四十六.螺杆式空壓機余熱回收技術的應用及節能效益分析

螺杆式空氣壓縮機如今在工業企業中應用非常廣泛，由于螺杆式空壓機的特殊性，其余熱回收的潛力非常大，經濟效益明顯。以下具體對螺杆空壓機余熱回收的節能潛力和節能經濟效益進行分析討論。
1、空壓機運行過程中所存在的問題
如圖1所示，空壓機在産生壓縮空氣的過程中，100%的軸功率轉換成熱量，在通過其自身的散熱冷卻系統來給高溫高壓的油、氣降溫的過程中，約有90%以上的熱能被無端的浪費。對于空壓機數量衆多的企業，這部分節能潛力相當大。
2、螺杆空壓機余熱利用技術介紹
空壓機余熱利用技術是在不改變空壓機原有工作狀態的前提下合理利用空壓機余熱，通過水泵將冷卻水經過冷熱交換器把空壓機的熱油迅速冷卻下來，將這部分余熱經過熱量回收裝置轉化爲熱水供生活及有需要的生産工藝等使用，不需要任何花費任何運行成本。同時優化空壓機油降溫的效果，實現主機節能。
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3、余熱回收利用改造的節能量及經濟效益分析
3.1節能量分析
以無錫天山水泥有限公司爲例，該企業有4台110kW的空壓機，企業共有員工200人，設置有職工浴室，企業通過1台燃料爲原煤的熱水鍋爐供應浴室所需熱水。以下對該企業空壓機余熱回收利用後所産生的節能量進行分析：
3.1.1可回收熱量計算
电力的热值为3600kJ/(kW·h)，即1kW·h电力的低位发热量为3.6MJ。根据实测，该空压机每小时耗电量约为90kW·h。空压机余热回收的效率按72%计算，则该台空压机每小时可回收的热量Q1为：Q1=90kW×1h×3600kJ/(kW·h)×1台×72% =233.28MJ/h；每天空压机开机负载时间按照20h计算，则每天回收热量Q2为Q2=Q1×20h=4665.6MJ；按年运行时间为330天计算，年可回收热量Q3为：Q3=Q2×330=1539.6GJ；热力当量折标系数为0.03412tce/GJ，则年回收的热量折标准煤即该项目的节能量为：A=Q3×0.03412tce/GJ=52.53tce。
3.1.2余熱回收利用可産生熱水計算
水的比热容为4.1868kJ/（kg·K），即1kg水吸收 4.1868kJ的热量，温度会上升1℃。
熱量計算公式爲Q=Cm·Δt，式中C爲比熱容，m爲水量，Δt爲溫度變化值。
冬天時（冬天時間以10月到4月共7個月計），入水水溫度低，以入水溫爲5℃計算，需要從5℃上升至55℃，溫差爲50℃。所以冬天空壓機每天熱回收可産生的熱水量B1=Q2/[4.1868kJ/(kg·K)×50]=22t/D。
夏天時（夏天時間以5月到9月共5個月計）入水水溫度高，以入水溫爲15℃計算，需要從15℃上升至55℃，溫差爲40℃。所以夏天空壓機每天熱回收可産生熱水量B2=4665.6MJ/[4.1868(kJ/kg·K)×40]=28t（夏季空壓機的産熱量更高，同樣按72%計算）。
根據加權平均算法，1台110kw空壓機熱回收平均每天可産熱水量B3=（B1×7+B2×5）/12=24.5t。經以上計算可知該空壓機余熱回收平均每天可産24.5t熱水。
3.1.3結果分析
该企业共有员工200人，每人每天洗澡1次约为50L，则每天消耗热水量C=200人×50L/1000=10t/d （需求使用自来水）。
而空壓機進行余熱回收利用後1台空壓機可産生24.5t熱水，所以該企業只需改造1台110kW空壓機進行熱回收即可滿足員工用熱水需求。
3.2经济效益分析 （利润、投资回收期等指标分析）
企業原先采用熱水鍋爐，以原煤爲燃料，根據企業之前的運行數據，鍋爐年耗煤量約爲150t，采用余熱利用之後，將取消原煤的使用，即可節約150t原煤，原煤價格按1000元/t計算，年可節約費用15×104元。

该项目总投资额为18.5×104元。利润、投资回收期等指标分析如下：a)本项目总投资费用I=18.5×104 元；b)年运行费用总节省金额P=15×104元；c)新增设备年折旧费D=总投资费用I/设备使用年限Y=18.5/10=1.85×104元；d)应税利润T：P-D=15-1.85=13.15×104元；e)净利润=应税利润-各项应纳税金总和 =13.15× （1-33%）=8.81×104元；f)年增加现金流量F=净利润+年折旧费=8.81+1.85=10.66×104元；g)投资偿还期N=总投资I/年增加现金流量=18.5/10.66=1.74年；h)净现值-初始投资额I=10.66×6.1446-18.5=47×104元＞0。
式中貼現率按10%，折舊按10年,年金現值系數按照6.1446計算。
從以上計算可知，該項目方案各項指標均優于經濟評估准則指標，因此方案在經濟上可行。
該工程投資費用約爲18.5×104元，預計投資回收期爲：18.5×104元/15×104元=1.2年，約15個月。
3.3值得注意的問題
如果企業用熱水量不多而空壓機數量及裝機容量又很大，則需進行詳細的可行性研究方案分析。通過以上分析得知，該企業雖然有多台空壓機的余熱可進行利用，但是就目前企業的需求，只需投資改造1台就能滿足企業所需。所以企業在投資改造前需進行利潤、投資回收期等指標分析，如用于工藝生産，則需考慮工藝溫度是否能滿足要求，不能盲目建設，應選擇適合企業需要的余熱回收方案，以免造成回收期時間較長，轉換的熱水較多所造成的浪費現象。
4、結語
空壓機的使用幾乎遍布各個行業，從以上的分析可知，空壓機的余熱利用具有非常大的節能潛力和經濟效益。從十三五的節能規劃和企業降低生産成本增加市場競爭力的角度考慮，空壓機余熱利用將是一項非常值得在工業企業中推廣的項目。企業在進行余熱回收技術改造時，可請當地的節能服務機構對企業的余熱資源量、投資回收期等經濟性數據進行測試對比分析，選擇符合企業實際情況的余熱回收方案。
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