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空壓機在廣泛應(yīng)用的同時，其能耗也成了各單位日益關(guān)注的主要問題。空壓機的能源消耗中，最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(shè)備投資只占到總成本的5%?？梢娍諌簷C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(shù)字的龐大。因此找到空壓機耗能的原因，有針對性的解決，才能進行能效的提高。
1、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(chǎn)高壓空氣過程中隨之產(chǎn)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(chǎn)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(yù)熱等。目前常用的包括噴油螺桿空壓機余熱回收系統(tǒng)和無油螺桿空壓機余熱回收系統(tǒng)。
1.1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(fēng)冷和水冷兩種。在選擇空壓機的冷卻方式時，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件、冷卻水源水質(zhì)情況進行分析確認。具體如表1。
圖1 螺桿空壓機的冷卻方式選擇
相比之下，由于水冷采用蒸發(fā)冷卻方式，一般可以得到低于空氣干球溫度下的冷卻水，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。
1.2 螺桿式空壓機余熱回收系統(tǒng)分類
能源的日益短缺的今天，對螺桿式空壓機余熱回收系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越多。根據(jù)螺桿式空壓機的冷卻方式的不同，其熱回收系統(tǒng)一般分為兩種：風(fēng)冷型空壓機余熱回收系統(tǒng)和水冷型空壓機余熱回收系統(tǒng)。
目前，廠家大多數(shù)采用水冷系統(tǒng)對壓縮機進行冷卻，加上水冷型空壓機余熱回收系統(tǒng)回收熱量穩(wěn)定，得到的熱水應(yīng)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(tǒng)的改造應(yīng)用更廣泛。
1.3 螺桿式空壓機余熱回收的優(yōu)勢
空壓機余熱回收系統(tǒng)的優(yōu)勢主要有以下幾點：
a)綠色環(huán)保，再生能源，節(jié)能降耗，沒有排放；
b)提高職員的福利水平，有充分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(chǎn)氣量；
d)延長空壓機油品使用環(huán)境，減少空壓機的運行故障；
e)節(jié)約生活熱水或采暖的制作熱水經(jīng)費，壓縮了生產(chǎn)環(huán)節(jié)的經(jīng)營成本;
f)提倡國家政策，節(jié)約能源，降低排放的同時，獲得收益。
2、風(fēng)冷型空壓機熱回收系統(tǒng)
風(fēng)冷型空壓機熱回收系統(tǒng)，主要是利用換熱器的熱量加熱室外空氣，得到熱空氣供用熱點使用。
風(fēng)冷式空壓機熱回收具體應(yīng)用方式，如圖2。
圖2 風(fēng)冷式空壓機熱回收
冬季時，根據(jù)需要調(diào)節(jié)風(fēng)閥1和風(fēng)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(chǎn)車間等用熱點，實現(xiàn)用熱點的采暖。
夏季不需要供熱時，風(fēng)閥2關(guān)閉，廢熱氣直接排放到室外。
此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，投資低，維護費用低，節(jié)省了冬季采暖的部分花費。適合于供熱點距離空壓機站進的場所。
3、水冷型空壓機余熱回收系統(tǒng)
3.1 噴油螺桿空壓機熱回收的改造應(yīng)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(jīng)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(zhuǎn)也會因為摩擦產(chǎn)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℃。最終企業(yè)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(jīng)過冷卻系統(tǒng)進行快速的降溫，如果沒有熱回收系統(tǒng)，多余的熱量就會通過冷卻系統(tǒng)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(xiàn)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(yīng)用;在很多新廠中，設(shè)計開始就直接加入熱回收系統(tǒng)，降低了經(jīng)營費用，起到了節(jié)能減排的效果。
3.1.1噴油螺桿空壓機回收系統(tǒng)
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(tǒng)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(tài)的前提下，將之前通過冷卻塔的冷卻系統(tǒng)換成余熱回收系統(tǒng)，通過余熱回收系統(tǒng)對高溫油氣進行冷卻，把得到的熱水供用熱點使用，如圖3。
圖3 有油螺桿空壓機余熱回收系統(tǒng)
如圖3所示，室外空氣經(jīng)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(jīng)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(tǒng)時，高溫油直接進入由冷卻塔組成的冷卻系統(tǒng)進行冷卻；加入余熱回收系統(tǒng)后，高溫油首先由余熱回收系統(tǒng)進行冷卻，在冷卻過程中，得到的熱水進入蓄熱水箱，當(dāng)生活及生產(chǎn)工藝等用熱水點需要時供其使用。當(dāng)余熱回收系統(tǒng)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(tǒng)對高溫油進行冷卻，這樣由兩個冷卻系統(tǒng)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(wěn)定的運行的同時，也實現(xiàn)了主機節(jié)能。
3.1.2噴油螺桿空壓機余熱回收系統(tǒng)評價
此系統(tǒng)的優(yōu)點：可以更高效的對螺桿式空壓機產(chǎn)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(wěn)定，提高了空壓機工作的效率;另外，不僅節(jié)約了能源，減少了廢熱污染，而且制得了熱水供企業(yè)使用，為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟和社會效益。
此系統(tǒng)的不足：在制備熱水時，換熱溫差大，使得換熱器容易結(jié)垢，影響換熱效率;對于整個余熱回收系統(tǒng)不容易實現(xiàn)油溫自動控制。
3.2無油螺桿空壓機熱回收的改造應(yīng)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(jīng)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(shè)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(tǒng)對高溫壓縮空氣和高溫潤滑油進行冷卻，最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(yīng)用于生活及工藝用水，不僅為企業(yè)減少了日常支出，還減少了對環(huán)境的污染。
3.2.1 一次換熱在無油螺桿式空壓機中的應(yīng)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(tǒng)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(tài)的前提下，將之前通過冷卻塔的冷卻系統(tǒng)換成余熱回收系統(tǒng)，通過余熱回收系統(tǒng)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 一次換熱余熱回收系統(tǒng)
如圖4，室外空氣經(jīng)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(tǒng)時，高溫壓縮空氣與經(jīng)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(tǒng)后，根據(jù)具體需要，高溫壓縮空氣先和余熱回收系統(tǒng)中的換熱器進行換熱，以滿足余熱回收系統(tǒng)中用熱點熱水的使用要求;當(dāng)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(tǒng)運行，把多余的熱量散失到大氣中。這樣由兩個冷卻系統(tǒng)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(wěn)定，也實現(xiàn)了主機節(jié)能。
3.2.2 無油螺桿空壓機一次換熱余熱回收系統(tǒng)評價
此系統(tǒng)的優(yōu)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(yè)制得了熱水，相對與噴油螺桿空壓機余熱回收系統(tǒng)來說，可以得到更高溫度的熱水，熱水應(yīng)用范圍更廣，為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟和社會效益。
此系統(tǒng)的缺點：余熱回收系統(tǒng)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(jié)垢嚴重，很大程度上影響換熱效率，需要經(jīng)常進行清洗，增加了維護費用。
3.3.3 二次換熱在無油螺桿式空壓機中的應(yīng)用
由于無油螺桿空壓機一次換熱余熱回收系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分嚴重，所以無油螺桿空壓機余熱回收系統(tǒng)更多的是采用二次換熱余熱回收系統(tǒng)，具體如圖5。
圖5 無油螺桿空壓機二次換熱余熱回收系統(tǒng)
如圖5，無油螺桿空壓機二次換熱余熱回收系統(tǒng)也是在無油螺桿空壓機一次換熱余熱回收系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入軟化水循環(huán)系統(tǒng)，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(xiàn)結(jié)垢嚴重的現(xiàn)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(tǒng)一樣，軟化水系統(tǒng)和開式冷卻塔冷卻系統(tǒng)盡量不要同時運行。當(dāng)然，也可以和圖3中的改造那樣，在軟化水循環(huán)系統(tǒng)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(jié)垢現(xiàn)象不明顯，加入新的換熱器會帶來初投資的提高，不是很經(jīng)濟。具體需要考慮企業(yè)的實際情況進行確定。
3.3.4 無油螺桿空壓機二次換熱余熱回收系統(tǒng)評價
此系統(tǒng)的優(yōu)點：在與高溫高壓空氣進行換熱時，換熱器不容易結(jié)垢，更好的保證了換熱器的換熱效率，使空壓機能夠更加穩(wěn)定高效的工作。
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