【壓縮機網】摘要：隨著能源的日益短缺，螺桿式空壓機余熱回收系統應用越來越廣泛，熱回收方式也不盡相同。為此，本文對目前常用的螺桿式空壓機的幾種熱回收方式進行了介紹，并對螺桿式空壓機余熱回收系統進行了分析，明確了不同螺桿式空壓機在各種熱回收系統中的回收效果，同時也對熱回收系統進行了合理評價。

　　引言
　　隨著能源的日益短缺，節能減排成了國家的重要議題。為了響應國家十二五規劃中節能減排的號召，極有必要對工業空氣壓縮機（以下簡稱空壓機）做出合理的節能分析。
　　空壓機是氣源裝置中的主體，它是將原動機（通常是電動機）的機械能轉換成氣體壓力能的裝置，是壓縮空氣的氣壓發生裝置。作為一種重要的能源產生形式，空壓機被廣泛應用于生活生產的各個環節。尤其是雙螺桿式的空壓機被廣泛應用于機械、冶金、電子電力、醫藥、紡織、食品、制藥工業、金屬冶煉、交通、煤礦開采等工業領域，雙螺桿空壓機成為壓縮空氣的主流產品。
　　空壓機在廣泛應用的同時，其能耗也成了各單位日益關注的主要問題。空壓機的能源消耗中，z*大的一塊是電能的消耗，占到總消耗的77%，其次是維護費用，占到總消耗的18%，而設備投資只占到總成本的5％。可見空壓機的電耗是十分驚人的。一臺空壓機，少則幾萬元，多則上百萬，但購置成本只有5％的比例，可見其電耗數字的龐大。因此找到空壓機耗能的原因，有針對性的解決，才能有效進行能效的提高。

　　螺桿空壓機常見的熱回收方式及適用場所
　　余熱一般指的是空壓機在生產高壓空氣過程中隨之產生的多余熱量。余熱回收就是通過換熱器等合適的手段將空氣壓縮過程中產生的熱量回收用來加熱空氣或水，典型的使用如輔助采暖、工藝加熱和鍋爐補水預熱等。目前較常采用的有噴油螺桿空壓機余熱回收系統和無油螺桿空壓機余熱回收系統。
　　1. 螺桿式空壓機常見冷卻方式
　　目前，空壓機常用的冷卻方式有風冷和水冷兩種。在選擇空壓機的冷卻方式時，應根據當地的氣象條件、冷卻水源水質情況進行分析確認。具體如表1；

　　相比之下，由于水冷采用蒸發冷卻方式，一般可以得到低于空氣溫度的冷卻水，而且水的比熱和密度比空氣大，對空壓機的冷卻效果好，一般較多采用。
　　2.螺桿式空壓機余熱回收系統分類
　　在能源日益短缺的今天，對螺桿式空壓機余熱回收系統的應用也越來越多。根據螺桿式空壓機的冷卻方式的不同，其熱回收系統一般分為兩種：風冷型空壓機余熱回收系統和水冷型空壓機余熱回收系統。
　　目前，廠家大多數采用水冷系統對壓縮機進行冷卻，加上水冷型空壓機余熱回收系統回收熱量穩定，得到的熱水應用場所廣泛，對壓縮機冷卻效果更好，因此水冷型空壓機余熱回收系統的改造應用更廣泛。
　　3.螺桿式空壓機余熱回收的優勢
　　空壓機余熱回收系統的優勢主要有以下幾點：a）綠色環保，循環再生，節能降耗，沒有排放；b）提高職員的福利水平，有充足的無成本熱水滿足使用；c）降低了空壓機的運行溫度，提高了空壓機產氣量；d）延長空壓機油品使用環境，減少空壓機的運行故障；e）節約生活熱水或采暖的制作熱水經費，壓縮了生產環節的經營成本；f）提倡國家政策，節約能源，降低排放的同時，獲得收益[1]。

　　風冷型空壓機熱回收系統
　　風冷型空壓機熱回收系統，主要是利用換熱器的熱量加熱自然空氣，得到熱空氣供用熱點使用。

　　風冷式空壓機熱回收具體應用方式，如圖1。
　　冬季時，根據需要調節風閥1和風閥2的開度，由壓縮機出來的廢熱氣與室外冷空氣混合，達到供暖溫度的要求，直接送到辦公室、生產車間等用熱點，實現用熱點的采暖。
　　夏季不需要供熱時，風閥2關閉，廢熱氣直接排放到室外。
　　此系統結構簡單，投資低，維護費用低，節省了冬季采暖的費用。適合于供熱點距離空壓機站近的場所。

　　水冷型空壓機余熱回收系統
　　1.噴油螺桿空壓機熱回收的改造應用
　　對于有油螺桿空壓機來說，壓縮機工作過程中，室外空氣經過過濾進入壓縮機后，受到壓縮，溫度急劇上升。同時，空壓機螺桿的高速旋轉也會因為摩擦產生大量熱，這些熱量使得由空壓機出來的油氣混合物溫度上升，通常達到80℃～100℃。而z*終企業需要的只是空氣的壓力，為了保障空壓機正常工作的溫度要求，多余的熱量需要經過冷卻系統進行快速的降溫，如果沒有熱回收系統，多余的熱量就會通過冷卻系統排放大氣中，不僅需要額外的電能，而且造成了廢熱污染。因此，現在很多的老廠都對原有的有油螺桿空壓機進行了熱回收的改造，對這部分多余的熱量進行合理的應用；在很多新廠中，設計開始就直接植入熱回收系統，降低了經營費用，起到了節能減排的效果。
　　1.1噴油螺桿空壓機回收系統

　　影響噴油螺桿空壓機余熱回收的主要因素有：螺桿空壓機排氣溫度、噴油溫度以及噴油量等[2]，其余熱回收系統回收的熱量主要來源于高溫油。具體改造過程是在不改變空壓機原有工作狀態的前提下，將之前通過冷卻塔的冷卻系統換成余熱回收系統，通過余熱回收系統對高溫油氣進行冷卻，把得到的熱水供用熱點使用，如圖2。
　　如圖2所示，室外空氣經過過濾器后，進入空壓機進行壓縮，在壓縮過程中，空氣與潤滑油進行混合，得到高溫的油氣混合物；油氣混合物進入油氣分離器，得到高溫油和氣，高溫氣進入冷卻后供廠房使用，高溫油經過冷卻后再次進入壓縮主機進行使用。不采用余熱回收系統時，高溫油直接進入由冷卻塔組成的冷卻系統進行冷卻；加入余熱回收系統后，高溫油s*先由余熱回收系統進行冷卻，在冷卻過程中，得到的熱水進入蓄熱水箱，當生活及生產工藝等用熱水點需要時供其使用。當余熱回收系統不能把高溫油降溫到合理溫度時，由冷卻塔組成的冷卻系統對高溫油進行冷卻，這樣由兩個冷卻系統對油進行冷卻，能夠保證油溫在更加合理的溫度，保證了空壓機高效穩定的運行的同時，也實現了主機節能。
　　1.2噴油螺桿空壓機余熱回收系統評價
　　此系統的優點：可以更高效的對螺桿式空壓機產生的高溫潤滑油進行冷卻，對空壓機工作時正常工作油溫的保障更加穩定，提高了空壓機工作的效率；另外，不僅節約了能源，減少了廢熱污染，而且獲得了熱水供企業使用，為企業帶來了良好的經濟和社會效益。 此系統的不足：在制備熱水時，換熱溫差大，使得換熱器容易結垢，影響換熱效率；對于整個余熱回收系統不容易實現油溫自動控制。
　　2.二次換熱在噴油螺桿空壓機中的應用
　　2.1 空壓機余熱回收二次換熱裝置的設計研究
　　目前，多數噴油螺桿式空壓機余熱回收系統的應用都是采用水冷型一次換熱余熱回收方式（水冷型一次換熱余熱回收方式就是圖2介紹的余熱回收系統），二次換熱余熱回收系統應用較少。但是部分企業為了克服一次換熱余熱回收系統的缺點，采用二次換熱余熱回收系統。具體如圖3。

　　結合圖2和圖3，二次換熱余熱回收系統是在一次換熱的基礎上加入了軟化水系統，接入軟化水系統以后，從壓縮主機出來的高溫油、氣和軟化水進行換熱，得到的高溫軟化水再和供給用熱點使用的水進行換熱。
　　圖3中，如果軟化水循環系統直接連接的是空壓機內部換熱器，二次換熱余熱回收系統由于使用的是軟化水，就不能和帶冷卻塔的開式冷卻系統同時運行，兩者只能運行其一；如果圖3中軟化水循環系統連接的是圖2中的改造后加入的換熱器，則兩者可以同時運行。具體需要考慮企業的實際情況進行確定。
　　2.2噴油螺桿空壓機二次換熱余熱回收系統評價
　　此系統的優點：換熱器不容易結垢，更好的保證了換熱器的換熱效率；容易實現自動控制；防止油水混合污染末端用水，提高了用水質量和可靠性。
　　此系統的不足：設備初期投資高。
　　3.無油螺桿空壓機熱回收的改造應用
　　目前，由于無油螺桿空壓機制得的壓縮空氣潔凈無油，被廣泛使用。對于無油螺桿空壓機，經過過濾后的室外空氣進入壓縮主機進行壓縮后，得到高溫高壓的壓縮空氣，其溫度在170～190之間。為了保證空壓設備的正常運行，需要對空壓機潤滑油和高溫壓縮空氣進行冷卻，一般都是采用的帶冷卻塔的開式水冷卻系統對高溫壓縮空氣和高溫潤滑油進行冷卻，z*后通過冷卻塔把多余的熱量排放到大氣中去，不僅浪費了資源，還造成了廢熱污染。因此對無油螺桿空壓機也進行了熱回收的改造，把這部分熱量應用于生活及工藝用水，不僅為企業減少了日常支出，還減少了對環境的污染。
　　3.1 一次換熱在無油螺桿式空壓機中的應用
　　影響無油螺桿空壓機余熱回收的主要因素有：無油螺桿空壓機排氣溫度、潤滑油溫度以及排氣量等，其余熱回收系統回收的熱量主要來源于高溫壓縮空氣。具體改造過程是在不改變空壓機原有工作狀態的前提下，將之前通過冷卻塔的冷卻系統換成余熱回收系統，通過余熱回收系統對高溫油氣進行冷卻，把得到的熱水供用熱點使用，如圖4。

　　圖4中，室外空氣經過過濾后進入壓縮主機進行壓縮，得到高溫壓縮空氣。無余熱熱回收系統時，高溫壓縮空氣與經冷卻塔降溫后的冷卻水進行換熱，得到要求溫度的壓縮空氣供廠房使用。加入余熱熱回收系統后，根據具體需要，高溫壓縮空氣先和余熱回收系統中的換熱器進行換熱，以滿足余熱回收系統中用熱點熱水的使用要求；當用熱點使用的熱水不足以帶走高溫壓縮空氣達到要求溫度散失的熱量時，帶開式冷卻塔的冷卻系統運行，把多余的熱量散失到大氣中。這樣由兩個冷卻系統對高溫壓縮空氣進行冷卻，能夠保證高溫壓縮空氣在更加合適的溫度，保證了高溫壓縮空氣出氣溫度的穩定，也實現了主機節能。
　　3.2 無油螺桿空壓機一次換熱余熱回收系統評價
　　此系統的優點：可以更好的保證高溫壓縮空氣的出氣溫度，減少了廢熱污染，為企業制得了熱水，相對與噴油螺桿空壓機余熱回收系統來說，可以得到更高溫度的熱水，熱水應用范圍更廣，為企業帶來了良好的經濟和社會效益。
　　此系統的缺點：余熱回收系統中的換熱器換熱溫差大，且壓縮空氣溫度過高，使得換熱器結垢嚴重，很大程度上影響換熱效率，需要經常進行清洗，增加了維護費用。
　　3.3 二次換熱在無油螺桿式空壓機中的應用
　　由于無油螺桿空壓機一次換熱余熱回收系統結構十分嚴重，所以無油螺桿空壓機余熱回收系統更多的是采用二次換熱余熱回收系統，具體如圖5。

　　圖5中，無油螺桿空壓機二次換熱余熱回收系統也是在無油螺桿空壓機一次換熱余熱回收系統的基礎上加入軟化水循環系統，由此，高溫壓縮空氣和軟化水換熱，在換熱溫差較大的情況下，運行過程中也不會出現結垢嚴重的現象。這樣可以值得更高溫度的軟化熱水，能夠提高整體的熱回收換熱效率。
　　如圖5所示，和噴油螺桿空壓機二次換熱余熱回收系統一樣，軟化水系統和開式冷卻塔冷卻系統盡量不要同時運行。當然，也可以和圖4中的改造那樣，在軟化水循環系統中加入新的換熱器和高溫空氣進行換熱，兩者可以同時運行，但是對于軟化水和高溫空氣換熱時結垢現象不明顯，加入新的換熱器會帶來初投資的提高，不是很經濟。具體需要考慮企業的實際情況進行確定。
　　3.4 無油螺桿空壓機二次換熱余熱回收系統評價
　　此系統的優點：在與高溫高壓空氣進行換熱時，換熱器不容易結垢，更好的保證了換熱器的換熱效率，使空壓機能夠更加穩定高效的工作。
　　此系統的不足：設備初期投資高。

　　結束語
　　空壓機對很多企業來說都是高能耗設備，而且存在著大量的能源浪費。本文通過以上對螺桿式空壓機余熱回收系統的介紹，充分論證和說明了余熱回收系統能夠在保證空壓機穩定運行的前提下，可提高能源的有效利用率，能夠為企業帶來良好的經濟效益，并減少了廢熱污染，保護了自然環境。

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　　作者簡介：
　　鄧澤民：出生于1989年8月，性別：男，籍貫：河北省承德市平泉縣，本科畢業于河北工程大學科信學院，現就讀西安工程大學研究生，研究方向：空壓機余熱回收。