【壓縮機網】物理原理決定了壓縮空氣是迄今為止一種非常昂貴的能源。同時，熱動力學定律也清楚地告訴我們，不消耗熱能就得不到壓縮空氣。所以，在壓縮機長時間運行之后，壓縮空氣時產生的熱能回收再利用就非常重要。

　　一般來說，熱能回收再利用的投資回報率比較高，通常不到兩年就能收回全部投資。為什么壓縮空氣的熱能回收有著這樣的潛力呢？本文將詳細解答。

　　現實因素推動能效項目建設

　　從能源方面考慮，壓縮空氣是一個非常熱門的話題。壓縮空氣應用于采礦、紡織、冶金、機械制造、土木工程、石油化工等各行各業里，是許多企業生產經營不可或缺的關鍵動力源。但它的能耗也不可小覷，據統計，空壓機系統的耗電量可以占到用氣企業總耗電量的15%～35%；在空壓機的全生命周期成本中，能耗成本就要占到約四分之三。從宏觀角度看，我國空壓機的總耗電量約占社會總發電量的10%，以2021年全社會用電量83128億千瓦時計算，空壓機的年用電量就超過8312億千瓦時。

　　而近年來，國家陸續發布了《關于嚴格能效約束推動重點領域節能降碳的若干意見》、《工業重點領域能效標桿水平和基準水平(2023年版)》、《工業能效提升行動計劃》、《重點用能產品設備能效先進水平、節能水平和準入水平（2022年版）》以及《“十四五”節能減排綜合工作方案》等一系列政策、法規。有限的資源、嚴格的環保法規、限定的CO2排放量和不斷上漲的能源價格都是能效項目建設的推動力。

　　一方面，精心設計的流程，其中包括利用變頻技術調節空氣壓縮機的轉速，盡可能地讓空壓機在最佳工作點附近工作，以及為了保障企業生產過程的安全進行的適當功率儲備等都為項目奠定了良好基礎。另一方面，壓縮機在提高空氣壓力時提高了空氣的溫度，這也為熱能回收再利用帶來了巨大的潛力。基于企業的成本效益考慮，企業用戶也越來越關注熱能回收再利用的問題了。

　　據熱力學定律可得，當封閉空間內的空氣被壓縮時，氣體溫度會升高；在封閉的空間里，氣體受到壓縮時，空氣分子之間的距離縮短，因此產生的摩擦增加。根據這些熱力學原理，結合空壓機各個工作點的效率可以計算空氣壓縮后的溫度。

　　溫度的高低還取決于壓縮比。例如進氣溫度為20℃，壓縮比為3，壓縮機的等熵效率為74%時，空氣壓縮時的溫度會達到166℃。溫度越高，廢熱利用的范圍就越廣泛。

　　在熱力學中，熱量的質量是用卡諾系數來描述的，即廢熱和散發熱量的絕對溫度之比，也就是廢熱利用率。氣體中所含有的熱量通常占可回收利用總熱量的85%左右，剩下的15%大致均勻分配給熾熱空氣壓縮階段的驅動電機消耗、機械消耗以及熱輻射等。

　　以2臺315kW的空壓機為例，來看一下年節約的電費以及其他能源的費用對比：

　　江蘇某企業針對2臺315kW螺桿空壓機進行改造，加載率均為80%，24小時運行，通過回收空壓機熱能，用于中央空調輔助加熱，達到節省能源的目的。空壓機每小時可回收熱量分別為：

　　Q=PN1/PN2×n×η×860

　　=315kW×2×70％×80%×860

　　=303408kcal

　　≈352kW

　　自來水溫度從10度將水溫升至55度，2臺空壓機每小時可產生的熱水量約為：

　　=303408kcal*0.7/45

　　=4720kg=4.7t

　　由此可得：

　　2臺空壓機余熱回收全天（24h）連續運行可產熱水量約為：4.7t*24h=112.8t

　　以上數據計算是根據空壓機額定壓力下，加載率為80%連續加載、運行油溫在80-95℃情況下理論熱量計算，不同工況下，制熱量會有偏差。

　　由以上數據計算可知：空壓機余熱回收系統目前是集節能、環保、安全與一體的廢熱利用熱水項目。一次投資，長期受益。并可實現全自動運行，無需專人看管，其他加熱方式需專人看管，每年需要一定的人工成本，余熱回收可減少空壓機風扇的啟動頻率和時間，從而減少空壓機的耗電量，避免空壓機高溫的情況發生，延長空壓機的使用壽命。

　　空壓機回收熱能的用途

　　在熱能回收再利用措施的空間內，可回收利用總熱量剩下的15%也可以直接利用，其可以作為附近辦公室和生產車間的采暖用熱能。

　　為了利用這些熱量，與以往的熱氣在壓縮階段、消音階段和消音罩內管道系統中被冷卻的情況不同，我們為螺桿壓縮機配備排氣管，空氣經這一排氣管道排出。中央排氣管中的廢氣溫度在30℃～60℃之間，這一溫度范圍的廢氣經分支管路返回，供室內采暖使用。同時，這一采暖系統利用閘板閥來控制各個不同空間的具體采暖溫度。

　　純凈廢氣的熱能可以有效地直接用于室內采暖，但管殼式換熱器的出現則開辟了高溫廢氣能源利用的新天地。因此這一技術也被推薦用于空壓機站的技術改造，以顯著提高空壓機設備的能源利用效率。

　　在廢水處理技術領域中，回收的熱能可以用于烘干污泥，但在設計這類系統時要注意其規格尺寸要與空氣壓縮設備的基本負荷相匹配，而空壓機站的基本負荷可以在長期累積的特性曲線中輕松獲得。

　　廢熱利用的基礎是確定可回收再利用熱量的多少，而可回收再利用熱量的多少取決于可用的溫度差、能夠掌控的體積流量（不同時間可以使用的流量）以及生產和使用壓縮空氣的同時性程度等因素。

　　為了實現更好的余熱回收效果，建議使用緊湊型的管殼式換熱器。管殼式換熱器可以簡單方便地集成到原有的壓縮空氣供應系統中。壓縮空氣通過熱交換器的冷卻器管，冷卻水在管子中逆向流動，薄片設計的冷卻管確保了有效的熱傳遞并減少了壓力損失。管殼式換熱器的設計基于內部介質的流動特性，隨著排氣管道系統壓力的增高，帶來的功率損失只有2%，與熱能回收帶來的節約相比幾乎可以忽略不計。

　　管殼式換熱器帶來了許多新的熱能利用的可能性，典型的就是對加熱系統、淋浴和洗手間用水以及工業用水等設備進行加溫。

　　總結

　　空壓機在生產壓縮空氣時系統會不可避免的自動產生廢熱，但是，“世界上沒有垃圾，只有放錯的寶藏。”為了更好地利用這些余熱，空壓機用戶應將過去沒有充分利用的熱集成到其能源需求的解決方案里。實踐表明，利用壓縮空氣廢熱的投資是一項快回報的投資。

來源：本站原創