压缩热：一个经常被忽视的主要能量回收机会
通常当你提到压缩热时，首先想到的通常是HOC干燥剂干燥器，这也是一个应用不足的热回收机会。然而，在所有压缩空气和气体系统中还有许多其他可回收的压缩热节能机会。这篇文章回顾了能源热回收的许多机会，并提供了常见问题的答案，如:
压缩热101
压缩热反映了压缩空气或气体的基本效率，与实际输送的功能量相比，压缩空气或气体所用能量的效率较低。例如：在100 psig级（7巴）的空气系统中，空气压缩机使用约8马力（hp）提供一个hp的工作价值。这一概念也适用于其他气体和具有不同答案的其他压力。100 psig级空气压缩空气是世界上许多商业、工业、建筑和其他市场中最大的部门。这些值在不同的大气操作条件下可能会有所不同，也会非常低特异性。
关于压缩热的讨论需要了解能量的基本定律。它说能量既不能被创造也不能被破坏。因此，输入到压缩中的能量，如果没有用于最终的工作能量，将在系统内转换为热量。热量以Btu/小时表示。
举个例子，如果工艺所消耗的功能是1 hp = 2,546 Btu/hr。，例如，产生8马力的总功率输入总共有7马力没有用于工艺工作-或7马力x 2,546 Btu/hour = 17,522 Btu/hour压缩空气冷却系统中剩余的热量。(注:能量随时间变化=能量。在电气术语中，kW是电力，kWh是能源。)
压缩热来自过程中未使用的能量——留在空气系统中的热量通常被称为“免费的”，因为它是压缩空气或气体的副产品，由操作空压机的成本所覆盖。如果你不利用这个热源(这是免费的)，你不仅会失去可用的能源，但可能不得不冷却空气压缩机系统使用更多的能源，以避免其他问题。回收的热量将为电厂提供另一个热源，利用这个机会可以很好地降低电厂的运行能源成本。
压缩热回收
如前所述，所有空气或气体压缩机在空压机内产生压缩热。根据所使用的功，系统中存储的压缩热约为15,276 ~ 17,822 Btu/hr。在工厂内，可能会有一些区域，当前的加热应用可以减少或关闭利用可用的压缩热。
看看一个典型的空气系统，一个合理的目标，以回收可用的热压缩在系统内将是85%到95%的总发动机马力输入从加热的冷却空气，水或其他冷却剂使用。例如:
- 水冷空压机和后冷却器等的冷却水-排放温度可能在130°F左右。
- 来自空气压缩机冷却器和风冷后冷器等的冷却空气–可能温度高于环境温度5°F至20°F。
- 冷却液(油)从各种注入润滑冷却旋转(螺杆，叶片等)150°F至190°F前的后冷却器。
空压机可加润滑油或不加润滑油。非润滑的部件，如离心机、往复式、旋转螺杆等，运行时比润滑的机器要热。
按容量(scfm)级压缩热的潜在值
此表显示了基于全负荷压缩空气(Btu’s/hr)输出的压缩可回收热的近似潜在值。包括可能发生的运输损失。
容量(scfm) 100psig (7 bar) |
近似Btu /人力资源。 |
容量(scfm) 100psig (7 bar) |
近似Btu /人力资源。 |
250年scfm |
150308年 |
1000年scfm |
572400年 |
350年scfm |
208500年 |
1200年scfm |
694,700 |
500 scfm |
287700年 |
1500年scfm |
920000年 |
800 scfm |
463100年 |
2000年scfm |
1237000年 |
这里有一个计算压缩空气系统潜在节省的例子。让我们假设它在100 psig下有2000 scfm的能力，每年运行6240小时。也假设一千瓦等于3,414 Btu/hr。一个系统在100 psig下的容量为2,000 scfm，相当于大约1,237,000 Btu/hr。
要计算节省的成本，只需除以1237,000 Btu/hr。乘以3,414 Btu/hr，等于362 kW。预计最大采收率约为94%，约为339 kW。最大可回收功率为339 kW(能量千瓦时)。节省基于339千瓦和混合电费$。07千瓦时相当于每年节省148075美元。
无论机组是风冷还是水冷，在这些条件下的最大近似可回收能量仍然是339千瓦，或148,075美元的HOC回收年!
热回收压缩热方法
现在，我们已经给出了一个如何计算压缩热潜在值的示例，让我们讨论在设备中定位恢复潜力和HOC方法的不同方法。
储存的压缩热不必来自无油或无润滑的压缩空气系统。有许多成功的应用可通过润滑空气压缩机实现，方法是使用加热的冷却介质在过程中完成最终加热，例如使用专用hea加热工厂中的特定区域热交换器。（注：HOC干燥器需要无油空气。）
风冷机组将所有空气收集在一个气流中，然后将加热的空气输送到所需的位置。例如空间加热和热障的产生。可能需要增加助推器风扇，以确保有足够的风扇容量在不限制冷却气流的情况下移动空气。安装这种类型的管道需要与安装人员非常密切地工作，以避免由于操作过热而损坏空压机的风险。
一个典型的油冷旋转螺杆空压机的热回收机会包括空间加热和热障的产生。
宠物食品制造商实现节能
宠物食品制造厂压缩空气装置是压缩热回收（包括封闭冷却系统）实现节能的一个很好的例子。
系统布局(图1)显示了两台250马力级注冷两级旋转螺杆空压机，配2,500 scfm额定水冷冷冻干燥机。所有部件都在一个单独的，闭环风冷，10个风扇冷却单元中。
图1所示。
用于生产的工艺用水是平均温度为60°F的河水，必须通过电热交换器将其提高到94°F。利用压缩热将工艺水加热到所需的94°F，可以减少系统电加热器的能量负荷。经过5年的持续测量，平均每年可节约能源12.8万美元。
确定的回收节余较低的原因有:
- 原始基线估计值过高，无法准确预测冷却水流量的变化。
- 热回收闭环对一回路（60/40聚乙二醇）闭式冷却系统的换热器回路具有较高的预冷却效果。在夏季天气条件下，八台风扇运行，而在较冷天气条件下，只有两台风扇运行。
经过15年的运行，每年约128000美元的既定基线得到不断监测和准确。
使用润滑螺杆式空气压缩机的加热冷却油
热冷却油(190°F至200°F)或冷却水(130°F)可用于对饱和或相对湿度较高的压缩空气进行再加热，以降低管道中的相对湿度。在某些应用中，这不仅可以消除管道外的发汗，而且在适当的操作条件下，还可以向工艺中输送热的、干燥的空气。
这种热空气含有更多的可用能量，因为热量提高了压力，所需的空气量较少，如果水蒸气没有冷却到压力露点以下（当水蒸气以水的形式析出时），它仍然是可用气体的形式。
这在锯木厂非常流行，在锯木厂，润滑油冷却的旋转螺杆空气压缩机（150°F至200°F）的热排放油被输送到另一个热交换器，并在加热油的冷却空气后加热排放，并提供较低的相对湿度（RH）和更热的空气进入压缩空气系统。再热器还对加热的润滑剂进行预冷却，从而降低冷却系统的热负荷。在高空气温度下运行会增加压力的效果如图2所示。
图2。
如图所示，在压缩空气离开管道内的空气压缩机后，提高排放空气的温度，将在没有额外压缩空气的情况下提高压力，直到其冷却，即在没有增加空气压缩机输入能量的情况下增加压力。在这个例子中，空气从压缩机排放是170°F在100 psig，空气到烘干机是小于100°F在100 psig，空气从烘干机是70°F在95 psig，空气从再热器是120°F在104 psig。
结果是交付的能量增加了9%，而空气压缩机的输入能量没有增加!
值得注意的是查尔斯定律对加热受限排放空气节能的影响。根据查尔斯定律，“在恒压下，理想气体的体积与绝对温度成正比。”绝对温度为华氏度+460兰金(oR)，其中°R是用于这些计算的常数。°FR也表示为绝对°F。
查尔斯定律指出，在密闭体积内，储存的气体的体积或压力的增加将与温度的上升成正比。
在这个例子中，航空公司在70°F和95 psig的温度下开始重新加热。将460°R值加到°F中，得到的绝对F值为520°R。当再热器运行时，它改变为580°R，压力从95到104 psig增加9%，空压机的能量输入没有变化。
寻找空压机房间常见的冷却方式
很多常见的冷却类型都可以设在空压机房间里，你只需要知道去哪里找就可以了。
- 风冷式空气压缩机：空气-空气热交换器和冷却系统中的压缩热。冷却气流中有热量，并将冷却空气从入口冷却空气上方的5°F到20°F排出。为了有效，该冷却空气可能需要恒温型控制。
- 水冷式空气压缩机:热回收、节能和项目往往更容易实现，因为热被很好地困在一个受控的水流中。无论何种类型的空压机，在进入后冷却器之前，所期望的最大加热排放冷却水温度约为130°F或更高。
- 喷油/润滑油冷却的旋转叶片、螺钉和涡卷等：约150°F的喷油冷却润滑剂雾化到压缩室中，在产生压缩热时吸收压缩热。这通常会将排放温度保持在约190°F至200°F的最大值，或165°F至185°F的最小值我们在后冷器上。
如图所示是喷油冷却旋转螺杆空压机(左)和水冷往复空压机，它们都提供了压缩热可回收的节能机会。
压缩热降低总能源成本
空气或气体压缩机中的压缩热反映了压缩过程中输入到压缩机的能量与给定过程中实际利用的能量之间的根本无效。在压缩空气在100 psig排放压力的情况下，公称关系是8马力进入空压机，以产生1马力的交付能源或工作。
在这个过程中没有使用的任何输入能量都以压缩热的形式“脱去”。这些数值会因进口条件、排放温度等而变化。压缩热被认为是自由的，因为输入能量的成本包含在生产压缩空气或气体的成本中。但如果你不通过某种形式的热回收来恢复能量，那么就不会有能量减少。记住，你在其他过程中使用的所有压缩热量将降低产生空气或气体的总能量成本。
欲了解更多有关本文的信息，请致电美国空军(Air Power USA)的汉克·凡·奥尔默(Hank van Ormer)，电话:740-862-4112或614-580-2711。
阅读更多压缩空气处理系统评估的文章,请访问//www.ghtac.com/system-assessments/air-treatment-n2．
