【壓縮機網】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。為什么流程企業在生產壓縮空氣時的熱能回收是一項快回報的投資呢？本文介紹了如何在生產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、嚴格的環保法規、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的推動力。一方面，精心設計的流程，其中包括利用變頻技術調節空氣壓縮機的轉速、盡可能地讓空壓機在最佳工作點附近工作，以及為了保障企業生產過程的安全進行的適當功率儲備等都為項目奠定了良好基礎。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。

 

　　壓縮機的運用在環境保護方面也提出了可持續性的保護要求。基于企業的成本效益考慮，流程設備運營商們也越來越關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。
 

　　熱力學定律的利用

 

　　據熱力學定律可得，當封閉空間內的空氣被壓縮時，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域。根據這些熱力學原理，結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。在熱力學中，熱量的質量是用卡諾系數來描述的，即廢熱和散發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動電機消耗、機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，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管道系統中被冷卻的情況不同，Aerzen公司為Delta Blower型扭葉風機、Delta Hybrid型扭葉螺桿風機和Delta Screw型螺桿壓縮機配備了一根排氣管，空氣經這一排氣管道排出。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分支管路返回，供室內采暖使用。同時，這一采暖系統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公司已經成功地在許多項目中使用了流量優化的管殼式換熱器。緊湊型的管殼式換熱器位于空壓機的壓力側，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系統中。因此這一技術也被推薦用于空壓機站的技術改造，以顯著提高空壓機設備的能源利用效率，同時還能明顯改善CO2平衡。

 

　　管殼式換熱器的設計基于內部介質的流動特性，隨著排氣管道系統壓力的增高，帶來的功率損失只有2%，與熱能回收帶來的節約相比幾乎可以忽略不計。純凈廢氣的熱能可以有效地直接用于室內采暖，但管殼式換熱器的出現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、淋浴和洗手間用水以及工業用水等設備進行加溫。在廢水處理技術領域中，回收的熱能可以用于烘干污泥濾餅。但在設計這類系統時需注意其規格尺寸要與空氣壓縮設備的基本負荷相匹配，而空壓機站的基本負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），以及生產和使用壓縮空氣的同時性程度等因素。從這錯綜復雜的相互關系出發，Aerzen公司提供了相應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過程、熱水處理或者采暖中使用。

 

　　總結

 

　　基于熱力學原理，在生產壓縮空氣時系統會自動產生廢熱。為了更好地利用熱力學定理，企業應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。應該注意的是，流程設備運營商常常不了解可回收再利用的熱能情況，但實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。