摘要：在广汽本田增城工厂喷油螺杆式空压机24小时安全稳定供应压缩空气。在运行时输入的电能中大部分变为热能，由冷却器带走。将空压机的热能回收，用于溴化锂吸收式制冷机，变废为宝，可以提高能源利用率，节省了电力消耗，减少了碳排放，一举多得，有着良好的经济、环境和社会效益。
关键词：空压机；热回收；制冷
引言
空压机是一种应用广泛的通用机械，运行时其输入能源的98%左右将转化为热能，如不将热量回收，热能将由油冷却器、后冷却器、排风扇带走，排放到环境中，这些热能并没有得到很好的利用。目前有许多工厂使用余热回收装置，回收的热量大多用于洗浴用水、采暖及工艺预热。在广汽本田增城工厂，压缩空气的电力消耗约占全部电力消耗的12%。如果可以根据喷油螺杆空压机的结构和原理，适当地进行改造，将原本废弃的热量回收，结合工厂实际情况将这些热源再利用，那就可以提高能源利用率。现工厂中空压站紧邻制冷站，制冷站中的冷冻机为生产工艺以及环境提供冷冻水。制冷系统用量最高时每天需要为工厂提供冷量约1000GJ。经过长期来对水冷式空压机观察并与寿力公司沟通，发现现有空压机有进行热回收的潜力，并可产出温度超过70℃的热水，这些热水可以用来制冷。
1 喷油螺杆空压机热回收原理分析
目前工厂使用的空压机类型为喷油螺杆水冷式空压机。其中螺杆油主要有三个作用：密封、润滑、冷却及吸收压缩热。
（1）气路：空气进入主机经螺杆压缩后，形成油气混合物从排气口排出，经过管路和油气分离罐，进入后冷却器后，高温的压缩空气温度降到40℃以下。
（2）油路：当油气混合物从主机出口排出，油在油气分离罐体冷却并和压缩空气分离。后经过相应的油路，进入油冷却器，高温油的热量在油冷却器中被带走，之后冷却的油经过相应的油路后重新喷入主机，进行冷却、密封和润滑。如此循环。
余热回收系统回收的热量主要来源于高温油。对于喷油螺杆压缩机，其主机出口油温一般可以达到90~105℃，喷油温度（即经过冷却后）一般控制在65~75℃左右。喷油螺杆压缩机的输入功率大约有98%（大部分轴功率）是作为热量通过冷却器带走，散耗在环境中的。冷却器又分后冷却器和油冷却器。根据相关的技术资料，油冷却器带走大约总散热量中72%的热量。如果以71%计算，那么通过的油冷却器的散热量大约占空压机输入功率的70%。
目前工厂内日常运行2台450kW和3台262kW螺杆喷油空压机，则一天可产出约1200吨温度为75℃左右的热水。
2 溴化锂制冷原理分析
利用空压机余热产出的热水来用于溴化锂机组制冷，则几乎不需要花费运转费用，便能获得大量的冷源，具有很好的节能效果，有利于热量的综合利用。
溴化锂吸收式制冷机以热能为驱动力，以水为制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂，制取制冷温度在0℃以上的冷量，可用作空调或生产工艺过程的冷源。以热能为动力，无需耗用大量电能，而且对热能要求不高，75℃的热水可被其利用。
溴化锂吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等部分组成。制冷循环过程：当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水的加热后，溶液中的水不断汽化，溶液浓度不断升高，进入吸收器；水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此循环不息，连续制取冷量。
因此制冷循环实际上是溴化锂水溶液由稀变浓再由浓变稀和冷剂水由液态变汽态再由汽态变液态的循环过程。在溴化锂机组，热量输入输出的媒介分别由热媒水、冷媒水、循环水三个独立循环系统组成， 由其工作原理可知，热媒水和冷媒水输入的热量应等于循环水输出的热量。制冷循环是物理变化过程，且是负压状态。溴化锂机组的主要参数见下表。
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3 解决方案
空压机工作时，将供给它的能量（电能）的98%转变成了热能，这些热能中的94％都传给了冷却介质（水），对这部分热量进行回收利用，其效益是很可观的。对11台喷油螺杆空压机（ 4台450kW、5台262kW、1台250kW、1台185kW）余热回收改造，用于溴化锂吸收式制冷机生产冷冻水。
油的导热系数为空气的导热系数的十倍，回收油的热量更经济，确认此次改造的主要内容：喷油螺杆空压机提供优质的热源（螺杆油），通过控制，出口水温可达75℃以上。同时由于空压站紧邻制冷房旁，制冷站房最高时每天需要提供冷量1000GJ左右，淡季每天也需要提供冷量超过100GJ。引入溴化锂吸收式制冷机，将利用空压机余热产出的热水用于溴化锂制冷，即可满足淡季时的供冷量。
具体改造过程是在不改变空压机正常工作状态的前提下，在喷油螺杆空压机原有的油冷却器前增加余热回收机组，通过余热回收机组对高温油进行换热冷却，利用高温油对热媒水进行加热，热媒水由水泵抽出，把得到的热水供溴化锂制冷机使用。
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图1 空压机余热回收装置示意图
每台喷油螺杆空压机配置一台热回收机组，根据所需温度进行设定，热回收机组循环末端管道接入溴化锂制冷机形成闭式循环系统。循环介质使用纯水，不易结垢。余热回收系统将在保障空压机稳定运行的基础上，最大限度地提供热量利用。同时保留原有的冷却水系统作为保障系统，当某一时间段无热量消耗时，循环将与原有冷却水系统进行换热，充分保障空压机的负载温度，保障生产运行稳定。空压机余热回收项目，一次性投资，收益多年，仅有热水循环水泵能耗，几乎可以忽略。只要空压机正常运转，就能源源不断地产生所需温度的热水，节省更多的资源。如果空压机余热回收的热量完全被利用，按照空压机目前的运行情况，每年可以回收的热量为36708940MJ。
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图2 余热回收装置
4 改造后效果
利用余热回收机组将压缩空气系统与制冷系统联合起来，2019年11月在余热回收机组和管道顺利安装和调试后，进行了数据观测，一周的时间内，溴化锂制冷机供冷量超过200GJ，节约制冷机电能近1.4万kWh。
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图3 空压机余热回收制冷流程
经过现场长时间的运行后，热回收系统在不影响空压机正常工作的前提下，达到了节能要求，完全可以满足制冷机的要求。热媒水经过几次循环即达到目标温度（抄表记录最高87℃），回收效果完全达到了预期的目标。
项目实施以来，在夜间或环境温度较低时现场可减少开启一台制冷机，减少制冷机运行能耗，同时有效改善了空压机的运行状态：螺杆油的冷却效果、润滑效果提升，运行噪声、温度降低，有利于延长机组寿命，空压机冷却水出口温度最高下降了5℃，间接减轻了冷却塔的工作负担，减少保养费用。以上改善预计每年可节省电力超过100kWh。通过实践，证明了喷油螺杆空压机热回收制冷的可行性和合理性及其巨大的节能效益。
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图4 溴化锂吸收式制冷机
创新贯穿该项目节能技改全方位、全过程，理念、观念创新，让团队成员深入了解相关专业内容、技术、工艺要求，提高团队技术水平的同时，在施工监管中可以指导施工人员，更能保证施工进度和施工质量。并在项目推进过程中不断反思，改善方案或设计的缺陷。如溴化锂机组的冷却水增加并入空压机冷却水系统，可以提高余热回收系统的稳定性和效率，同时也提高空压机系统运行稳定性。设备厂家的专业工程师和站房的运维人员共同参与了本次节能改造，也从中受益匪浅。
5 结论
喷油螺杆空压机在目前的市场上应用广泛，只需进行适当的改造，可以提供品位较高的热源，除了用于员工的洗浴，还可以用于制冷等用途。此次广汽本田增城工厂的11台喷油螺杆空压机热回收的成功实践，对于使用螺杆压缩机的企业进行节能减排工作，提供了具有一定的借鉴意义案例。
参考文献
[1] 汉隆( Hanlon Paul C.）, 郝点. 压缩机手册[M]. 北京: 中国石化出版社, 2003.
[2] 张学学. 热工基础[M]. 3版. 北京: 高等教育出版社, 2015.
[3] 王林. 小型吸收式制冷机原理与应用[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2011.
[4] 宓烁娅, 陈吉超. 空压机余热回收系统设计与节能分析[J]. 节能, 2018.
[5] 李清波. 空压机的余热回收方式分析与研究[J]. 矿业装备, 2019.
[6] 韩惠畴. 火电厂空压机余热利用效益分析[J]. 低碳世界, 2019.
[7] 贾玲, 吴勇生. 空压机余热利用案例及影响系统运行问题探讨[J]. 资源节约与环保, 2019.
[8] 梁文兴, 徐新闳, 王瑶. 浅谈溴化锂吸收式制冷[J]. 科技风, 2019.
[9] 李志红, 溴化锂制冷节能技术的应用[J]. 化工设计通讯, 2018.
[10] 赵娜, 孙鲁清. 溴化锂制冷技术应用[J]. 中国设备工程, 2017.