四十六.螺杆式空压机余热回收技术的应用及节能效益分析

螺杆式空气压缩机如今在工业企业中应用非常广泛，由于螺杆式空压机的特殊性，其余热回收的潜力非常大，经济效益明显。以下具体对螺杆空压机余热回收的节能潜力和节能经济效益进行分析讨论。
1、空压机运行过程中所存在的问题
如图1所示，空压机在产生压缩空气的过程中，100%的轴功率转换成热量，在通过其自身的散热冷却系统来给高温高压的油、气降温的过程中，约有90%以上的热能被无端的浪费。对于空压机数量众多的企业，这部分节能潜力相当大。
2、螺杆空压机余热利用技术介绍
空压机余热利用技术是在不改变空压机原有工作状态的前提下合理利用空压机余热，通过水泵将冷却水经过冷热交换器把空压机的热油迅速冷却下来，将这部分余热经过热量回收装置转化为热水供生活及有需要的生产工艺等使用，不需要任何花费任何运行成本。同时优化空压机油降温的效果，实现主机节能。
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3、余热回收利用改造的节能量及经济效益分析
3.1节能量分析
以无锡天山水泥有限公司为例，该企业有4台110kW的空压机，企业共有员工200人，设置有职工浴室，企业通过1台燃料为原煤的热水锅炉供应浴室所需热水。以下对该企业空压机余热回收利用后所产生的节能量进行分析：
3.1.1可回收热量计算
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余热回收利用可产生热水计算
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℃。
热量计算公式为Q=Cm·Δt，式中C为比热容，m为水量，Δt为温度变化值。
冬天时（冬天时间以10月到4月共7个月计），入水水温度低，以入水温为5℃计算，需要从5℃上升至55℃，温差为50℃。所以冬天空压机每天热回收可产生的热水量B1=Q2/[4.1868kJ/(kg·K)×50]=22t/D。
夏天时（夏天时间以5月到9月共5个月计）入水水温度高，以入水温为15℃计算，需要从15℃上升至55℃，温差为40℃。所以夏天空压机每天热回收可产生热水量B2=4665.6MJ/[4.1868(kJ/kg·K)×40]=28t（夏季空压机的产热量更高，同样按72%计算）。
根据加权平均算法，1台110kw空压机热回收平均每天可产热水量B3=（B1×7+B2×5）/12=24.5t。经以上计算可知该空压机余热回收平均每天可产24.5t热水。
3.1.3结果分析
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）。
而空压机进行余热回收利用后1台空压机可产生24.5t热水，所以该企业只需改造1台110kW空压机进行热回收即可满足员工用热水需求。
3.2经济效益分析 （利润、投资回收期等指标分析）
企业原先采用热水锅炉，以原煤为燃料，根据企业之前的运行数据，锅炉年耗煤量约为150t，采用余热利用之后，将取消原煤的使用，即可节约150t原煤，原煤价格按1000元/t计算，年可节约费用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。
式中贴现率按10%，折旧按10年,年金现值系数按照6.1446计算。
从以上计算可知，该项目方案各项指标均优于经济评估准则指标，因此方案在经济上可行。
该工程投资费用约为18.5×104元，预计投资回收期为：18.5×104元/15×104元=1.2年，约15个月。
3.3值得注意的问题
如果企业用热水量不多而空压机数量及装机容量又很大，则需进行详细的可行性研究方案分析。通过以上分析得知，该企业虽然有多台空压机的余热可进行利用，但是就目前企业的需求，只需投资改造1台就能满足企业所需。所以企业在投资改造前需进行利润、投资回收期等指标分析，如用于工艺生产，则需考虑工艺温度是否能满足要求，不能盲目建设，应选择适合企业需要的余热回收方案，以免造成回收期时间较长，转换的热水较多所造成的浪费现象。
4、结语
空压机的使用几乎遍布各个行业，从以上的分析可知，空压机的余热利用具有非常大的节能潜力和经济效益。从十三五的节能规划和企业降低生产成本增加市场竞争力的角度考虑，空压机余热利用将是一项非常值得在工业企业中推广的项目。企业在进行余热回收技术改造时，可请当地的节能服务机构对企业的余热资源量、投资回收期等经济性数据进行测试对比分析，选择符合企业实际情况的余热回收方案。
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