【壓縮機(jī)網(wǎng)】物理原理決定了壓縮空氣是迄今為止最昂貴的能源，同時，熱動力學(xué)定律也清楚地告訴我們，不消耗熱能就得不到壓縮空氣。在壓縮機(jī)長時間的運(yùn)行之后，壓縮空氣時的熱能回收再利用非常重要。為什么流程企業(yè)在生產(chǎn)壓縮空氣時的熱能回收是一項(xiàng)快回報(bào)的投資呢？本文介紹了如何在生產(chǎn)壓縮空氣的同時回收這些可以利用的熱能。

 

　　從能源方面考慮，壓縮空氣是一個非常熱門的話題。有限的資源、嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)、限定的CO2排放量和不斷上漲的能源價格都是能效項(xiàng)目建設(shè)的推動力。一方面，精心設(shè)計(jì)的流程，其中包括利用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速、盡可能地讓空壓機(jī)在最佳工作點(diǎn)附近工作，以及為了保障企業(yè)生產(chǎn)過程的安全進(jìn)行的適當(dāng)功率儲備等都為項(xiàng)目奠定了良好基礎(chǔ)。另一方面，壓縮機(jī)在提高空氣壓力時提高了空氣的溫度，這也為熱能回收再利用帶來了巨大的潛力。

 

　　壓縮機(jī)的運(yùn)用在環(huán)境保護(hù)方面也提出了可持續(xù)性的保護(hù)要求?；谄髽I(yè)的成本效益考慮，流程設(shè)備運(yùn)營商們也越來越關(guān)注熱能回收再利用的問題了。熱能回收再利用的投資回報(bào)率很高，通常不到兩年就能收回全部投資。為什么壓縮空氣的熱能回收有著這樣的潛力呢？本文將詳細(xì)解答。
 

　　熱力學(xué)定律的利用

 

　　據(jù)熱力學(xué)定律可得，當(dāng)封閉空間內(nèi)的空氣被壓縮時，氣體溫度會升高，在封閉的空間里，氣體受到壓縮時，空氣分子之間的距離縮短，因此產(chǎn)生的摩擦增加。此外，理想氣體定律也適用于典型的流程工藝領(lǐng)域。根據(jù)這些熱力學(xué)原理，結(jié)合空壓機(jī)各個工作點(diǎn)的效率可以計(jì)算空氣壓縮后的溫度。

 

　　溫度的高低還取決于壓縮比。例如進(jìn)氣溫度為20℃，壓縮比為3，壓縮機(jī)的等熵效率為74%時，空氣壓縮時的溫度會達(dá)到166℃。溫度越高，廢熱利用的范圍就越廣泛。在熱力學(xué)中，熱量的質(zhì)量是用卡諾系數(shù)來描述的，即廢熱和散發(fā)熱量的絕對溫度之比，也就是廢熱利用率。流程工藝中氣體中所含有的熱量通常占可回收利用總熱量的85%左右。剩下的15%大致均勻分配給熾熱空氣壓縮階段的驅(qū)動電機(jī)消耗、機(jī)械消耗以及熱輻射等。

 

 

　　采暖的余熱利用

 

　　在熱能回收再利用措施的空間內(nèi)，可回收利用總熱量剩下的15%也可以直接利用，其可以作為附近辦公室和生產(chǎn)車間的采暖用熱能。為了利用這些熱量，與以往的熱氣在壓縮階段、消音階段和消音罩內(nèi)管道系統(tǒng)中被冷卻的情況不同，Aerzen公司為Delta Blower型扭葉風(fēng)機(jī)、Delta Hybrid型扭葉螺桿風(fēng)機(jī)和Delta Screw型螺桿壓縮機(jī)配備了一根排氣管，空氣經(jīng)這一排氣管道排出。中央排氣管中的廢氣溫度在30℃～60℃之間，這一溫度范圍的廢氣經(jīng)分支管路返回，供室內(nèi)采暖使用。同時，這一采暖系統(tǒng)利用閘板閥來控制各個不同空間的具體采暖溫度。

 

　　在85%的可回收再利用的熱能中，最重要的是利用這些熱能的比例，也就是壓縮空氣再利用的比例。

 

　　Aerzen公司已經(jīng)成功地在許多項(xiàng)目中使用了流量優(yōu)化的管殼式換熱器。緊湊型的管殼式換熱器位于空壓機(jī)的壓力側(cè)，管殼式換熱器可以簡單方便地集成到原有的壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)中。因此這一技術(shù)也被推薦用于空壓機(jī)站的技術(shù)改造，以顯著提高空壓機(jī)設(shè)備的能源利用效率，同時還能明顯改善CO2平衡。

 

　　管殼式換熱器的設(shè)計(jì)基于內(nèi)部介質(zhì)的流動特性，隨著排氣管道系統(tǒng)壓力的增高，帶來的功率損失只有2%，與熱能回收帶來的節(jié)約相比幾乎可以忽略不計(jì)。純凈廢氣的熱能可以有效地直接用于室內(nèi)采暖，但管殼式換熱器的出現(xiàn)則開辟了高溫廢氣能源利用的新天地。

 

　　管殼式換熱器帶來了許多新的熱能利用的可能性。最典型的就是對加熱系統(tǒng)、淋浴和洗手間用水以及工業(yè)用水等設(shè)備進(jìn)行加溫。在廢水處理技術(shù)領(lǐng)域中，回收的熱能可以用于烘干污泥濾餅。但在設(shè)計(jì)這類系統(tǒng)時需注意其規(guī)格尺寸要與空氣壓縮設(shè)備的基本負(fù)荷相匹配，而空壓機(jī)站的基本負(fù)荷可以在長期累積的特性曲線中輕松獲得。
 

 

　　最佳廢熱利用的基礎(chǔ)是確定可回收再利用熱量的多少，而可回收再利用熱量的多少取決于可用的溫度差、能夠掌控的體積流量（不同時間可以使用的流量），以及生產(chǎn)和使用壓縮空氣的同時性程度等因素。從這錯綜復(fù)雜的相互關(guān)系出發(fā)，Aerzen公司提供了相應(yīng)的智能化回收再利用解決方案，可將回收再利用的熱能有效地回送到生產(chǎn)過程、熱水處理或者采暖中使用。

 

　　總結(jié)

 

　　基于熱力學(xué)原理，在生產(chǎn)壓縮空氣時系統(tǒng)會自動產(chǎn)生廢熱。為了更好地利用熱力學(xué)定理，企業(yè)應(yīng)將過去沒有充分利用的熱集成到其能源需求的解決方案里。應(yīng)該注意的是，流程設(shè)備運(yùn)營商常常不了解可回收再利用的熱能情況，但實(shí)踐表明利用壓縮空氣廢熱的投資可以很快有所收獲，這同時也減少了CO2排放。