物理原理決定了壓縮空氣是迄今為止昂貴的能源。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。在壓縮機長時間的運行之后,壓縮空氣時的熱能回收再利用非常重要。
為什么在生產(chǎn)壓縮空氣時的熱能回收是一項快回報的投資呢?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目建設(shè)的推動力。一方面,精心設(shè)計的流程,其中包括利用變頻技術(shù)調(diào)節(jié)空氣壓縮機的轉(zhuǎn)速、盡可能地讓空壓機在好的工作點附近工作,以及為了保障企業(yè)生產(chǎn)過程的安全進行的適當(dāng)功率儲備等都為項目奠定了良好基礎(chǔ)。另一方面,壓縮機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?;谄髽I(yè)的成本效益考慮,企業(yè)用戶也越來越關(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?本文將詳細解答。
縮空氣通過熱交換器的冷卻器管,冷卻水在管子中逆向流動,薄片設(shè)計的冷卻管確保了有效的熱傳遞并減少了壓力損失。
1、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。根據(jù)這些熱力學(xué)原理,結(jié)合空壓機各個工作點的效率可以計算空氣壓縮后的溫度。
溫度的高低還取決于壓縮比。例如進氣溫度為20℃,壓縮比為3,壓縮機的等熵效率為74%時,空氣壓縮時的溫度會達到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)熱量的溫度之比,也就是廢熱利用率。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)動電機消耗、機械消耗以及熱輻射等。
典型的螺桿式空氣壓縮機的能量平衡
2、熱能用途
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,為螺桿壓縮機配備排氣管,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。
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。因此這一技術(shù)也被推薦用于空壓機站的技術(shù)改造,以顯著提高空壓機設(shè)備的能源利用效率。
使用緊湊型的管殼式換熱器裝置于空壓機的壓力側(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。管殼式換熱器的設(shè)計基于內(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。
管殼式換熱器帶來了許多新的熱能利用的可能性。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)備進行加溫。
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