浅析压缩空气热回收投资经济效益

　　【买空压机网】物理原理决定了压缩空气是迄今为止一种非常昂贵的能源。同时，热动力学定律也清楚地告诉我们，不消耗热能就得不到压缩空气。所以，在压缩机长时间运行之后，压缩空气时产生的热能回收再利用就非常重要。

　　一般来说，热能回收再利用的投资回报率比较高，通常不到两年就能收回全部投资。为什么压缩空气的热能回收有着这样的潜力呢？本文将详细解答。

　　现实因素推动能效项目建设

　　从能源方面考虑，压缩空气是一个非常热门的话题。压缩空气应用于采矿、纺织、冶金、机械制造、土木工程、石油化工等各行各业里，是许多企业生产经营不可或缺的关键动力源。但它的能耗也不可小觑，据统计，空压机系统的耗电量可以占到用气企业总耗电量的15%～35%；在空压机的全生命周期成本中，能耗成本就要占到约四分之三。从宏观角度看，我国空压机的总耗电量约占社会总发电量的10%，以2021年全社会用电量83128亿千瓦时计算，空压机的年用电量就超过8312亿千瓦时。

　　而近年来，国家陆续发布了《关于严格能效约束推动重点领域节能降碳的若干意见》、《工业重点领域能效标杆水平和基准水平(2023年版)》、《工业能效提升行动计划》、《重点用能产品设备能效先进水平、节能水平和准入水平（2022年版）》以及《“十四五”节能减排综合工作方案》等一系列政策、法规。有限的资源、严格的环保法规、限定的CO2排放量和不断上涨的能源价格都是能效项目建设的推动力。

　　一方面，精心设计的流程，其中包括利用变频技术调节空气压缩机的转速，尽可能地让空压机在最佳工作点附近工作，以及为了保障企业生产过程的安全进行的适当功率储备等都为项目奠定了良好基础。另一方面，压缩机在提高空气压力时提高了空气的温度，这也为热能回收再利用带来了巨大的潜力。基于企业的成本效益考虑，企业用户也越来越关注热能回收再利用的问题了。

　　据热力学定律可得，当封闭空间内的空气被压缩时，气体温度会升高；在封闭的空间里，气体受到压缩时，空气分子之间的距离缩短，因此产生的摩擦增加。根据这些热力学原理，结合空压机各个工作点的效率可以计算空气压缩后的温度。

　　温度的高低还取决于压缩比。例如进气温度为20℃，压缩比为3，压缩机的等熵效率为74%时，空气压缩时的温度会达到166℃。温度越高，废热利用的范围就越广泛。

　　在热力学中，热量的质量是用卡诺系数来描述的，即废热和散发热量的绝对温度之比，也就是废热利用率。气体中所含有的热量通常占可回收利用总热量的85%左右，剩下的15%大致均匀分配给炽热空气压缩阶段的驱动电机消耗、机械消耗以及热辐射等。

　　以2台315kW的空压机为例，来看一下年节约的电费以及其他能源的费用对比：

　　江苏某企业针对2台315kW螺杆空压机进行改造，加载率均为80%，24小时运行，通过回收空压机热能，用于中央空调辅助加热，达到节省能源的目的。空压机每小时可回收热量分别为：

　　Q=PN1/PN2×n×η×860

　　=315kW×2×70％×80%×860

　　=303408kcal

　　≈352kW

　　自来水温度从10度将水温升至55度，2台空压机每小时可产生的热水量约为：

　　=303408kcal*0.7/45

　　=4720kg=4.7t

　　由此可得：

　　2台空压机余热回收全天（24h）连续运行可产热水量约为：4.7t*24h=112.8t

　　以上数据计算是根据空压机额定压力下，加载率为80%连续加载、运行油温在80-95℃情况下理论热量计算，不同工况下，制热量会有偏差。

　　由以上数据计算可知：空压机余热回收系统目前是集节能、环保、安全与一体的废热利用热水项目。一次投资，长期受益。并可实现全自动运行，无需专人看管，其他加热方式需专人看管，每年需要一定的人工成本，余热回收可减少空压机风扇的启动频率和时间，从而减少空压机的耗电量，避免空压机高温的情况发生，延长空压机的使用寿命。

　　空压机回收热能的用途

　　在热能回收再利用措施的空间内，可回收利用总热量剩下的15%也可以直接利用，其可以作为附近办公室和生产车间的采暖用热能。

　　为了利用这些热量，与以往的热气在压缩阶段、消音阶段和消音罩内管道系统中被冷却的情况不同，我们为螺杆压缩机配备排气管，空气经这一排气管道排出。中央排气管中的废气温度在30℃～60℃之间，这一温度范围的废气经分支管路返回，供室内采暖使用。同时，这一采暖系统利用闸板阀来控制各个不同空间的具体采暖温度。

　　纯净废气的热能可以有效地直接用于室内采暖，但管壳式换热器的出现则开辟了高温废气能源利用的新天地。因此这一技术也被推荐用于空压机站的技术改造，以显著提高空压机设备的能源利用效率。

　　在废水处理技术领域中，回收的热能可以用于烘干污泥，但在设计这类系统时要注意其规格尺寸要与空气压缩设备的基本负荷相匹配，而空压机站的基本负荷可以在长期累积的特性曲线中轻松获得。

　　废热利用的基础是确定可回收再利用热量的多少，而可回收再利用热量的多少取决于可用的温度差、能够掌控的体积流量（不同时间可以使用的流量）以及生产和使用压缩空气的同时性程度等因素。

　　为了实现更好的余热回收效果，建议使用紧凑型的管壳式换热器。管壳式换热器可以简单方便地集成到原有的压缩空气供应系统中。压缩空气通过热交换器的冷却器管，冷却水在管子中逆向流动，薄片设计的冷却管确保了有效的热传递并减少了压力损失。管壳式换热器的设计基于内部介质的流动特性，随着排气管道系统压力的增高，带来的功率损失只有2%，与热能回收带来的节约相比几乎可以忽略不计。

　　管壳式换热器带来了许多新的热能利用的可能性，典型的就是对加热系统、淋浴和洗手间用水以及工业用水等设备进行加温。

　　总结

　　空压机在生产压缩空气时系统会不可避免的自动产生废热，但是，“世界上没有垃圾，只有放错的宝藏。”为了更好地利用这些余热，空压机用户应将过去没有充分利用的热集成到其能源需求的解决方案里。实践表明，利用压缩空气废热的投资是一项快回报的投资。

以上为正文!
买空压机网部分新闻素材来源于各大品牌公众号和压缩机网(www.compressor.cn).
压缩机网作为行业内最早的平台型网站.一直为空压机行业的发展而努力.
在此致以敬意. 希望有机会能一起合作.为用户提供最优质的行业资讯.