压缩空气是工业领域中应用最广泛的动力源之一。由于其具有安全、无公害、调节性能好、输送方便等诸多优点,使其在现代工业领域中应用越来越广泛。但要得到品质优良的压缩空气需要消耗大量能源。在大多数生产型企业中,压缩空气的能源消耗占全部电力消耗的10%～35%。在不断提高压缩空气系统效率的同时,空压机运行时会产生大量的压缩热,压缩热消耗的能量占机组运行功率的85%以上,通常这部分能量通过机组的风冷或水冷系统释放到大气当中。

所以，压缩机的热回收是持续降低空气系统损耗,提高客户生产力的必要手段。余热回收的节能技术目前研究很多,但大多只针对喷油螺杆式空压机的油路改造而言。本文通过对几种典型空压机的工作原理和余热回收系统特点进行详细介绍,更加丰富地了解空压机余热回收的途径和形式,可以更好地进行余热回收,降低企业的能源费用,达到节能环保的目的。
1)开山喷油螺杆空压机工作原理分析
喷油螺杆空压机是目前市场上占有率较高的一种空压机类型,其工作原理见图1。

喷油螺杆空压机的油有三个作用:冷却吸收压缩热、密封和润滑。

气路:外部空气通过空气过滤器进入机头经过螺杆压缩后,油气混合物由排气口排出,经过管路系统和油气分离系统,进入空气冷却器,将高温的压缩空气降低到可接受的程度。

油路:油气混合物由主机出口排出,在油气分离筒体内冷却油与压缩空气分离后进入油冷却器,将高温油的热量带走,冷却后的油经过相应的油路重新喷入主机,进行冷却、密封和润滑。如此反复。

2)喷油螺杆空压机余热回收原理
开山喷油螺杆空压机余热回收的示意图和流程图见图2和图3。

由图2、图3可见,经压缩机头压缩形成的高温高压油气混合物在油气分离器中被分离,通过对油气分离器出油管路进行改造,将高温油引入一热交换器,热交换器旁通阀实时对进入热交换器和旁通管的油量进行分配,从而保证回油温度不低于空压机回油保护温度,热交换器水侧的冷水与高温油进行热交换,被加热后的热水可以用于生活热水、空调采暖、锅炉进水预热、工艺用热水等。

3)一次换热余热回收
开山喷油螺杆空压机的余热回收系统形式较多,下面列举两种最常见的系统。图4为喷油螺杆空压机的一次换热系统流程图。由图可见,保温水箱中的冷水通过循环水泵直接与空压机内部的能量回收装置进行换热,然后回到保温水箱。此种系统的特点是设备少,换热效率高,但必须注意的是,需要选择材质较好的能量回收装置,且需定期清洗,否则容易由于高温结垢而引起堵塞或者换热装置发生泄漏污染应用端。


4)二次换热余热回收
图5为喷油螺杆空压机的二次换热系统流程图,由图可见,此系统进行两次换热,与能量回收装置换热的一次侧系统为闭式系统,二次侧系统可以为开式系统,也可以为闭式系统。一次侧的闭式系统,采用纯水或蒸馏水循环,可以减少由于水结垢对能量回收装置造成的损坏。万一换热器损坏,应用端的加热介质不会被污染。


5)开山喷油螺杆空压机加装热能回收装置的优点
开山喷油螺杆空压机安装了热能回收装置之后,会有如下好处：
(1) 停止空压机自身的冷却风机或减少风机的运行时间,热能回收装置要用到循环水泵, 水泵电机要消耗一定量的电能,但是在空压机主机的排气口温度未达到80～95℃时(可以在这个范围内进行设定),空压机自身冷却风机是不工作的,这个风机的功率一般要比循环水泵的功率大4～6倍,因此风机一停,比循环泵的用电要节能4～6倍。另外,因为油温可以得到很好的控制,所以机房的排风扇就可以少开或完全不开,这又可以节能。

(2) 将余热转换为热水,不需要任何额外能耗。

(3) 增加空压机的排气量。由于空压机的运行温度可以被回收装置有效地控制在80～95℃的范围内,机油的浓度可以保持较好,空压机的排气量就会增加,增加量为2%～6%,这一点也相当于节约了能源。这对夏季运行的空压机尤为重要,因为一般到了夏季,环境温度较高,油温往往可升至100℃左右,机油变稀,气密性变差,排气量就要减少。因此热能回收装置在夏季更能彰显出它的优势。