【壓縮機(jī)網(wǎng)】引言

　　空壓機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的通用機(jī)械，運(yùn)行時(shí)其輸入能源的85%～98%將轉(zhuǎn)化為熱能，如不將熱量回收，熱能將由冷卻器、排風(fēng)扇帶走，排放到環(huán)境中，這些熱能并沒有得到很好的利用。目前有許多工廠使用余熱回收裝置，回收的熱量大多用于洗浴用水、采暖及工藝預(yù)熱。

　　在廣汽本田增城工廠，壓縮空氣的電力消耗約占全部電力消耗的12%。2019年已完成噴油螺桿空壓機(jī)的改造，將原本廢棄的熱量回收。由于工廠中空壓站緊鄰制冷站，制冷站中的冷凍機(jī)為生產(chǎn)工藝以及環(huán)境提供冷凍水。制冷系統(tǒng)用量最高時(shí)每天需要為工廠提供冷量超過1000GJ。經(jīng)過研討確定將熱水用于制冷。這也是公司內(nèi)首次引入溴化鋰制冷機(jī)組，同時(shí)開創(chuàng)了汽車行業(yè)用空壓機(jī)余熱零成本制冷且用于生產(chǎn)工藝的先例。螺桿空壓機(jī)余熱回收制冷節(jié)能項(xiàng)目自2019年11月14日投入使用，全年24小時(shí)不間斷穩(wěn)定運(yùn)行，未發(fā)生任何故障。每年實(shí)際節(jié)約電力近120萬kWh，節(jié)省費(fèi)用逾100萬元。在此基礎(chǔ)上，推進(jìn)無油空壓的余熱回收。

　　1 無油空壓機(jī)熱回收原理分析

　　目前工廠在用的無油空壓機(jī)主要是離心式空壓機(jī)和無油螺桿空壓機(jī)。

　　離心式空氣壓縮機(jī)的空氣系統(tǒng)并不復(fù)雜，空氣經(jīng)吸風(fēng)口和空氣過濾器接入空壓機(jī)一段進(jìn)氣口，通過空壓機(jī)內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)的葉輪對空氣做功，使空氣壓力、溫度、流速提高，然后流入擴(kuò)壓器，再使空氣流速降低，壓力進(jìn)一步提高，并經(jīng)導(dǎo)向裝置使空氣流入下一級葉輪繼續(xù)壓縮。由于空氣經(jīng)逐級壓縮后的溫度不斷升高，而在下一級中壓縮溫度高的空氣則需多耗功。為了降低空氣溫度，減少壓縮功耗，空氣系統(tǒng)中采用了分段中間冷卻的結(jié)構(gòu)。在空氣系統(tǒng)中沒有油的參與，所有熱量蘊(yùn)含在空氣當(dāng)中，壓縮后的空氣通過各級冷卻器與循環(huán)水進(jìn)行換熱，由循環(huán)水帶走大部分熱量，其余熱量散發(fā)到空氣。

　　本次余熱回收系統(tǒng)回收的熱量主要來源于高溫的壓縮空氣。根據(jù)離心式空壓機(jī)特性，空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生大量的壓縮熱，壓縮熱消耗的能量占機(jī)組運(yùn)行功率的85%，通常這部分能量通過機(jī)組的風(fēng)冷或水冷系統(tǒng)交換到大氣當(dāng)中。離心空壓機(jī)分三級壓縮，根據(jù)相關(guān)的技術(shù)資料，對于離心式壓縮機(jī)，一、二級的潛熱小，不僅回收熱水的溫度不能滿足需求，而且改造會對設(shè)備造成不良影響，而其第三級主機(jī)出口氣溫一般可以達(dá)到110℃，可回收65℃～75℃的熱水，之后經(jīng)過冷卻的壓縮空氣一般控制在30～35℃。所以對離心機(jī)第三級壓縮熱量進(jìn)行回收，可獲得最大效益（一臺離心機(jī)每小時(shí)最多可回收12萬kcal熱量）。對于無油螺桿空壓機(jī)，同樣回收最后一級的熱量，可獲得最大效益（一臺無油螺桿機(jī)每小時(shí)最多可回收7.7萬kcal熱量），四臺離心機(jī)和一臺無油螺桿機(jī)通過熱回收以后，在熱水69℃回、75℃出的工況之下，每小時(shí)可以有約100噸的流量。

　　2 溴化鋰制冷原理分析

　　利用空壓機(jī)余熱產(chǎn)出的熱水來用于溴化鋰機(jī)組制冷，則幾乎不需要花費(fèi)運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用，便能獲得大量的冷源，具有很好的節(jié)能效果，有利于熱量的綜合利用。

　　溴化鋰吸收式制冷機(jī)以熱能為驅(qū)動力，以水為制冷劑，溴化鋰溶液為吸收劑，制取制冷溫度在0℃以上的冷量，可用作空調(diào)或生產(chǎn)工藝過程的冷源。以熱能為動力，無需耗用大量電能，而且對熱能要求不高，75℃的熱水可被其利用。

　　溴化鋰吸收式制冷機(jī)主要由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、換熱器、循環(huán)泵等部分組成。制冷循環(huán)過程：當(dāng)溴化鋰水溶液在發(fā)生器內(nèi)受到熱媒水的加熱后，溶液中的水不斷汽化，溶液濃度不斷升高，進(jìn)入吸收器；水蒸氣進(jìn)入冷凝器，被冷凝器內(nèi)的冷卻水降溫后凝結(jié)，成為高壓低溫的液態(tài)水；當(dāng)冷凝器內(nèi)的水通過節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)，急速膨脹而汽化，并在汽化過程中大量吸收蒸發(fā)器內(nèi)冷媒水的熱量，低溫水蒸氣進(jìn)入吸收器，被吸收器內(nèi)的溴化鋰水溶液吸收，溶液濃度逐步降低，再由循環(huán)泵送回發(fā)生器，完成整個(gè)循環(huán)。如此循環(huán)不息，連續(xù)制取冷量。

　　因此制冷循環(huán)實(shí)際上是溴化鋰水溶液由稀變濃再由濃變稀和冷劑水由液態(tài)變汽態(tài)再由汽態(tài)變液態(tài)的循環(huán)過程。在溴化鋰機(jī)組，熱量輸入輸出的媒介分別由熱媒水、冷媒水、循環(huán)水三個(gè)獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)組成， 由其工作原理可知，熱媒水和冷媒水輸入的熱量應(yīng)等于循環(huán)水輸出的熱量。制冷循環(huán)是物理變化過程，且是負(fù)壓狀態(tài)。溴化鋰機(jī)組的主要參數(shù)見下表。

　　3 解決方案

　　無油空壓機(jī)工作時(shí)，將供給它的能量（電能）的85%轉(zhuǎn)變成了熱能，這些熱能中的大部分都傳給了冷卻介質(zhì)（水），對這部分熱量進(jìn)行回收利用，其效益是很可觀的。對4臺離心空壓機(jī)及1臺無油螺桿空壓機(jī)進(jìn)行余熱回收改造，用于溴化鋰吸收式制冷機(jī)生產(chǎn)冷凍水。

　　壓縮完的空氣在換熱冷卻前溫度達(dá)110℃，確認(rèn)此次改造的主要內(nèi)容：空壓機(jī)提供熱源（高溫的壓縮空氣），通過控制，出口水溫可達(dá)75℃。參考一期項(xiàng)目，由于空壓站緊鄰制冷房旁，制冷站房最高時(shí)需要提供冷量2700RT左右，淡季也需要提供冷量150RT。引入溴化鋰吸收式制冷機(jī)，將利用空壓機(jī)余熱產(chǎn)出的熱水用于溴化鋰制冷，即可滿足淡季時(shí)的供冷量。

　　具體改造過程是在不改變空壓機(jī)正常工作狀態(tài)的前提下，在空壓機(jī)原有的后冷卻器前增加余熱回收機(jī)組，通過余熱回收機(jī)組對高溫空氣進(jìn)行換熱冷卻，利用高溫空氣對熱媒水進(jìn)行加熱，熱媒水由水泵抽出，把得到的熱水供溴化鋰制冷機(jī)使用。

　　每臺空壓機(jī)配置一臺熱回收機(jī)組，根據(jù)所需溫度進(jìn)行設(shè)定，熱回收機(jī)組循環(huán)末端管道接入溴化鋰制冷機(jī)形成閉式循環(huán)系統(tǒng)。循環(huán)介質(zhì)使用純水，不易結(jié)垢。余熱回收系統(tǒng)將在保障空壓機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，最大限度地提供熱量利用。同時(shí)保留原有的冷卻水系統(tǒng)作為保障系統(tǒng)，當(dāng)某一時(shí)間段無熱量消耗時(shí)，循環(huán)將與原有冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行換熱，充分保障空壓機(jī)的負(fù)載溫度，保障生產(chǎn)運(yùn)行穩(wěn)定。空壓機(jī)余熱回收項(xiàng)目，一次性投資，收益多年，僅有熱水循環(huán)水泵能耗，幾乎可以忽略。只要空壓機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，就能源源不斷地產(chǎn)生所需溫度的熱水，節(jié)省更多的資源。如果空壓機(jī)余熱回收的熱量完全被利用，按照空壓機(jī)目前的運(yùn)行情況，每年可以回收的熱量為9244800MJ（按4000小時(shí)計(jì)）。 

　　4 改造后效果

　　利用余熱回收機(jī)組將壓縮空氣系統(tǒng)與制冷系統(tǒng)聯(lián)合起來，2021年11月在余熱回收機(jī)組和管道順利完成安裝和調(diào)試。

　　經(jīng)過現(xiàn)場運(yùn)行后，熱回收系統(tǒng)在不影響空壓機(jī)正常工作的前提下，達(dá)到了效果，完全可以滿足制冷機(jī)的要求。熱媒水經(jīng)過幾次循環(huán)即達(dá)到目標(biāo)溫度，回收效果完全達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

　　項(xiàng)目落地后，能有效減少制冷機(jī)運(yùn)行能耗，同時(shí)有效改善了空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)：空壓散熱效果、空壓機(jī)冷卻效果、運(yùn)行穩(wěn)定性均有優(yōu)化，有利于延長機(jī)組壽命，空壓機(jī)冷卻水出口溫度也有下降，間接減輕了冷卻塔的工作負(fù)擔(dān)，減少保養(yǎng)費(fèi)用。以上改善預(yù)計(jì)每年可節(jié)省電力超過120萬元。通過實(shí)踐，證明了無油空壓機(jī)熱回收制冷的可行性和合理性及其巨大的節(jié)能效益。

　　創(chuàng)新貫穿該項(xiàng)目節(jié)能技改全方位、全過程，理念、觀念創(chuàng)新，讓團(tuán)隊(duì)成員深入了解相關(guān)專業(yè)內(nèi)容、技術(shù)、工藝要求，提高團(tuán)隊(duì)技術(shù)水平的同時(shí)，在施工監(jiān)管中可以指導(dǎo)施工人員，更能保證施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。并在項(xiàng)目推進(jìn)過程中不斷反思，改善方案或設(shè)計(jì)的缺陷。如溴化鋰機(jī)組的冷卻水增加并入空壓機(jī)冷卻水系統(tǒng)，可以提高余熱回收系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率，同時(shí)也提高空壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。設(shè)備廠家的專業(yè)工程師和站房的運(yùn)維人員共同參與了本次節(jié)能改造，也從中受益匪淺。

　　5 結(jié)論

　　空壓機(jī)在目前的市場上應(yīng)用廣泛，只需進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑欤涂梢蕴峁┢肺惠^高的熱源，除了用于員工的洗浴，還可以用于制冷等用途。在11臺噴油螺桿空壓機(jī)完成熱回收的基礎(chǔ)上，此次廣汽本田增城工廠成功實(shí)現(xiàn)5臺無油空壓機(jī)熱回收，對于使用壓縮機(jī)的企業(yè)進(jìn)行節(jié)能減排工作，提供了具有一定借鑒意義的案例。

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