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大型空压机余热回收在发酵行业的应用

 大型空压机余热回收在发酵行业的应用
大流量空压机被广泛应用于生物发酵行业,空压机在生产压缩空气的同时,会产生大量压缩热。结合发酵工艺对压缩空气指标的要求,选择合适的余热回收利用装置将空压机余热再用于生产、生活,可达到提高能源转换效率,降低动力运行成本的目的。山东鲁抗医药股份有限公司作为国有大型制药企业,近年来积极推广使用空压机余热利用技术,取得了良好的经济效益和社会效益。
 
  一、空压机余热的来源
 
  空压机是将原动机(电动机或汽轮机)的机械能转换成气体压力能的装置,在气体被压缩压力升高的同时,气体温度也随之增加。根据统计,压缩机在运行时,真正用于增加空气势能所消耗的电能,仅占空压机总耗电量的15%左右,大约85%的电能转化为热量,这些“多余”热量通过风冷或者水冷的方式被排放到空气中,既影响了环境,又造成热量浪费,而这些损失的热量中有80%是可以被回收利用的。对于生物发酵行业使用的空压机多数为大流量空压机组,单机排气量在一般1000Nm3/min-5000Nm3/min之间,机组排气温度多数在120℃以上。多台空压机组成了发酵生产的空气供应系统,在此系统中蕴含大量可以回用的热量,可借助热能装置将空压机余热进行回收利用,进一步提高能源转换效率。
 
  二、空压机后处理(含余热回收利用)工艺介绍
 
  (一)压缩空气在后处理装置中的工艺流程
 
  空气压缩机排出的高温湿空气进入热能回收器,与热水进行换热,将热水升温至一定温度。此时空气温度降低,降温后的高温压缩空气在空气预热器中与来自汽水分离器低温的干燥空气进行热交换,高温压缩空气温度进一步降低,之后进入空气冷却器,在降温水的作用下,降温至空气露点温度以下,经降温后的空气进入汽水分离器,使空气中析出的水滴与空气分离,经自动排水器排出机外。干燥后的空气再次流入空气预热器,通过气气换热进行升温至工艺所需要的温度,成品空气经空气出口输出供给车间使用。
 
  (二)热水循环系统工艺流程
 
  在热能回收器内被加热的一次热水进入热水箱,经加压泵提压,一部分供给热水溴化锂制冷机作为驱动热源,一部分供给水水换热机组(经换热后的二次热水供给采暖系统、生产工艺加热系统、洗浴系统等),经换热后的一次热水通过热水回水管再进入空气热能回收器升温后继续循环使用。
 
  三、空压机余热回收利用装置的组成及应用
 
  空压机余热回收利用装置一般包括:热能回收装置和热能利用装置,其中热能回收装置包括热能回收器、热水箱、热水循环泵、一次热水管路等设施;热水型溴化锂制冷机组、水水换热机组、二次热水循环管路、末端换热装置等为热能利用装置;由于在空气预热器内冷热空气进行热交换,故空气预热器既属于热能回收装置又属于热能利用装置。为减少一次热源(热水)的输送能量损失,热水溴化锂机组、水水换热机组、热水箱等一般安装于空压厂房靠近空压机后处理装置旁。
 
  2018年,笔者公司新装一台2400Nm3/min的轴流空压机组,空压机余热回收利用设施同步实施,夏季回收热量4850kW,冬季回收热量2650kW,夏季空压机余热(一次热水)作为驱动热水型溴化锂制冷机组的动力,制备7℃冷水供空调使用,同时经水水换热机组制备的二次热水用于以下场所:
 
  (1)反渗透RO机组原水加热:反渗透产水电导对进水水温的变化十分敏感,随着水温的增加,水通量也线性的增加,进水温每升高10℃,产水通量就增加2.5%~3.0%;利用空压机余热将原水由18℃加热到25℃,可以大大提高反渗透的产水率。
 
  (2)采暖用热:北方地区冬季需要采暖供热,而这部分热量往往是外购蒸汽提供的,如今空压机余热制备的热水用于采暖,节省了能源的消耗。对于生物发酵行业,只要对空压机余热稍加利用,就可以满足厂区冬季采暖需要,同时也可将空压机余热服务周边民众,减低冬季采暖成本。
 
  (3)洗浴用热水及其它。目前我公司职工洗浴用水的加热全部使用空压机余热,节约了大量蒸汽;另外部分空调设施,利用空压机余热取代蒸汽除湿,达到了预期效果。
 
  四、空压机余热装置在设计及运行维护中应注意的问题
 
  大型空压机余热回收装置一般体积较大,对于余热设施的设计,应充分考虑后续维护的方便,如热能回收器封头管板应设计成螺栓固定式,防止在拆卸封头清刷列管时管板移位,造成密封垫片的损坏;为减少单台热能回收器的体积,可以采用多台热能回收器并联方式,既降低了空气的阻力,又方便了后期的维护。另外,为延长余热设施的使用寿命,热能回收器换热管的材质也应重点关注,提前了解用户热水水质,避免水质对列管的腐蚀,如热水中氯离子浓度较高,应避免使用304不锈钢材质;为减少热能回收器因热水水量不足汽化对设施运行安全性的影响,建议在在热能回收器设计时考虑了加装安全阀等泄压装置。
 
  为提高余热设施的换热效果,需要定期对热能回收器、水水换热机组、溴化锂制冷机组等进行高压清洗或化学清洗,去除污垢。其次,要确保热能回收装置中一次热水的水质稳定,尽量采用去离子水,减少换热器结垢情况的发生,化验室加强日常水质的监测,发现异常及时处理;第三,避免直接将一次热水用作末端换热装置的热源或热水,一旦一次热水缺失,对热能回收器的破坏将无法估量,同时会造成外供空气指标偏离工艺要求。
 
  结束语
 
  山东鲁抗医药作为国有大型制药企业,为发酵生产配置大容量空气压缩机十余台。近年来,公司通过技术改造,将空压机余热广泛适用生产、生活,空压机余热每年可节约蒸汽外购费用600余万元,取得了良好的经济效益和社会效益,空压机余热利用值得大力推广。
 
  作者简介
 
  郭守征(1972—),男,大学学历,学士学位,山东鲁抗医药股份有限公司动力车间副主任,高级工程师。
大型空压机余热回收在发酵行业的应用
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