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空气压缩机余热回收技术在纺织厂的应用


第 13 卷 第 11 期 2013 年12 月

REFRIGERATION AND AIRCONDITIONING

91-94

空气压缩机余热回收技术在纺织厂的应用
宗琦
摘 要

颜苏芊

钱远涛

安小康

西安工程大学)
针对某纺织厂空气压缩机大量余热被浪费的现状, 对利用高效板式换热技术回收喷油型螺杆式空 每年 气压缩机余热的可行性和节能潜力进行分析, 并对该工程进行改造设计。此改造方案投资约 14 万元, 可以为企业节省 39. 3 万元的生活热水费用, 成本回收期不足 5 个月, 具有很好的节能经济效益和社会效 益。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。 关键词 螺杆式空压机;热回收;改造;节能

Application of air compressor ’ s waste heat recovery technology in textile mills
Zong Qi Yan Suqian Qian Yuantao An Xiaokang ( Xi’ an University of Polytechnic ) ABSTRACT It is found that a great amount of residual heat from air compressor in one textile

mill is wasted. The feasibility and energysaving potential of the high efficiency plate heat exchanging technology, which can recover the heat from oiljet screw air compressor , are analyzed. A reformation was conducted. The investment of this reformation project is about 0. 14 million CNY. It can save 0. 393 million CNY from domestic hot water cost of the enterprise per year. The payback period is less than 5 months. The project has a good energysaving economic and social benefit. It can provide references for the application of waste heat recovery technology of air compressor in textile mills. KEY WORDS screw air compressor ;heat recovery ;reformation;energysaving 增大 , 影响产气效率 , 最终可能导致空气压缩机 [3] 。 , 损坏 因此 利 用 一 些 可 行 的 方 法 和 设 备 将 这些废热 回 收 利 用 , 既可以最大限度地回收能 量、 节约 能 源 , 又能解决空气压缩机的冷却问 题, 提高产气效率 , 具有 重 大 的 经 济 效 益 和 社 会 效益 。 笔者通过对 某 纺 织 厂 的 水 冷 型 喷 油 螺 杆 式空气压 缩 机 余 热 回 收 系 统 进 行 分 析 , 提出一 种余热回收方案 。 1 空气压缩机余热回收技术简介 喷油螺杆式空气压缩机余热利用技术是在不改 变空气压缩机原有工作状态的前提下, 通过冷却水和 高温油在热交换器中进行热交换, 把空气压缩机的高 温油迅速冷却, 将这部分余热经过热量回收装置转化 为热水供生活及生产工艺等使用;同时提高空气压缩
[ 4 ] 机润滑油降温的效果, 实现主机节能 。

空气压缩设备在纺织行业用于气动加压、 气 、 、 、 动引纬 气流喷射加捻 气动加湿 气流输送和清 洁、 气动落纱等方面。 空气在空气压缩机内被急 剧压缩, 温度极速升高。 同时, 机械部件接触面间
[ 1] 会产生大量的摩擦热 。 美国能源局的一项统计 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 [ 2] 都转化为热量 。为了保证空气压缩机的正常运 行, 需将这些热量通过目前常用的水冷或风冷冷 却方式排走, 这就造成了能量的极大浪费和环境 热污染。 实际测 试 发 现 , 空气压缩机排出的油气混 合物温度 通 常 情 况 下 可 达 80 ~ 100 ℃ , 这些热 量 若 不 能 及 时 排 走, 会使空气压缩机运行温度 升高 , 导致 润 滑 油 乳 化 , 出 风 量 下 降, 功率消耗
0506 收稿日期:2013作者简介:宗琦, 硕士研究生, 主要研究方向为空气热湿处理技术。

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第 13 卷

2 2. 1

企业情况及改造方案 企业情况

得, 这就需要大量的外购蒸汽。 鉴于此, 笔者提出 回收压缩机工作时润滑油产生的大量余热对洗浴 用水进行加热的方案。 2. 2 改造方案 空气压缩机原来采用在机内油冷却器中使高 温油和冷却水进行换热的方式。 此次改造在油气 分离器和油冷却器间串入一台机外板式换热器 , 如图 1 所示。

陕西咸阳某纺织企业配备了 4 台美国 24KT 型喷油螺杆式空气压缩机。 改造前采用机内冷却 水循环, 再利用冷却塔给冷却水降温的方式将润 滑油产生的大量废热排出, 压缩空气通过后冷却 器和冷冻干燥机处理。 而该企业约 1 500 名职工 洗浴用水 需 通 过 外 购 蒸 汽 加 热 自 来 水 的 方 式 获

1. 温控阀;2. 循环水泵;3. 温度调节阀;4. 电磁阀。

图1

系统改造示意图

现就油路循环系统和水路循环系统分述如下: 1 ) 油路系统 : 通常情况下 , 油温低于 70 ℃ , 从油气分离 器 分 离 后 的 高 温 油 进 入 机 外 的 板 式 换热器 , 与 进 入 换 热 器 的 自 来 水 进 行 换 热, 使得 油温降低 , 水温升高 , 从而获得所需用水 , 换热后 的低温油则经油过滤器后再回到空气压缩机 , 这 样就节省了大量一次性能源 ; 而当高温油温度高 于 70 ℃ 时 , 温控阀 1 与油冷却器进口联通的阀 门会打开 , 一 部 分 高 温 油 进 入 板 式 换 热 器, 另一 部分 高 温 油 通 过 油 冷 却 器 , 冷却后再进入压 缩机 。 2 ) 水路系统:通常情况下, 自来水与高温油在 换热器中进行热交换后, 所获得的热水被输送到 蓄热水箱, 再由蓄热水箱输配到用水点; 而当蓄热 水箱热水温度低于设定值时 ( 此项目设定值为 45 ℃, 实际中由于换热器出口到蓄热水箱的接管较 短, 故不考虑热损 ) , 打开温度调节阀 3 与蓄热水 箱循环水管进口联通的阀门, 使蓄热水箱的水通 过板式换热器与高温油进行换热, 使水温升高、 油 温降低;当蓄热水箱的水温高于设定值时, 增大电 磁阀 4 与自来水联通阀门的开度, 使水量有所增 大, 水温降低。 至于水位控制方面, 当缺水时, 由

浮球阀控制通过补水管自动补水。 方案保留了原有的冷却系统 , 提高了安全系 数, 可以在 满 足 压 缩 机 正 常 的 工 作 油 温 、 保证系 , , 统稳定运行的前提下 实现废热利用 节能环保 , 减少 温 室 气 体 排 放 , 达到良好的经济和社会 [5] 效益 。 系统改造施工部分还包括热交换器与空气压 缩机、 热交换器和蓄热水箱之间的管道, 添加了一 台循环水泵及必要的阀件, 管道和蓄热水箱均应 加装保温层。改造后实际照片见图 2 。

图2

板式换热器和接管图

第 11 期

宗琦 等:空气压缩机余热回收技术在纺织厂的应用

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3 3. 1

可行性分析 原热水系统耗热量计算 t = 180 该纺织厂采用外购蒸汽 ( p = 0. 7 MPa,

Q = cmΔt = 4. 186 8 × 50 × 1 500 × ( 45 - 17 ) = 8 792 280 3. 2 空气压缩机实际回收余热计算 换热器所用水为自来水, 由装在管路上的水

℃, h = 2 763. 29 kJ / kg, 单价 200 元 / 吨 ) 的方式加 热洗浴用水, 洗浴用水蓄热温度为 45 ℃ , 经测试 换热器进水平均温度为 17 ℃ ( 春 季 测 试 平 均 温 度) , 工人洗浴用水情况见表 1 。
表1
生产 班次 1 2

3 表知水流量为 3 m / h, 那么经板式换热器一天可 回收的热量可按式( 1 ) 算得:

工人洗浴用水情况
洗浴 时间 不限 不限 工作 加热 时间 / 天 方式 350 外购蒸汽 350

Q = cmΔt = 4. 186 8 × 3 × 10 3 × ( 45 - 17 ) × 24 = 8 440 588. 8 因 此 可 以 改 造 的 空 气 压 缩 机 台 数 为: 8 792 280 ÷ 8 440 588. 8 = 1. 1 , 所以只对 2 台空气 压缩机进行改造即可满足洗浴用水要求 。 3. 3 空气压缩机理论回收余热计算 该纺织厂的水冷型喷油螺杆式空气压缩机型 350H WC 24KT, 号为 LS25S全天 24 小时运行, 运 行参数见表 2 。

用水量 / 人数 ( 升 / ( 人·天) ) 50 750 750 50

每天耗热量可按式( 1 ) 计算: Q = cmΔt

(1)

式中:Q 为耗热量 ( kW ) ; c 为水的比热容 ( 4. 186 8 kJ / ( kg·K) ) ;m 为水的质量流量 ( kg / s ) ; Δt 为水 温变化值( ℃ ) 。 可算得每天耗热量为
表2
额定功率 P 额 / kW 261. 1 转速 / ( r / min) 1 487 吸气压力 p s / Pa 95 707
[ 6]

空气压缩机运行参数
吸气温度 t sg / ℃ 20 排气温度 td / ℃ 89 喷油温度 t so / ℃ 48 容积流量 q v / ( m3 / min) 41. 4

排气压力 p2 / Pa 690 000

据压缩机轴功率公式 , P = q mg c pg ( t d - t sg ) + q mo c po ( t d - t so )

(2)

油的质量流量 q mo 为 2. 22 kg / s。 进一步可算得每 台空气压缩机每天能够回收的余热量为 2. 039 × 2. 22 × ( 89 - 48 ) × 3 600 × 24 = 16 034 957. 0 。 因 此, 可 求 得 余 热 回 收 效 率 为 η = 8 440 588. 8 ÷ 16 034 957. 0 = 52. 6% 。这也就意味着空气压缩机 的余热不可能被 100% 的回收, 空气压缩机向外界 散热是必然的, 而且实际上油气之间也存在换热 温差。 4 节能效益分析 4. 1 蒸汽节省 机器一年运行 350 天, 进入换热器的低温流体 为自来水, 自来水温度随季节的变化而有所变化, 因此可按季节分别计算可回收热量。 该纺织厂位 于陕西省, 所以按陕西地区的气候讨论。 具体计 算结果见表 3 。
水的比热容 / ( kJ / ( kg·K) ) 回收热量 / ( × 10 9 kJ) 1. 63 1. 47 2. 33 节约蒸汽量 / t 590. 0 532. 0 843. 2 1 965. 2 — 蒸汽单价 / ( 元 / 吨) 节约成本 / 万元 11. 8 10. 6 16. 9 39. 3

式中:P 为压缩机实际轴功率 ( kW ) ; q mg 为空气质 量流量 ( kg / s ) ; c pg 为空气定压比热容 ( 1. 005 kJ / ( kg · K ) ) ; t d 为 排 气 温 度 ( ℃ ) ; t sg 为 吸 气 温 度 ( ℃ ) ;q mo 为油的质量流量( kg / s) ;c po 为油的定压比 热容( 2. 039 kJ / ( kg·K) ) ;t so 为喷油温度( ℃ ) 。 空气的质量流量可按式( 3 ) 求出: q mg = p s q v / ( RT sg ) (3) 式中:q mg 为 空 气 质 量 流 量 ( kg / s ) ; p s 为 吸 气 压 力 ( Pa) ;q v 为 空 气 容 积 流 量 ( m3 / s ) ; R 为 气 体 常 数 ( 287 J / ( kg·K) ) ;T sg 为吸气温度( K) 。
3 当排气量 Q 大于 40 m / min 时, 空气压缩机的 [ 7] 机械效率 η m 为 0. 92 。据 P 的表达式 ( P = P 额 · ηm ) , 将表 2 中相应数据代入式 ( 2 ) 和式 ( 3 ) , 可得

表3
季节 冬季 夏季 春秋季 合计 时间 12 月—次年 2 月 6 月—9 月 3 月—5 月, 10 月—11 月 — 天数 90 122 138 350 平均进水 温度 / ℃ 15 25 17 — —

节约蒸汽量计算结果

热水出水 温度 / ℃

45

4. 186 8

200



5. 43

· 94 ·

第 13 卷

综上可知, 全年可省去购买蒸汽 1 965. 2 吨 ( 折合节约 标 准 煤 185 t, 减 排 CO2 约 481 t, 减排 SO2 约 4. 44 t) , 节省 39. 3 万元。 4. 2 预算及投资回报 具体投资预算见表 4 , 投资预算 140 680 元, 项 目改造后年可节约蒸汽 1965. 2 吨, 折合年节约成 本 39. 3 万元, 从而可算得投资回报期不足 5 个月。
表4
设备 板式换热器 / 台 循环水泵 / 台 水循环系统 / 套 蓄热水箱 总计 数量 2 1 1 —

了企业竞争力。 该方案投资回收周期短, 符合企 业少投资高回报的效益要求。 合理的热回收方案可以有效利用纺织厂空气 压缩机系统被浪费的大量热量, 这既能解决空气 压缩机的散热问题, 又节能环保。 需要注意的是, 每个企业要具体情况具体分析, 进行详细的可行 性研究, 选择合理的改造方案, 以免造成改造后用 水过剩、 浪费的现象。 参考文献
[ 1] 陆振乾, 生兆昆. 空气压缩机热能回收原理及应用效 J] . 棉纺织技术, 2011 , 39 ( 2 ) :7981. 果[ [ 2] 岑曦. 空气压缩机热能回收系统的开发[ D] . 上海:上 2010. 海交通大学, [ 3] 张彩英, 徐攀, 毕芝玉. 一种空气压缩机废热回收利 J] . 可再生能源, 2009 , 27 ( 5 ) :117119. 用方法[ [ 4] 王少波. 螺杆式空压机余热回收技术的应用及节能 J] . 能源与节能, 2011 ( 9 ) :1516. 效益分析[ J] .上 [ 5] 张浩, 闵圣恺. 空气压缩机的热回收改造实践[ 2009 ( 2 ) :810. 海节能, [ 6] 尹华, 何兆红, 等. 空气压缩机热能回收改造 郭华芳, J] . 节能, 2011 ( 6 ) :5658. 实践[ M] . 北京:中国纺织出版社, [ 7] 李宗耀. 纺织空压技术[ 2001 :168 .

投资预算
小计 / 元 106 000 4 680 30 000 140 680 备注 蓄热 水 箱 是 公 司利 用 原 来 的 旧 材 料 改 装 的, 可不计投资

单价 / 元 53 000 4 680 30 000 —

由此可看出, 此次改造带来的效益很可观, 而 且系统实际运行安全、 可靠。 接下来可进一步改 造剩余的 2 台空气压缩机, 将可回收的热量用于需 要的工艺上, 如用于浆纱机浆纱和织布车间的加 湿, 这样节省的费用会更多。 5 结束语 对原有空压系统的改造方案具有很大的节能 潜力, 具有可观的热回收效率 ( 52. 6% ) , 每年可节 省外购蒸汽 1 965. 2 t ( 39. 3 万元 ) , 减少了一次能 源的能耗, 提高了企业经济效益和社会效益, 增强

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( 下接第 101 页)

温度可变的制冷系统具有明显的优势, 它不仅可 以将不同的功能融为一体, 扩大使用范围, 而且可 以维持尽可能高的蒸发温度, 从而具有高效节能 。 , 的特点 对冷藏车而言 蒸发温度可以随设定温 度自动调节, 从根本上解决了一车多用和一车多 温的难题, 并且节约燃油, 降低排放。 致谢: 英格索兰亚太区温控系统部韩润虎博士对本 文提出诸多建议, 在此致以衷心的感谢!

参考文献
[ 1] Sherri D Clark, 周水洪, 欧阳军. 易腐食品冷链百科全 M] . 上海:东华大学出版社, 2009. 书[ [ 2] 卜啸华. 制冷与空调技术问答[ M] . 北京:冶金工业出 2000. 版社, 机械工业出版社, [ 3] 郑慧明, 邹磊, 徐祯祥, 等. 论蒸发温度和冷凝温度对 . 发 电 与 空 调, 2013 , 34 ( 2 ) : 制冷 效 率 的 影 响[J] 3235. [ 4] GB 50189 —2005 公共建筑节能设计标准[ S] . J] . 制冷技 [ 5] 韩润虎. 压缩机常见故障分析( 4 ) —过热[ 2005 ( 2 ) :3841. 术,


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