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螺杆式空壓機餘熱回收技術的應用及節能效益分析

 

  螺杆式空氣壓縮機如今在工業企業中應用非常廣泛,由於螺杆式空壓機的特殊性,其餘熱回收的潛力非常大,經濟效益明顯。以下具體對螺杆空壓機餘熱回收的節能潛力和節能經濟效益進行分析討論。

  1、空壓機運行過程中所存在的問題

  如圖1所示,空壓機在產生壓縮空氣的過程中,100%的軸功率轉換成熱量,在通過其自身的散熱冷卻係統來給高溫高壓的油、氣降溫的過程中,約有90%以上的熱能被無端的浪費。對於空壓機數量眾多的企業,這部分節能潛力相當大。

  2、螺杆空壓機餘熱利用技術介紹

  空壓機餘熱利用技術是在不改變空壓機原有工作狀態的前提下合理利用空壓機餘熱,通過水泵將冷卻水經過冷熱交換器把空壓機的熱油迅速冷卻下來,將這部分餘熱經過熱量回收裝置轉化為熱水供生活及有需要的生產工藝等使用,不需要任何花費任何運行成本。同時優化空壓機油降溫的效果,實現主機節能。

  3、餘熱回收利用改造的節能量及經濟效益分析

  3.1節能量分析

  以無錫天山水泥有限公司為例,該企業有4台110kW的空壓機,企業共有員工200人,設置有職工浴室,企業通過1台燃料為原煤的熱水鍋爐供應浴室所需熱水。以下對該企業空壓機餘熱回收利用後所產生的節能量進行分析:

  3.1.1可回收熱量計算

  電力的熱值為3600kJ/(kW·h),即1kW·h電力的低位發熱量為3.6MJ。根據實測,該空壓機每小時耗電量約為90kW·h。空壓機餘熱回收的效率按72%計算,則該台空壓機每小時可回收的熱量Q1為:Q1=90kW×1h×3600kJ/(kW·h)×1台×72%=233.28MJ/h;每天空壓機開機負載時間按照20h計算,則每天回收熱量Q2為Q2=Q1×20h=4665.6MJ;按年運行時間為330天計算,年可回收熱量Q3為:Q3=Q2×330=1539.6GJ;熱力當量折標係數為0.03412tce/GJ,則年回收的熱量折標準煤即該項目的節能量為:A=Q3×0.03412tce/GJ=52.53tce。

  3.1.2餘熱回收利用可產生熱水計算

  水的比熱容為4.1868kJ/(kg·K),即1kg水吸收4.1868kJ的熱量,溫度會上升1℃。

  熱量計算公式為Q=Cm·Δt,式中C為比熱容,m為水量,Δt為溫度變化值。

  冬天時(冬天時間以10月到4月共7個月計),入水水溫度低,以入水溫為5℃計算,需要從5℃上升至55℃,溫差為50℃。所以冬天空壓機每天熱回收可產生的熱水量B1=Q2/[4.1868kJ/(kg·K)×50]=22t/D。

  夏天時(夏天時間以5月到9月共5個月計)入水水溫度高,以入水溫為15℃計算,需要從15℃上升至55℃,溫差為40℃。所以夏天空壓機每天熱回收可產生熱水量B2=4665.6MJ/[4.1868(kJ/kg·K)×40]=28t(夏季空壓機的產熱量更高,同樣按72%計算)。

  根據加權平均算法,1台110kw空壓機熱回收平均每天可產熱水量B3=(B1×7+B2×5)/12=24.5t。經以上計算可知該空壓機餘熱回收平均每天可產24.5t熱水。

  3.1.3結果分析

  該企業共有員工200人,每人每天洗澡1次約為50L,則每天消耗熱水量C=200人×50L/1000=10t/d(需求使用自來水)。

  而空壓機進行餘熱回收利用後1台空壓機可產生24.5t熱水,所以該企業隻需改造1台110kW空壓機進行熱回收即可滿足員工用熱水需求。

  3.2經濟效益分析(利潤、投資回收期等指標分析)

  企業原先采用熱水鍋爐,以原煤為燃料,根據企業之前的運行數據,鍋爐年耗煤量約為150t,采用餘熱利用之後,將取消原煤的使用,即可節約150t原煤,原煤價格按1000元/t計算,年可節約費用15×104元。

  該項目總投資額為18.5×104元。利潤、投資回收期等指標分析如下:a)本項目總投資費用I=18.5×104元;b)年運行費用總節省金額P=15×104元;c)新增設備年折舊費D=總投資費用I/設備使用年限Y=18.5/10=1.85×104元;d)應稅利潤T:P-D=15-1.85=13.15×104元;e)淨利潤=應稅利潤-各項應納稅金總和=13.15×(1-33%)=8.81×104元;f)年增加現金流量F=淨利潤+年折舊費=8.81+1.85=10.66×104元;g)投資償還期N=總投資I/年增加現金流量=18.5/10.66=1.74年;h)淨現值-初始投資額I=10.66×6.1446-18.5=47×104元>0。

  式中貼現率按10%,折舊按10年,年金現值係數按照6.1446計算。

  從以上計算可知,該項目方案各項指標均優於經濟評估準則指標,因此方案在經濟上可行。

  該工程投資費用約為18.5×104元,預計投資回收期為:18.5×104元/15×104元=1.2年,約15個月。

  3.3值得注意的問題

  如果企業用熱水量不多而空壓機數量及裝機容量又很大,則需進行詳細的可行性研究方案分析。通過以上分析得知,該企業雖然有多台空壓機的餘熱可進行利用,但是就目前企業的需求,隻需投資改造1台就能滿足企業所需。所以企業在投資改造前需進行利潤、投資回收期等指標分析,如用於工藝生產,則需考慮工藝溫度是否能滿足要求,不能盲目建設,應選擇適合企業需要的餘熱回收方案,以免造成回收期時間較長,轉換的熱水較多所造成的浪費現象。

  4、結語

  空壓機的使用幾乎遍布各個行業,從以上的分析可知,空壓機的餘熱利用具有非常大的節能潛力和經濟效益。從十三五的節能規劃和企業降低生產成本增加市場競爭力的角度考慮,空壓機餘熱利用將是一項非常值得在工業企業中推廣的項目。企業在進行餘熱回收技術改造時,可請當地的節能服務機構對企業的餘熱資源量、投資回收期等經濟性數據進行測試對比分析,選擇符合企業實際情況的餘熱回收方案。

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