空压机余热回收制冷工艺可行性分析 (1).pdf
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1、问题探讨72节能 ENERGY CONSERVATIONNO.07 2023空压机余热回收制冷工艺可行性分析赵万里1 马会焕2 陈宣任1(1.中航工程集成设备有限公司,北京 102206;2.黑龙江科技大学安全工程学院,黑龙江 哈尔滨 150022)摘要:根据典型工程的咨询案例对空压机余热回收吸收制冷工艺进行可行性分析。利用Aspen Hysys软件计算空气压缩过程的热量生成量,通过市场调研和咨询方式确定当前主流吸收制冷设备厂家,确定吸收制冷系数和投资规模。结合空压机的运行工况和当地供冷供热需求,从技术可行性和投资回收期两方面对空压机余热回收吸收制冷工艺进行可行性分析。结果显示:离心式空压机余
2、热回收技术具备可行性,可以生成95 热水,配套吸收制冷工艺可以制成12 冷水;基于所选设备的投资平均回收期为7.8个月。关键词:离心空压机;余热回收;吸收制冷;可行性分析中图分类号:TK115 文献标识码:B 文章编号:1004-7948(2023)07-0072-03 doi:10.3969/j.issn.1004-7948.2023.07.021引言空压机是现代工业中电机系统的四大能耗设备之一,仅次于风机和水泵。每年空压机的电耗占全国发电量的6%9%1。空压机中 50%的输入功率转化为压缩空气能2,同时80%以上输入功率体量的热量以废热形式排到周围环境中3-4。随着碳达峰碳中和节点的接近,
3、空压机用户和空压机厂家越来越重视空气压缩过程中的废热回收5-8。但是由于空压机废热的能源品位低,主要用于加热热水或预热工艺,导致空压机废热回收的关键节点在于回收废热的稳定消耗。空压机出口的压缩空气一般要经过干燥和过滤才能供下游使用,供给高品质压缩空气需求用户时,压缩空气还要再经过分子筛进行脱水干燥才能满足露点要求。分子筛吸水饱和时,需要加热再生。吸附干燥塔的进口压缩空气温度越低,再生时的加热负荷越低。空气压缩时的初始温度每降低3,轴功率约下降1%9。因此,空压站房本身就具有潜在的用冷需求。根据工程咨询案例对空压机的余热回收制冷工艺进行热力学模拟和经济可行性分析。1空压机余热回收利用现状空气压缩
4、时压缩机对空气做功,温度升高,受限于设备本体材料和润滑油的热稳定性,压缩机的排气温度通常不超过160,压缩比一般在2.5以下。为了达到更高的压力,需要对压缩空气进行级间冷却后再进行下级压缩,级间冷却带走的热量为空压机余热。压缩空气的能量密度低,废热回收的体量小,一般不具备利用价值。离心式空压机设备自身的复杂和精细结构也增加了废热回收的困难。油润滑空压机废热回收技术简单成熟,制取65 左右热水,有稳定热水用户时,可以连续进行废热回收,经济效益十分可观10。离心空压机废热回收技术复杂,但可以获得更高温度的热水,目前是各大主流离心空压机厂家的研究热点。但这些废热回收均以制成热水为目的,热水温度一般在
5、85 以下,仅能够用于洗澡和工艺热水,同时空压机功率很大,一般在2 000 kW以上7,11,使废热回收应用受到很大限制。郭正12开发了一种离心空压机多级余热回收利用系统,但未说明余热回收的体量和品位。2余热回收制冷分析根据2021年的国家统计年鉴数据,2019年我国能源消费总量为48.75亿吨标准煤。其中,居民生活能源消费量为6.17亿吨标准煤,低品位热能需求约占全社会消耗的12.66%。如果此部分能源中的40%通过各种余热回收技术提供,可以节省约2.47亿吨标准煤,经济效益和环境效益可观。通过余热回收进行制冷已经是比较成熟的工艺,在化工和钢铁等高耗能产业,相关应用已作为工艺标准得到广泛推广
6、。在煤化工中的煤气净化和回收工艺方面,利用高温进气进行制冷,再利用所得冷量进行低温冷凝,几乎实现能量全利用。在炼钢冶炼方面,可以利用高温余热做蒸汽喷射制冷。空气压缩机作为一种成熟的通用型动力设备,具有高效精确的制造理论,设备主流厂家积累了大量可靠的变量数据,为设备改造提供了变量影响分析的基础。随着计算机应用技术的发展,工艺模拟技术越来越成熟,通过流程模拟评判技术可行性,优化设计方案,可以为项目执行和工程落地提供可靠而必要的指导。以某品牌的一台中小型离心空压机为样本,进行余作者简介:赵万里(1986),男,硕士,工程师,研究方向为航空航天行业国家重大装备及风洞实验设备的非标设计及改造。收稿日期:
7、2022-09-25引用本文:赵万里,马会焕,陈宣任.空压机余热回收制冷工艺可行性分析 J.节能,2023,42(7):72-74.问题探讨73NO.07 2023节能 ENERGY CONSERVATION热回收可行性分析,通过Aspen Hysys软件模拟其运行参数,并经厂家确认,与产品的实际工作参数十分接近。空压机压缩过程运行参数如表1所示。3空压机余热回收及吸收制冷工艺模拟空压机的余热回收方案主要包括3个部分:第一部分使用2段式换热器,第一段利用60 热水,将压缩空气温度降到 70 以下,水温升到 95;第二段利用32 循环水,将压缩空气温度降到40 以下,满足进行下级压缩的温度要求,
8、循环水回水温度在37 以下。第二部分将回收的95 热水作为溴化锂制冷机组的热源,通过吸收制冷工艺提供12 的冷水;热水出溴化锂机组的温度为60,再回到2段式换热器进口,组成完整的余热回收循环。第三部分将溴化锂制冷机组的12 冷水用于3级压缩空气降温,使进入吸附干燥塔的压缩空气温度低于20。空气压缩过程模拟和余热回收流程如图 1 和图 2所示。4节能效益和投资回收期分析根据流程模拟结果,空压机余热回收过程的运行状态参数如表2所示。增加余热回收工艺时,空压机运行功率增加5.0 kW,约为额定功率的0.4%,同时回收95 热水19.1 m3/h,回收热功率804.2 kW,约为额定功率的64.5%。
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