR5-53型无油螺杆空压机。冷却方式采用的是水冷却， 再利用冷却塔将水降温的方式将压缩空气产生的大量废热排出。在现有的空气冷却中，进入 冷却器水的温度为18C，出水温度为34。，本研究方案可以在空气状态参数不变的情况下， 制得60C左右的热水，这部分水可以满足日常生活用水、空调用水以及浆锅的冲洗等所需 热水要求。无油螺杆空压机工作原理如图1,外界空气经过过滤器后进入一级压缩机进行压缩，空 气温度急剧升高到186C，压力增大，然后进入中间冷却器，经过冷却后，空气温度降

4、低 到54C；再进入二级压缩机，再次被加压升温，然后进入后冷却器进行降温，最后制得需要 的高压低温压缩空气。目前，该纺织厂无油螺杆空压机的中间冷却器和后冷却器都是采用管 壳式换热器，高温高压空气走管程，经过冷却塔冷却的冷却水走的是壳程。无油螺杆空压机中间冷却器的改造方案目前，只对图1中虚线部分的中间冷却器进行分析改造。此次改造是把现用的中间冷却 器换为符合出水温度要求的管壳式换热器，只是在换热面积上作出合理的改变，使通过中间 冷却器的冷却水达到所需热水的温度要求。在未改造前，中间冷却器通人的是冷却塔的循环 水;改造后，通人自来水，经过换热后，可以直接得到符合温度要求的生活热水。在改造中间冷却器

5、时，为了满足纺织厂工艺的需求，尽量减少、压缩空气通过中间冷却器 的压降，因此改造后的换热器只是略微增加了换热器的长度，对整个空压系统而言，换热器 本身带来的气体压降非常小。因此，改造后，增加的阻力对压缩空气的影响是可以忽略不计 的。对于冷却水，改造后，直接把自来水通人到改造后的管壳式换热器，出水温度在60C 左右，这样就可以满足日常生活用水、空调用水以及浆锅的冲洗等的水温要求，根据纺织厂 的具体需要，合理分配制得的热水。可行性分析1、中间冷却器换热量改造前，对于中间冷却器，其进出空气温度及进出冷却水温度，加表1所示：表1中间冷却器醐空气温度刷姗冷却水温度进口空气温度 (C)出口空气温度(C)进

6、水温度 (C)出水温度 (C)186341954由于空气比热容是随温度变化的，所以，先计算出不同温度下的空气比热容值，在特定 温度下空气的比热容如表2：利用内差法得空气在54C时的比热容为：Cfe 腊=1.005 kJ/(届 K)；空气在186C时的比热容为：CP,m|=L011kJ/(kg*K)i对于该纺采用的 Atlas ZR5-53型无油螺杆空压机，其铭牌参数是：气体温度为20C; 大气压力为0.1MPa;相对湿度为0%;空气流量为69m3/min。根据理想气体公式:PV=m1RT (1)式中：P-大气压力(Pa);V-空气的体积流量(m3/s);m1-空气的质量流量(kg/s);R-空

7、气气体常数，为287(J/(kgk);T气体温度(K)。所以空气的质量流量0.1 x 104 xm I = 堕_ = 1.37kg/ s287 x (273 + 20)根据热量计算公式Q=m1(c1t1-c2t1) (2)式中:Q-中间冷却器的换热量(kW);t1、t1-中间冷却器进、出气温度(K);cl、c2-分别为t1、t1下的比热容(kJ/ (kgK)。得 Q=1.37 X 1.011 X (273+186)-1.005X (273+54) =185.3kW2、改造前换热器传热系数和冷却水质量流量的计算根据传热方程式Q=kAAtm (3)式中:k-传热系 数(kW/(m2 - K);A-

8、中间冷却器的换热面积(m2);t-对数平均温差(K)。及热平衡方程式f Hfi iQ二叫( 叫)二邮(q 呜)(4)式中:c3-水的比热容(kJ/(kg K);m2-中间冷却器冷却水的质量流量(kg/s);t2、t2-中间冷却器进、出水温度(K);改造前的中间冷却器换热面积的计算如下：已知，改造前中间冷却器是由292根管长为1.2m、管子直径为12mm的管子组成，所 以中间冷却器换热面积 A=3.14 X12 X10-3 X 1.2 X 292=13.20 m2。因此，根据公式3和公式4能够计算出中间冷却器的传热系数k以及冷却水的质量流量 m2。计算结果见表3。榕中1聘却器参数计算献t?(r)

9、Q佩)A顷)A3)k(W(MK)W(kg/s)19I34185.379.6713.200.1762943、改造后的中间冷却器的换热面积和冷却水的质量流量为了满足纺对用水温度的要求，冷却水的出水温度要求在60C,进水为19。的自 来水。对于压缩空气，进出口温度差是保持不变的，空气质量流量已经通过公式(1)计算得 出m1=1.37kg/s。所以根据公式(4)得出改造后中间冷却器的质量流量m 尸-L 05(kg/s)2 (60-19)x4,18因此，在换热器的计算中，要选择合理换热面积和传热系数的换热器。这里要综合阻力、 换热效率、投资等问题。为了研究以及改造的方便，选择的是现有的换热器形式，这样在

10、承压、空气压降等方面 都是符合要求的，只是改变现有换热器的面积。在面积改造上，是采用增加换热器的长度 改造前后中间冷却器的换热系数变化可以忽略不计。因此，利用公式(3)得出计算结果，见 表4。表4改莅后的中间冷却宿的长度辅冷却水的质量流量进水出水对数平换热换热改造后水的温度温度均温差面祝管长质量流量(C)(C)(C)(m勺(m)(kg/s)186()7L8414.641.33LO5对比表3和表4,可以看出，经过改造之后，在得到60C的热水时，中间冷却器的长度 由以前的1.2m增加到1.33m，只增加了0.13印，增加的这部分长度对压缩空气带来的压降 可以忽略，而且改造中间冷却器增加的成本也很少

11、、;对于冷却水的质量流量，由原来的 2.94kg/s降低到了 1.05kg/s，这样在水泵的能耗方面有了一定的减少、。4、经济性分析乂乂某纺织厂，职工1086人，每人平均每天在厂内洗浴0.5次，每次洗浴大约20分钟 左右，洗浴用水温度40。经过统计，洗浴用水量为每10分钟0.08吨。每天总的用水量大 约在 2X0.08X0.5Xl086=86.88t。目前，该纺织厂应用的是锅炉加热热水的方法来获得洗浴用水，锅炉的热效率为80%。 采用的是热值为24244kJ/kg的煤，根据XX物价局给出的数据，此种煤的标准价格为530 元/吨。具体数据见表5。由表5知，该纺织厂每年用于员工洗澡燃煤的费用需要8

12、.03万元。表5该纺洸酬水觥剧微跚算热水量（吨/天）煤的用量 （kg）煤的单价 （元/吨）煤的总价 （元/天）全年总价 （万元/年）86.88414.025302208.03对于一台改造后的中间冷却器，每天可以得到60。的热水90.72t，用这部分热水和19。 的自来水混合，得到40。的洗浴用水。根据热平衡方程可以计算得出：混合后总共可以得到40。的热水165.86tH此，一个 中间冷却器回收的热水不仅可以满足员工洗浴用水的需要，而且剩余热水可以用来供其它需 要热水的设备使用。综上得，经过改造之后，每年可以为该纺织厂节省8.03万元的支出。3.5投资预算具体投资见表6。表6改造设备投资费用投资设备数量单价/元总价，元水泵/台154325432蓄水箱/台154205420水系统1286502祎0中间冷却器180008000总计47502由表6可以得出：总共的设备投资为4.75万元，而每年可以节约购买煤的费用8.03万 元，回收期为8个月，收益很可观。而且，杜绝了烧煤产生的CO2、SO2、粉尘等污染物质， 减少了对大气环境的污染。结束语纺织厂空压机中间冷却器最初采用的