【壓縮機網】引言

　　空壓機是一種應用廣泛的通用機械，運行時其輸入能源的85%～98%將轉化為熱能，如不將熱量回收，熱能將由冷卻器、排風扇帶走，排放到環境中，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，制冷站中的冷凍機為生產工藝以及環境提供冷凍水。制冷系統用量最高時每天需要為工廠提供冷量超過1000GJ。經過研討確定將熱水用于制冷。這也是公司內首次引入溴化鋰制冷機組，同時開創了汽車行業用空壓機余熱零成本制冷且用于生產工藝的先例。螺桿空壓機余熱回收制冷節能項目自2019年11月14日投入使用，全年24小時不間斷穩定運行，未發生任何故障。每年實際節約電力近120萬kWh，節省費用逾100萬元。在此基礎上，推進無油空壓的余熱回收。

　　1 無油空壓機熱回收原理分析

　　目前工廠在用的無油空壓機主要是離心式空壓機和無油螺桿空壓機。

　　離心式空氣壓縮機的空氣系統并不復雜，空氣經吸風口和空氣過濾器接入空壓機一段進氣口，通過空壓機內部高速旋轉的葉輪對空氣做功，使空氣壓力、溫度、流速提高，然后流入擴壓器，再使空氣流速降低，壓力進一步提高，并經導向裝置使空氣流入下一級葉輪繼續壓縮。由于空氣經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，空氣系統中采用了分段中間冷卻的結構。在空氣系統中沒有油的參與，所有熱量蘊含在空氣當中，壓縮后的空氣通過各級冷卻器與循環水進行換熱，由循環水帶走大部分熱量，其余熱量散發到空氣。

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

　　2 溴化鋰制冷原理分析

　　利用空壓機余熱產出的熱水來用于溴化鋰機組制冷，則幾乎不需要花費運轉費用，便能獲得大量的冷源，具有很好的節能效果，有利于熱量的綜合利用。

　　溴化鋰吸收式制冷機以熱能為驅動力，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，可用作空調或生產工藝過程的冷源。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主要由發生器、冷凝器、蒸發器、吸收器、換熱器、循環泵等部分組成。制冷循環過程：當溴化鋰水溶液在發生器內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，進入吸收器；水蒸氣進入冷凝器，被冷凝器內的冷卻水降溫后凝結，成為高壓低溫的液態水；當冷凝器內的水通過節流閥進入蒸發器時，急速膨脹而汽化，并在汽化過程中大量吸收蒸發器內冷媒水的熱量，低溫水蒸氣進入吸收器，被吸收器內的溴化鋰水溶液吸收，溶液濃度逐步降低，再由循環泵送回發生器，完成整個循環。如此循環不息，連續制取冷量。

　　因此制冷循環實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變汽態再由汽態變液態的循環過程。在溴化鋰機組，熱量輸入輸出的媒介分別由熱媒水、冷媒水、循環水三個獨立循環系統組成， 由其工作原理可知，熱媒水和冷媒水輸入的熱量應等于循環水輸出的熱量。制冷循環是物理變化過程，且是負壓狀態。溴化鋰機組的主要參數見下表。

　　3 解決方案

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

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

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

　　每臺空壓機配置一臺熱回收機組，根據所需溫度進行設定，熱回收機組循環末端管道接入溴化鋰制冷機形成閉式循環系統。循環介質使用純水，不易結垢。余熱回收系統將在保障空壓機穩定運行的基礎上，最大限度地提供熱量利用。同時保留原有的冷卻水系統作為保障系統，當某一時間段無熱量消耗時，循環將與原有冷卻水系統進行換熱，充分保障空壓機的負載溫度，保障生產運行穩定。空壓機余熱回收項目，一次性投資，收益多年，僅有熱水循環水泵能耗，幾乎可以忽略。只要空壓機正常運轉，就能源源不斷地產生所需溫度的熱水，節省更多的資源。如果空壓機余熱回收的熱量完全被利用，按照空壓機目前的運行情況，每年可以回收的熱量為9244800MJ（按4000小時計）。 

　　4 改造后效果

　　利用余熱回收機組將壓縮空氣系統與制冷系統聯合起來，2021年11月在余熱回收機組和管道順利完成安裝和調試。

　　經過現場運行后，熱回收系統在不影響空壓機正常工作的前提下，達到了效果，完全可以滿足制冷機的要求。熱媒水經過幾次循環即達到目標溫度，回收效果完全達到了預期的目標。

　　項目落地后，能有效減少制冷機運行能耗，同時有效改善了空壓機的運行狀態：空壓散熱效果、空壓機冷卻效果、運行穩定性均有優化，有利于延長機組壽命，空壓機冷卻水出口溫度也有下降，間接減輕了冷卻塔的工作負擔，減少保養費用。以上改善預計每年可節省電力超過120萬元。通過實踐，證明了無油空壓機熱回收制冷的可行性和合理性及其巨大的節能效益。

　　創新貫穿該項目節能技改全方位、全過程，理念、觀念創新，讓團隊成員深入了解相關專業內容、技術、工藝要求，提高團隊技術水平的同時，在施工監管中可以指導施工人員，更能保證施工進度和施工質量。并在項目推進過程中不斷反思，改善方案或設計的缺陷。如溴化鋰機組的冷卻水增加并入空壓機冷卻水系統，可以提高余熱回收系統的穩定性和效率，同時也提高空壓機系統運行穩定性。設備廠家的專業工程師和站房的運維人員共同參與了本次節能改造，也從中受益匪淺。

　　5 結論

　　空壓機在目前的市場上應用廣泛，只需進行適當的改造，就可以提供品位較高的熱源，除了用于員工的洗浴，還可以用于制冷等用途。在11臺噴油螺桿空壓機完成熱回收的基礎上，此次廣汽本田增城工廠成功實現5臺無油空壓機熱回收，對于使用壓縮機的企業進行節能減排工作，提供了具有一定借鑒意義的案例。

　　參考文獻

　　[1] 漢隆( Hanlon Paul C.）, 郝點. 壓縮機手冊[M]. 北京: 中國石化出版社, 2003.

　　[2] 張學學. 熱工基礎[M]. 3版. 北京: 高等教育出版社, 2015.

　　[3] 王林. 小型吸收式制冷機原理與應用[M]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2011.

　　[4] 梁劍鋒, 孟晶, 范一格, 張偉科. 噴油螺桿空壓機余熱回收制冷應用[J]. 科學與技術, 2020.

　　[5] 宓爍婭, 陳吉超. 空壓機余熱回收系統設計與節能分析[J]. 節能, 2018.

　　[6] 李清波. 空壓機的余熱回收方式分析與研究[J]. 礦業裝備, 2019.

　　[7] 韓惠疇. 火電廠空壓機余熱利用效益分析[J]. 低碳世界, 2019.

　　[8] 賈玲, 吳勇生. 空壓機余熱利用案例及影響系統運行問題探討[J]. 資源節約與環保, 2019.

　　[9] 梁文興, 徐新閎, 王瑤. 淺談溴化鋰吸收式制冷[J]. 科技風, 2019.

　　[10] 李志紅, 溴化鋰制冷節能技術的應用[J]. 化工設計通訊, 2018.

　　[11] 趙娜, 孫魯清. 溴化鋰制冷技術應用[J]. 中國設備工程, 2017.

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