工業廠房壓縮空氣站的節能設計思路探索

李平

摘? 要：在工業廠房中，壓縮空氣站作為能耗大戶，具有較強的節能潛力，為了積極響應國家節能減排目標，本文主要以工業類廠房壓縮空氣站作為研究對象，從設備選型、空氣壓縮機余熱回收及再利用設計等方面入手，具體分析了如何進行節能，希望能夠為工業廠房壓縮空氣站的節能設計提供有價值的參考，有效實現節能減排，推動工業廠房綠色發展。

關鍵詞：空氣壓縮機;壓縮空氣站設計;空壓機余熱;公用系統節能

引言：

工業廠房中的壓縮空氣站，耗電量巨大，在各類工業廠房建設中占比非常大。從國內工程機械、汽摩、電子、食品、化工等行業工廠看，針對壓縮空氣站采取的節能設計非常少，即便是部分工廠采取了節能措施，也僅僅是停留在表面，未能充分結合工業廠房實際情況和需求進行合理設計。究其原因，主要是因為傳統設計中缺乏對壓縮空氣站節能設計的全面描述，與此同時，多數工作人員也沒有充分認識到壓縮空氣站節能設計技術可行性，缺乏對其可觀經濟效益的綜合考量。針對此，本文深入分析，探討出行之有效的壓縮空氣站節能設計思路。

一、設備選型

壓縮空氣站內的系統設備，涉及到了空壓機及后處理設備?？諌簷C不同，對應的排氣溫度以及含油量存在較大差異性，同時，后處理工藝也不盡相同。而空壓機、干燥器作為壓縮空氣系統核心設備，優化設備選型，能夠進一步提升整個系統節能減排效果。

（一）空壓機選型

在主流空壓機中，涉及到了噴油螺桿空壓機、離心式空壓機。如圖1、2所示。一般壓縮空氣系統主要以主流的噴油螺桿空壓機為主，而離心式空壓機的應用，通常只有系統流量提出明確要求，單臺空壓機排氣量超過100 m3/min時才會選擇?，F階段，很多用戶都更加傾向于無油螺桿機，主要是因為多數人誤認為無油螺桿機不噴油，所以后處理設備需要配置不同的高效除油器，試圖通過此降低企業設備運營成本，但事實并非如此，因為無油螺桿機并沒有實現對冷卻液的冷卻、密封，所以會直接影響到單級壓縮比，使其降低，進而導致排氣溫度不穩定，致使內泄漏系數增大，縮短設備壽命，因此，在食品處理、軍工、極寒等特殊條件下才較為適用。此外，若是用戶對含油量提出特殊要求，則在排氣量合適情況下可以考慮選擇離心式空壓機。

（二）干燥器選型

目前，主流干燥器主要包含了兩種，即冷凍式干燥器、吸附式干燥器。其中冷凍式干燥器主要以熱交換器為載體，而后在制冷技術的作用下，實現對壓縮空氣強制制冷，使得露點溫度達到3-10℃，此條件下排出的為飽和壓縮空氣;相比之下，吸附式干燥器主要工作原理是變壓吸附，在干燥劑作用下，將壓縮空氣內的水分進行有效吸附，并采取降低壓力的方式將排干燥劑內水分有效排除，進而達到低于0℃的露點溫度[1]。進一步劃分吸附式干燥器，可以分為內熱吸附、無熱吸附、外熱吸附等多種。對于干燥器的選型，需要結合用戶對壓縮空氣品質的要求而定，事實上，對于設備所需的壓縮空氣流量及品質，即便是設備方也很難準確掌握，所以對壓縮空氣提出過高品質要求，會導致很難把握好壓縮空氣流量要求，在選型過程中只參考設備方提出的壓縮空氣要求缺乏足夠的科學性。

（三）過濾器選型

在空氣壓縮站中，還包含了其他凈化設備，過濾器可以按照精度要求劃分為不同等級。對比干燥器選型，二者存在一些相似性，由于過度凈化會增加系統壓力損耗，耗費大量的元件，從而增加企業生產運行成本。實際上，以往凈化系統中2級品質及以下的凈化設備，一般都配置在壓縮空氣站內，所以不管是否達到用戶點后品質是否能夠如一，弱化管道輸送中的污染物，都無法完全達到設計目的。按照新國標要求，明確提出2級以上的供氣，應當在用戶點之前設置精密過濾器，做好基礎保障。

二、空氣壓縮機余熱回收回用設計

（一）熱回收能力

現階段，噴油螺桿式空氣壓縮機較為常見，在應用過程中，風冷、水冷的產生，對應機組產生的廢熱最終都會進入大氣，這樣不僅資源浪費，同時，也會直接污染環境，因此，可以根據此情況采取有效措施進行節能。

根據噴油螺桿式空氣壓縮機數據分析可知，空壓機在消耗電能過程中，按照100W電能，其消耗形式主要表現為：1、其中75%的電能會向熱能轉化，而后依托冷卻油，借助冷卻器通過冷卻消耗;2、還有10%的電能在轉化為熱能后，一種會發生輻射，另一種會通過不可控的壓縮內耗損;3、當中10%的電能在轉化為熱能后，會借助壓縮空氣在冷卻器作用下，完成冷卻后消耗;4、當中還有5%的電能會向電機熱轉化，最終損失耗盡。

從100W電能損耗情況看，噴油螺桿式空氣壓縮機約75%的能源主要耗費在冷卻油循環中，如果能夠將此部分熱利用循環熱水形式進行回收再利用，能夠實現對空壓機余熱的回收。從目前市場常見空壓機熱回收設備看，將回收能力折合成空壓機軸功率，一般在40%-50%[2]。分析空壓機熱回收設備，其作用原理就是換熱器，其中冷卻油是換熱器的一次側熱源，空壓機出口油溫80-90℃，循環熱水是二次側熱源，并且循環水最高溫度可達60℃。

（二）確定合適的用戶

保證空壓機具備一定熱回收能力后，需要進一步明確熱水用戶，目的在于促使回收的空壓機余熱可以充分應用于有熱源需求的用戶，從而保證整個系統處于穩定狀態，這種情況下的系統可以達到最優節能狀態。下文主要以某工廠為例，通過分析公用系統熱回收用戶，簡單介紹其特點，僅供參考。

1、浴室生活熱水系統

浴室生活熱水系統的應用最大優點就是沒有高水溫要求，一般情況下，40℃水溫便可滿足工廠日常職工用水需求，但缺點也較為明顯，因此是集中供應，所以，廠區職工只能在下班后1小時內使用。因此，為了更好的將空壓機余熱回收利用到生活熱水中，在設計時應當考慮這一點，從浴室淋浴頭個數入手，按照滿足一定容積的蓄熱水箱進行設計。與此同時，還需要設計好合理水溫自動控制功能，若是生活熱水消耗小時，水溫會逐漸升高，并且循環生活熱水無法冷卻空壓機冷卻油，會造成空壓機冷卻油溫急劇升高，導致空壓機運行受嚴重影響，此時需要及時切換主空壓機本身風冷或者水冷系統。當中冷卻系統切換的信號，主要就是來自冷卻油系統溫度信號，因此，設計人員應當在設計時，明確要求設備廠家按照此要求生產。此外，設計人員還需要做好前期思考，即保證浴室和空壓站余熱回收系統位置不能過遠，應當盡量靠近，避免距離過遠損失熱能。

2、工業氣站氣化系統

從一般規模焊接工段工廠看，絕大部分都會設置集中氣體站，主要就是滿足焊接用混合氣供應需求。在混合氣內，包含了二氧化碳和氬氣，二者按照一定比例混合，從兩種氣體性質看，主要是以低溫高壓的液態形式儲存在真空絕熱貯槽而后在空溫氣化器、強制加熱裝置作用下，實現氣化最終為車間供應。液態二氧化碳本身沸點非常低，并且在氣化過程中會吸收大量的熱，如果只是運用空溫氣化器并不能達到要求，特別是我國北方地區的冬季，天氣非常寒冷，需要增設強制加熱氣化器[3]。在實際操作過程中，可以運用電加熱水浴式氣化器，其缺點就是能耗較大。若在條件允許下，可以引入空壓機余熱回收循環熱水，這樣可以節省這部分電能，并且氣化器運行更加穩定，可以最大限度上保證和空壓站運行時間同步。

3、辦公用房中央空調系統

辦公用房中央空調系統的實現，一次側熱源可以利用空壓機余熱回收熱水，二次側冬季采暖熱源主要是空調水系統，利用空壓機余熱回收再利用，滿足建筑物冬季采暖需求。由于這兩種水系統處于完全獨立狀態，若想實現熱量交換，需要依靠換熱器實現。如果冬季環境溫度超出0℃，可以使得室溫達到20℃左右，為工廠辦公用房提供良好采暖。在此采暖系統作用下，可以很好的節省鍋爐房循環熱水系統天然氣的消耗，或者利用VRV多聯機系統引發的大量電耗，能夠獲得較為明顯的經濟效益。

綜合來看，空壓機余熱采暖系統的應用，最大的優點就是采暖季能夠保持穩定運行狀態，不僅滿足工廠辦公用房采暖需求，同時，也能獲得良好的節能減排效果。但從該系統實際應用效果看，其缺點也非常明顯，由于使用兩套換熱器回收空壓機余熱，在這一過程中會出現非常高的熱損耗。該系統雖然可以獲得一定采暖效果，但綜合采暖能力有限，只能應用到一定規模的空氣站采暖面積，并且，只適用于冬季，若是在其他季節，還需要更換熱回收系統，導致系統更加復雜，同時也涉及到了一定維護費。

三、其他節能措施

（一）做好空氣站的通風工作

如果空壓站室溫過高，會直接引發機組運行工況出現惡化，直接影響到空壓機正常運行，最終導致電耗上升，壽命縮短。因此，為防止出現這種情況，需要做好空壓站室內通風工作，充分利用站房自然通風條件，也可考慮增設機械通風裝置。

（二）引入鼓風外加熱或壓縮熱再生型吸附式干燥器

壓縮空氣干燥器的工作原理，包括吸附式、冷凍式。根據相關檢測數據看，將干燥器折合為壓縮機耗能比例，其中冷凍式電耗大約為3%-5%，而加熱再生吸附式大約為8%-10%，而無熱、微熱再生式大約為18%。因此，在設計選型干燥器時，若是選擇冷凍式干燥器，就避免再用吸附式干燥器，若是選用吸附式干燥器，應當選擇有熱再生式干燥器。

（三）設計合理的壓縮空氣管路

應當結合用戶的最大耗量選擇適宜的管徑，同時，也要保證管路系統短直，保證車間管道按照首尾相通的環路布置，借此降低管路系統壓力損失，最終達到節能降耗的目的。

結束語：

總之，通過本文介紹的工業廠房壓縮空氣站的節能設計思路，希望能夠真正意義上將空壓機余熱回收在公用系統，實現空壓站節能設計目標，為業內人士提供合理參考。

參考文獻：

[1]劉睿超，優質本體著色玻璃與壓縮空氣站管網互通控制技術. 浙江省，長興旗濱玻璃有限公司，2020-04-25.

[2]高應超.離心式空氣壓縮機在燒結工程中的運用研究[J].燒結球團，2015，40（06）：8-10+39.

[3]彭恒，李紅梅.新版《壓縮空氣站設計規范》中節能、安全和環保條文分析[J].流體機械，2014，42（02）：33-36.