【地源熱泵】某項(xiàng)目空壓機(jī)組的余熱回收利用實(shí)例

時(shí)間：2021-06-07作者：湖南美匯暖通工程有限公司瀏覽：3650

空壓機(jī)熱回收理論計(jì)算   在空氣被壓縮的過(guò)程中，假設(shè)被壓縮的空氣為理想氣體，并且為等熵絕熱過(guò)程，則壓縮機(jī)的等熵絕熱功率Wad為[2]：   式中：Wad為壓縮機(jī)的等熵絕熱功率（kW）；ps為壓縮機(jī)的吸氣壓力（絕壓，kPa）；pd為壓縮機(jī)的排氣壓力（絕壓，kPa）；k為被壓縮氣體的等熵指數(shù)，空氣的等熵指數(shù)為1.4；qv為壓縮機(jī)的實(shí)際容積流量（m3/s）。   根據(jù)公式1，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，壓縮機(jī)吸入的空氣溫度為20℃，排出的空氣溫度為80℃，將1m3/s的空氣壓縮至8.5bar（表壓），其壓縮機(jī)的理論等熵絕熱功率Wad為：   在這個(gè)過(guò)程中，壓縮空氣所帶走的熱量Q為：   可以得到：   由上述的計(jì)算結(jié)果可以看出，壓縮空氣所帶走的熱量?jī)H占整個(gè)絕熱壓縮過(guò)程中所消耗功率的22.3%，**過(guò)3/4的熱量被排往大氣中，其中僅很小一部分以輻射散熱的方式排往大氣中，剩下的熱量都可以進(jìn)行回收利用。   2  空壓機(jī)熱交換原理   空壓機(jī)的熱交換過(guò)如程圖1所示：從大氣中吸入的空氣與機(jī)油在轉(zhuǎn)子內(nèi)壓縮后產(chǎn)生高溫的壓縮油氣混合物，溫度約為80-95℃，然后進(jìn)入油氣分離器，油氣分離后，壓縮氣體進(jìn)入后冷卻器進(jìn)行冷卻，通過(guò)管道進(jìn)入各用壓縮空氣用氣點(diǎn)。而高溫潤(rùn)滑油進(jìn)入熱交換器與冷水進(jìn)行熱交換，高溫潤(rùn)滑油冷卻后重新進(jìn)入壓縮機(jī)螺桿。如果潤(rùn)滑油油溫仍然過(guò)高，則進(jìn)入空壓機(jī)原油冷卻器系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，油溫達(dá)到要求后再進(jìn)入空壓機(jī)。增加熱回收系統(tǒng)后，不但不影響原空壓機(jī)的所有性能，并且可以降低空壓機(jī)整體的溫度，提高產(chǎn)氣量。溫度與產(chǎn)氣量成反比關(guān)系：空氣排出溫度每上升1℃，產(chǎn)氣量就下降0.05%；上升10℃就下降0.5%；反之則相應(yīng)提高產(chǎn)氣量[3]。增加熱回收系統(tǒng)還減少后冷卻器冷卻風(fēng)扇的使用時(shí)間，具有一定的節(jié)電效果，延長(zhǎng)機(jī)器及耗材使用(如油氣分離器、潤(rùn)滑油、機(jī)油格)時(shí)間，節(jié)省維保費(fèi)用等多種好處。圖1  空壓機(jī)熱交換過(guò)程原理圖   3  余熱回收原理及工藝流程   在某PVC塑料管材生產(chǎn)企業(yè)中，根據(jù)工藝生產(chǎn)使用要求，共設(shè)有四臺(tái)水冷式噴油螺桿空壓機(jī)。其中有三臺(tái)160kW定頻帶內(nèi)置熱回收裝置的水冷空壓機(jī)（常用），一臺(tái)160kW變頻不帶熱回收的水冷空壓機(jī)（備用）。變頻不帶熱回收的空壓機(jī)采用屋頂冷卻塔的循環(huán)水進(jìn)行冷卻。定頻帶熱回收的空壓機(jī)提供生活熱水至食堂和倒班樓。制備熱水時(shí)，打開(kāi)循環(huán)水泵和生活熱水循環(huán)水泵，當(dāng)生活熱水水箱中的溫度、液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉熱回收系統(tǒng)的閥門及熱循環(huán)水泵，開(kāi)啟冷卻塔系統(tǒng)，采用冷卻水進(jìn)行冷卻。生活熱水系統(tǒng)和屋頂冷卻塔系統(tǒng)的啟動(dòng)通過(guò)電動(dòng)閥門進(jìn)行轉(zhuǎn)換。空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)的原理圖如圖2所示。圖2  空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)原理圖   如圖2所示，空壓機(jī)組平時(shí)工作時(shí)采用屋面冷卻塔的進(jìn)出水進(jìn)行冷卻。需要制備生活熱水時(shí)，采用空壓機(jī)余熱回收代替電加熱制備熱水供給倒班樓。空壓機(jī)組采用冷卻塔冷卻時(shí)，閥門A和閥門B關(guān)閉，閥門C和閥門D打開(kāi)。當(dāng)空壓機(jī)組采用熱回收制備熱水時(shí)，閥門A和閥門B打開(kāi)，閥門C和閥門D關(guān)閉。當(dāng)循環(huán)水箱中水溫達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)，溫控閥門A自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)關(guān)閉循環(huán)水泵和閥門B，閥門C和閥門D打開(kāi)，轉(zhuǎn)換成冷卻塔冷卻模式。圖中循環(huán)水箱中水**一定水位時(shí)，水箱中的浮球閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，并向水箱中注水；當(dāng)**一定水位時(shí)，浮球閥關(guān)閉，自動(dòng)停水。   4  設(shè)計(jì)計(jì)算和節(jié)能效益分析   倒班樓共計(jì)420人，其中有30間房為雙人間，90間房為4人間，共計(jì)120間房，每人每日的較高日用熱水水量按80L/d進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算[5]。每天早、晚兩班定時(shí)供應(yīng)熱水，每班工作時(shí)間為8小時(shí)，每天供水兩次，每班的供應(yīng)時(shí)間為1小時(shí)，一天熱水供應(yīng)時(shí)間共為2小時(shí)。循環(huán)熱水供回水溫度為60/50℃，自來(lái)水進(jìn)水溫度按5℃計(jì)算。   宿舍樓每天的生活熱水總量G和熱水總耗熱功率Q分別為：   生活熱水箱的容積為10m3，水箱內(nèi)的熱水由非供水時(shí)間加熱，在供水時(shí)間內(nèi)，當(dāng)水箱內(nèi)的熱水全部用完時(shí)，需補(bǔ)充的熱水為：   供水時(shí)間內(nèi)的小時(shí)耗熱量為：q峰 =G峰Cp水 Δt水/Δt峰   水箱內(nèi)的熱水在非供水時(shí)間（共14小時(shí)）內(nèi)加熱，水箱內(nèi)熱水全天被放空兩次，即每次的熱水制備時(shí)間為7小時(shí)，熱水制備時(shí)間內(nèi)的小時(shí)耗熱量為：   本項(xiàng)目采用三臺(tái)160kW的水冷空壓機(jī)，考慮到轉(zhuǎn)換效率、換熱器的換熱效率等因素，每臺(tái)空壓機(jī)的余熱回收效率按總功率的65%計(jì)算，則單臺(tái)160 kW水冷空壓機(jī)所產(chǎn)生的余熱q空為：   空壓機(jī)產(chǎn)生的余熱q總共為：   q總大于q峰和q平時(shí)，因此無(wú)論平時(shí)加熱水箱內(nèi)熱水還是供水時(shí)加熱生活供水，空壓機(jī)余熱都可以滿足生活熱水所需的熱量，可直接用來(lái)加熱生活熱水。   倒班樓每天加熱生活熱水所需的耗熱量為W=6190060.8kJ/d=1719.46(kW·h)/d，即每天需1720度電。項(xiàng)目所在地?zé)o天然氣來(lái)源，而太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)投資大，對(duì)室外溫度要求高，冬天還需要增加電輔熱系統(tǒng)，一般都使用電加熱熱水器。當(dāng)?shù)氐墓I(yè)用電電價(jià)為1元/(kW·h)，每天可節(jié)約1720元，全年可節(jié)約60.2萬(wàn)元（工作日350天）。此空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)僅需要購(gòu)買水泵、水箱、換熱盤管、閥門、管道等，前期投資費(fèi)用低，后期無(wú)其他運(yùn)行費(fèi)用，節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益也相當(dāng)可觀。


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