一种螺杆空压机余热生产生活热水装置 |
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| 申请号 | CN201610342354.3 | 申请日 | 2016-05-23 | 公开(公告)号 | CN107420310A | 公开(公告)日 | 2017-12-01 |
| 申请人 | 孙琼鹏; | 发明人 | 不公告发明人; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种螺杆空压机余热生产生活热 水 装置，属于纺织技术领域。该装置包括液-液换热器、气-液换热器、主温控三通、旁路温控三通、低温 水电 控三通、高温水电控三通、热水 锅炉 、热水储罐和控制系统；所述主温控三通的三个端口分别通过管路与螺杆式空压机的 导热油 出口、液-液换热器的热油进口和冷却器的热油进口连接，所述旁路温控三通的三个端口分别通过管路与液-液换热器的热油出口、冷却器的热油进口和螺杆式空压机的回油口连接。该装置通过液-液换热器和气-液换热器分别回收导热油和废气的 能量 用于加热生活热水，生活热水的水温常规为55℃-75℃之间，最高可达90℃，广泛适用于需要高温水或热水的地方，如浴室、食堂等。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种螺杆空压机余热生产生活热水装置，包括螺杆式空压机和冷却器，冷却器的冷油出口通过管路与螺杆式空压机的回油口连接； |
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| 说明书全文 | 一种螺杆空压机余热生产生活热水装置技术领域[0001] 本发明属于纺织技术领域，特别涉及一种螺杆空压机余热生产生活热水装置。 背景技术[0002] 在纺织生产过程中，需要大量的压缩空气用于输送、除尘和各种机器的运行过程中，如为梳棉机的除尘系统提供压缩空气，为喷气织机的除尘系统提供压缩空气等。因此，在纺织生产过程中会专门配套一压缩空气提供间，会设置至少一台大功率的空压机。现有技术中一般设置多台螺杆空压机，用于为纺织车间提供压缩空气。 [0003] 本公司织布车间配备有阿特拉斯160kW和110kW螺杆空压机各一台，为生产提供压缩空气。压缩机在工作过程中所耗电能转变成热量后大部分被压缩后的油气混合物带走。这些油气混合物经过分离，分别在各自的冷却器（油冷却器和气冷却器）中被冷却介质（水或空气）带走，热量白白地浪费了。具体地，本公司空压机系统运行功率为241kW，约有 203.2kW的电能转换为热能，其中约有159.1kW热量被压缩机油带走，44.1kW的热量被压缩空气所带走。空压机长期连续运转过程中产生的热量目前都被直接排出机体之外，没有得到充分的利用，造成了能量的浪费。 [0004] 另外，现有的空压机调节风量大小采用调节风门、挡板、阀门的开度、叶片角度等方式进行，增大了供风系统的节流损失，设备空载率较高，存在“大马拉小车”的情况；空压机的电机始终处于额定转速下运行，风机运行工况点远离其最高效率点，在启动时还有较大的冲击电流，机械磨损及维修费用也较高，且系统调节速度缓慢，精度及稳定性差，所以不仅电能损耗较大，而且系统工作状况也不理想。尤其是功率在20kW及以上的电机，年消耗电力达到377.82万千瓦时，能源消耗情况较大。 [0005] 因此，现有技术中，空压机的功率没有最大化利用，有大量能量被浪费了。 发明内容[0006] 为了实现空压机的最优化的利用，本发明实施例中将空压机的热量用于加热生活用水，回收水温常规为55℃-75℃之间，最高可达90℃，广泛适用于需要高温水或热水的地方，如浴室、食堂等。所述技术方案如下：本发明实施例提供了一种螺杆空压机余热生产生活热水装置，包括螺杆式空压机和冷却器，冷却器的冷油出口通过管路与螺杆式空压机的回油口连接，其特征在于，还包括液-液换热器、气-液换热器、主温控三通、旁路温控三通、低温水电控三通、高温水电控三通、热水锅炉、热水储罐和控制系统。 [0007] 所述主温控三通的三个端口分别通过管路与螺杆式空压机的导热油出口、液-液换热器的热油进口和冷却器的热油进口连接，所述旁路温控三通的三个端口分别通过管路与液-液换热器的冷油出口、冷却器的热油进口和螺杆式空压机的回油口连接。 [0008] 所述螺杆式空压机的废气出口通过管路与气-液换热器的进气口连接，所述低温水电控三通的三个端口分别通过管路与热水储罐的冷水出口、热水锅炉的加水口和气-液换热器的进水口连接，所述气-液换热器的出水口与液-液换热器的进水口连接，所述高温水电控三通的三个端口分别通过管路与热水储罐的热水进口、热水锅炉的热水出口和液-液换热器的出水口连接。 [0010] 进一步地，本发明实施例中的气-液换热器的进气口与螺杆式空压机的废气出口之间的管路上设有废气电控三通，所述废气电控三通的第三端口通过管路与排烟管连接，所述气-液换热器的出气口通过管路与排烟管连接，所述废气电控三通与控制系统电连接。 [0011] 进一步地，本发明实施例中的低温水电控三通与气-液换热器的进水口之间的管路上设有流量计，所述流量计与控制系统电连接。 [0012] 优选地，本发明实施例中的螺杆空压机与变频装置电连接，所述变频装置与控制系统电连接。 [0013] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例提供了一种螺杆空压机余热生产生活热水装置，该装置通过液-液换热器和气-液换热器分别回收导热油和废气的能量用于加热生活热水，同时，通过加热锅炉与冷却器的联动，不但保证了冷却器和加热锅炉的优化节能，还保证了螺杆空压机的正常降温和热水储罐的不间断地提供热水。其中，回收水温常规为55℃-75℃之间，最高可达90℃，广泛适用于需要高温水或热水的地方，如浴室、食堂等。另外，通过为螺杆空压机的风机设置变频装置，以最大化的利用螺杆空压机。 附图说明 [0014] 图1是本发明实施例提供的螺杆空压机余热生产生活热水装置的结构框图。 具体实施方式[0015] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。 [0016] 参见图1，本发明实施例提供了一种螺杆空压机余热生产生活热水装置，该装置包括螺杆式空压机1和冷却器2，冷却器2的冷油出口通过管路与螺杆式空压机1的回油口连接。其中，冷却器2用于冷却导热油，可以为风冷或者水冷结构，具体可以为螺杆空压机1自带结构。当然，螺杆式空压机1废气出口也可以设置一冷却器用于废气冷却。 [0017] 参见图1，本发明的改进点为：该装置还包括液-液换热器3、气-液换热器4、主温控三通7、旁路温控三通8、低温水电控三通10、高温水电控三通11、热水锅炉5、热水储罐6和控制系统（图未示）等。其中，液-液换热器3用于回收导热油的热量，气-液换热器4用于回收高温热气的热量，热水锅炉5用于加热自来水，热水储罐6用于存储生活热水。 [0018] 参见图1，本发明实施例中的主温控三通7的三个端口分别通过管路与螺杆式空压机1的导热油出口、液-液换热器3的热油进口和冷却器2的热油进口连接。旁路温控三通8的三个端口分别通过管路与液-液换热器3的冷油出口、冷却器2的热油进口和螺杆式空压机1的回油口连接。其中，主温控三通7和旁路温控三通8可以是自力式电三通控制阀。 [0019] 参见图1，本发明实施例中的螺杆式空压机1的废气出口与气-液换热器4的进气口连接。低温水电控三通10的三个端口分别通过管路与热水储罐6的冷水出口、热水锅炉5的加水口和气-液换热器4的进水口连接，气-液换热器4的出水口通过管路与液-液换热器3的进水口连接。高温水电控三通11的三个端口分别通过管路与热水储罐6的热水进口、热水锅炉5的热水出口和液-液换热器3的出水口连接。 [0020] 其中，上述结构中根据需要可以在相应的管路上设置动力泵和/或流量计和/或手动控制阀门等。 [0021] 其中，本发明实施例中的热水储罐中设有温度计用于监控生活用水的温度，控制系统与动力泵、流量计、温度计、主温控三通7、旁路温控三通8、低温水电控三通10和高温水电控三通11电连接用于协调控制整个装置的运行。 [0022] 进一步地，参见图1，本发明实施例中的气-液换热4的进气口与螺杆式空压机1的废气出口之间的管路上设有废气电控三通9，该废气电控三通9的第三端口通过管路与排烟管12连接，气-液换热器4的出气口通过管路与排烟管12连接，废气电控三通9与控制系统电连接。 [0023] 进一步地，本发明实施例中的低温水电控三通10与气-液换热器4的进水口之间的管路上设有流量计，流量计与控制系统电连接用于保证液-液换热器3的进水流量，进而保证导热油的换热效果。另外，在低温水电控三通10与气-液换热器4的进水口之间的管路上还可以设置自来水补水口，当然可以在热水锅炉5上设置自来水补水口。 [0024] 优选地，本发明实施例中的螺杆空压机与变频装置电连接，变频装置与控制系统电连接，用于在低需求时降低空压机的电机的频率，进而提高能源利用效率。 [0025] 其工作状态参见图1：1.压缩机启动状态 当空压机冷态启动时，冷却油的温度较低，此时导热油不经过液-液换热器和冷却器而直接进入空压机。 [0026] 2.热水机组工作状态空压机运行一段时间后，温度开始升高，当导热油温度升高到主温控三通的设定值时，此阀自动打开，导热油进入液-液换热器将热量传递给冷却水，然后进入下一流程。 [0027] 如果经过热交换后导热油的温度低于旁路温控三通的设定值，则不进入冷却器而直接进入空压机工作腔内产生冷凝水。如果经过热交换后冷却的温度高于旁路温控三通的设定值，则先进入冷却器冷却，然后再进入空压机循环。 [0028] 3.热水机组暂停工作状态当能量回收装置的热水暂不需要而停止供应时，液-液换热器内不发生热量交换，此时，导热油仍然保持高温状态（通常大于旁路温控三通的设定值），于是导热油进入冷却器冷却后再进入空压机，以保证空压机的正常工作。 [0029] 4、热水机组分配，在热水需求量大的时候，如下班时或者换班时，此时可以采用热水锅炉补充热水，而在热水需求量小的时候采用余热加热生活热水即可。 [0030] 另外，本发明实施例中还可以通过气-液换热器回收废气的热量来预热供液-液换热器的冷水。 [0031] 具体地，该热水装置的可行性验证如下：1.员工生活用水热负荷 假设生产人员人数为400人，洗漱热水温度为60℃，每人生活用热水量25L/h，用水小时变化系数取3.05，根据公式计算可知员工用热负荷。 [0032] Qh=KhmqrC（tr-tl）pr/86400式中：Qh为小时耗热量（W）； m为用水人数； qr为消耗热水定额； C为水的比热（4187J/kg·℃）； Tr为热水温度（60℃）； Tl为冷水温度（20℃）； Pr为热水密度（查表得60℃水密度为0.983kg/L） Kh为小时变化系数 计算后可知员工生活热水所需热负荷为58.12kW。 [0033] 2.空压机余热回收量预计采用的空压机为阿特拉斯螺杆空压机，两台总功率为270kW，整个空压机系统冷却水流量为50t/h，进出空压机温度分别为30℃、33.5℃，机油的出油温度86℃，进油温度约60℃，其输入的电能中有大量的能量转变为压缩热，被冷却塔带走并排放到环境中，其损失的热能和通过改造后可回收的热能情况见表1和2所。 [0034] 表1序号 参数 符号 单位 数值 数据来源说明 1 机冷却水流量 Qw t/h 50 企业提供 2 冷却水进口温度 Tw1 ℃ 30 企业提供 3 冷却水出口温度 Tw2 ℃ 33.5 企业提供 4 空压机组运行功率 P kW 241 现场测量数据 5 冷却水温差 ℃ 3.5 6 冷却水热量 Qw kW 203.19 7 压缩机空气量 Qair m3/min 40 企业提供 8 空气机头排出温度 Tair1 ℃ 86 企业提供 9 供出空气温度 Tair2 ℃ 35 企业提供 10 空气排给冷却水热量 Qair kW 44.0793 表1为空压机的热能损失表，从上表可以看出，公司空压机系统运行功率为241kW，约有 203.2kW的电能转换为热能，其中约有159.1kW热量被压缩机油带走，44.1kW的热量被压缩空气所带走。 [0035] 表2序号 参数 符号 单位 数值 数据来源说明 1 机冷却水流量 t/h 50 企业提供 2 冷却水进口温度 ℃ 30 企业提供 3 冷却水进口温度 ℃ 33.5 企业提供 4 冷却水温差 ℃ 3.5 5 冷却水热量 kW 203.19 6 压缩机空气量 m3/min 40 企业提供 7 空气机头排出温度 ℃ 86 企业提供 8 供出空气温度 ℃ 35 企业提供 9 空气排给冷却水热量 kW 44.0793 10 机油热量 kW 159.12 11 余热回收装置进水温度 ℃ 50 企业提供 12 余热回收装置进水流量 t/h 50 企业提供 13 余热回收装置出水温度 ℃ 52.74 14 余热回收装置进油温度 ℃ 75 企业提供 15 余热回收装置出油温度 ℃ 60 企业提供 表2空压机系统余热回收计算表。 [0036] 表3序号 参数 符号 单位 数值 数据来源说明 16 空压机机油比热容 kJ/(kg℃) 2.1 查表 17 余热回收装置进油量 t/h 18.18 18 散热量 % 5 常规 19 空压机回收热量 kW 151.25 表3为空压机系统余热回收利用计算表，由上表可知，公司的空压机系统可回收的热量为151.25kW，大于员工生活用热负荷58.12kW，方案的设计满足要求，方案可行，并且经换算可供1000人左右的供水。 [0037] 本发明实施例提供了一种螺杆空压机余热生产生活热水装置，该装置通过液-液换热器和气-液换热器分别回收导热油和废气的能量用于加热生活热水，同时，通过加热锅炉与冷却器的联动，不但保证了冷却器和加热锅炉的优化节能，还保证了螺杆空压机的正常降温和热水储罐的不间断地提供热水。其中，回收水温常规为55℃-75℃之间，最高可达90℃，广泛适用于需要高温水或热水的地方，如浴室、食堂等。另外，通过为螺杆空压机的风机设置变频装置，以最大化的利用螺杆空压机。 |
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