空气压缩机余热回收系统设计文献综述

文献综述

1.国内外研究现状及发展趋势：

目前许多中国企业通常会采用了空气压缩机作为其动力源，但是空气压缩机往往会造成能源的高消耗、高浪费问题，因此许多企业都会根据自身的生产实际情况，从而对自己企业的空压机系统进行改造，以此达到回收空压机排放的大量热能的目的，从而有效的减少资能源消耗，降低企业的生产成本。国内外的相关技术人员也开始着手于空压机的余热回收利用系统改造。下面我们来回顾和分析一下国内外这些研究进展。

绿派(上海)能源股份有限公司的高旭和陆晓科[1]等人经过1年多的研究与实践,解决了常村煤矿空压机余热浪费的问题,保障了空压机的正常运行,结合了热泵与节水之后,替代原有的燃煤锅炉,使常村煤矿取得了显著的经济效益和社会效益,有效缓解了长期以来一直困扰常村煤矿的空压机夏季高温停机的问题。山西汾西矿业集团有限责任公司的张辉[2]等人设计了一套完整的热能回收系统，其设计原理采用了双回路温控回路, 在保证热回收效率最大化的同时, 也使设备的油温控制在正常合理的范围, 保障了设备的正常运行, 对空压机不会产生任何负面影响，该系统只要运行1台空压机就可以将15℃左右的自来水加热到50℃ (最高可加热到70℃) , 每天可以加热80 t热水。将加热的水用水泵直接排到职工澡堂保温水箱,然后用于职工洗澡。新安煤矿3台空压机均安装了余热回收装置ZM－WHRD－300A[3]，每台装置使用一块传特 GL－13times;42 板式换热器，设计试验压力1.0／1.3Mpa,换热面积4.8平方米，设计温度110℃，板片材质AISI316.高温油由油气桶内压力提供动力，经热控阀后进入板式换热器，为余热回收系统提供热源。余热回收系统配1个20平方米水箱,低温水经水过滤器过滤,由IRG50－125 管道离心泵压入板式换热器经换热后回入水箱。 板式换热器上装设有温控阀，其配合螺杆空压机系统本身热控阀，使余热回收系统形成了两套独立的互补冷却系统。系统运行时，高温油经板式换热器，油在板式换热器内将温度换出后，降低了油温，降温后的油进入空压机本身热控阀，使热阀不至于动作，油直接进入了润滑系统。当水温升高，油温降至温控阀设定温度后，空压机本身温控阀打开，高温油进入空压机冷却器冷却。针对面粉厂空压机房的通风降温现状,李东森和杨磊[4]提出了一种空压机房和罗茨风机房的通风降温方案,并利用降温的废热加热车间用水。热回收系统主要包括3个部分:无油压缩机内部改造系统、热回收系统及用热系统。热回收系统是一个标准,主要由换热器、调节阀、泵系统、压力平衡系统和补水系统组成。整个系统做成一个整体,外留接口,与无油螺杆压缩机、供热端 以及冷却塔相连。为了更好地回收无油螺杆压缩机系统中的热,将无油螺杆压缩机的内部进行改造,以实现在保证压缩正常运行的同时,更好地回收冷却器中的热。此外,可将外接软化器,使得进入系统的补给水的水质得到了保证。在用热模块,将由蓄热水箱、泵系统、补水系统及控制系统组成。国内其他一些应用可参考相关文献[5-8]。

另外，还有一些关于空气压缩机的能量回收技术及其循环利用技术已经申请了国家专利[9-11]，比较有代表性的阐述如下：许广波设计了一种基于空压机余热回收的智能供热水设备,包括有空压机和控制柜,所述的空压机经换热板连接有换热水箱,换热水箱连接有储热水箱,其特征在于：换热板与换热水箱之间的第一循环水管上连接有第一水泵,换热水箱内设有第一温度传感器和第一液位器,换热水箱连接有第一补水阀,储热水箱内设有第二温度传感器和第二液位器,储热水箱连接有第二补水阀,换热水箱与储热水箱之间连接有第一控制阀和第二水泵,储热水箱的出水管连接有第二控制阀以及向外界提供恒温热水的恒压泵,第一水泵、第一温度传感器、第一液位器、第一补水阀、第二温度传感器、第二液位器、第二补水阀、第一控制阀、第二水泵、第二控制阀以及恒压泵均与控制柜电信号连接。

从上世纪六十年代能源危机以来，国外就有大量关于空气压缩机热回收的研究与运用。其中一些关于空压机余热回收的新技术已经申请了发明专利[12-15]。下面我们举几个实例来看一下国外空压机余热改造的研究现状。美国的William Mc Cray在《Compressed Air》发表有关空气压缩机废热回收的论文，其中提及的便是英格索兰50马力以上压缩机通过热力计算得到的理论回收值[16]。比利时ATLAS COPCO 公司在其加拿大的《Canadian Mining Journal》阐述了螺杆压缩机的几种热回收方式[17]，同时推出过一种用于ZR75290 VSD2FF系列水冷却无油旋转螺杆式压缩机新机型的一体化热量/能量回收系统。这种压缩机广泛用于必须100%无油操作的工业应用场合。此外，还有一些其他关于空压机热能改造的应用实例，具体情况我们可以参考相关外文文献[18-20]。

2.课题研究目的、意义及应用价值

2.1研究目的：

随着全球能源的日益紧张，我们对余热资源的回收也愈发的重视，因为我国的能源储备相对的薄弱，并且能源消耗的结构也不合理，我们国家更应重视能源的合理使用，因此我们希望通过研究余热资源回收利用技术来实现能源的可持续发展的目的。如今，能源回收被视为推动现有先进技术向零排放目标迈进的一个诱人机会。此外，从经济角度来看，预计余热回收市场在短期内将有显著增长；例如，在美国，市场规模预计将从2015的441.4亿美元增长到2021的658.7亿美元[21]因此，在工业上我们对研究余热回收技术的实战尤为需要。

2.2研究意义及应用价值：