工业厂房空压机冷却散热的回收利用

Heat recovery from air compressor in factories

XIAO Yongwei

(Shanghai Electronic Engineering Design & Research Institute,
Shanghai 200023, China)

　　Abstract: This paper analyses the feasibility to recover heat energy from air compressor cooling system in factories and introduces ways used in some factory to heat fresh air, hot water for AHU, domestic hot water and its process.
　　Keywords: air compressor; heat recovery; fresh air preheating; AHU hot water; energy saving

　　能源消耗是工厂的一项重要支出，尤其在生产规模不断扩大的今天，巨大的能耗越来越成为人们关注的重点。因此如何从节约能源入手，进一步降低成本也就成为一项刻不容缓的课题。要节约能源，一个良好的经过节能优化的设计是运行过程中降低能耗的先决条件。这里 就笔者遇到过的设计实例谈一下工业厂房空压机压缩热的热回收问题。

1空压机散热量的计算
　　空压机是常见的动力设备，它与空调冷水机组都是工厂的耗电大户。通常情况下空压机排出的大量热量都是通过风冷直接排放或水冷通过冷却塔放散到大气中，这部分能量（由电能转化而来）就白白浪费掉了。
　　空压机的气体压缩过程可看作绝热压缩过程，其温度关系按下式计算：
　　
式中：T2——压缩后空气的绝对温度，K；
　　　T1——压缩前空气的绝对温度，K；
　　　P2——压缩后空气的绝对压力，Pa；
　　　P1——压缩前空气的绝对压力，Pa；
　　　k——绝热指数，对于空气，取1.4。
　　压缩后对空气的冷却过程为定压冷却，其放热量按下式计算：
　　
式中：Q——压缩空气冷却过程中的散热量，kJ；
　　　ρ——吸入空气的密度，kg/m3；
　　　V——吸入空气的体积，m3；
　　　cp——空气的定压比热，取1.005kJ/(kg·℃)；
　　　t0——冷却后空气的温度，即空压机的排气温度，一般比环境温度高10℃；
　　　t2——冷却前空气的温度，℃，t2=T2-273。
　　以一台输入功率为250kW，自由排气量45m3/min，排气压力7.5×105Pa的空压机为例，计算其散热量。取环境温度20℃，压力9.8×104Pa，将相关数据代入上述公式，计算可得该机器的冷却散热量为214kW，同时可得压缩空气冷却前的温度t2高达265℃。可以看出空压机的冷却散热不但量大，而且温度高，完全可以回收利用。

2空压机散热量的回收利用
　　笔者在某半导体封装工厂的设计过程中就充分利用了这部分热量，用于空调冬季新风预热，纯水制备工艺原料水的冬季预热等。
　　该工程设排气量45m3/min，排气压力7.5×105Pa的空压机4台，其中3用1备。根据前面的计算，3台空压机同时开启将有642kW的散热量。这部分热量在冬季回收利用，用来为制备纯水的原料水加热和加热空调新风。纯水车间热负荷为350kW，空调新风热负荷为280kW，两项合计630kW。为保证夏季空压机的正常运行，设置了冷却塔系统。系统设置如图1所示。图中，冷却塔仍按照3台空压机满负荷运行的散热量来选型，以应付夏季上述热负荷为零时的散热需要。

　　从图1可以看出，与单纯的空压机冷却系统相比，本系统增加了泵和换热器等设备及阀门等控制切换装置，使设备初投资略有增加，但与630kW的回收热量相比完全可以忽略。

3利用空压机的散热量实现吸附式干燥器的再生
　　电子行业对压缩空气的品质要求比较高，除了对颗粒物等杂质的限制外，对气体的含水量也非常敏感，多数工艺都要求常压露点在-40℃以下，要求高的甚至低于-70℃，这种情况下必须使用吸附式干燥器。而吸附式干燥器的再生有两种方式，无热再生和有热再生。无热再生需要消耗一定量的压缩空气，通常对于露点-40℃的干燥器再生的平均耗气量约为15%，这是一笔不小的动力消耗。如果采用有热再生，则需要热源供应，而空压机压缩热正好派上用场。
　　一部分被压缩后尚未经空压机后冷却器冷却的高温压缩空气被引出，并被输送到干燥器的吸附剂中用于再生，再生后含大量水分的高温气体经冷却干燥后与被干燥的气体汇合，因此该再生过程没有产品气体消耗。压缩干燥的流程如图2所示。

        现在有些空压机的生产商已经在他们的产品中综合了上述过程，在其空压机和干燥器上分别设置了相应的热空气引出接口和引入接口，使得系统变得简单，安装者只需将两者连接起来就可以。图3是某印刷线路板厂使用该形式的空压机及干燥器并对冷却水热量进行回收的例子。

　　该例中的热回收体现在气体系统和冷却水系统两个方面。由于要求进入吸附干燥器的压缩空气温度不能太高，因此在空压机出口又加了一级后冷却器，并单独采用18℃的低温冷却水（该工程的工艺冷却水温度）进行冷却，以保证进入干燥器的气体温度不超过35℃。水系统方面，根据热用户的不同温度要求，实行两级热回收，先对供回水温度为90℃/60℃的空调热水进行加热，剩余热量用来预热生活热水的补充水。两级冷却塔的设置充分保证了冷却水的供水温度不超过35℃。

4小结
　　工业厂房大量的空压机放热量完全可以加以回收，用于冬季空调新风预热，纯水车间加热以及生活热水的预热等方面，还可以作为吸附干燥器的再生热源。同时，回收系统增加了泵、换热器等设备和阀门等控制切换装置，不可避免地增加了设备初投资并且管路布置变的复杂。但是与热量回收带来的经济效益和社会效益相比是非常值得的。

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