空气和水冷空压机的热回收经济性

介绍

人们普遍认识到，压缩空气系统占所有电力的10％，大约是美国工业机动系统能源使用的大约16％。美国所有制造设施中的百分之七十分利用压缩空气来驱动各种工艺设备。（1）

有很多方法可以通过空气审计减少它们的能源成本，并消除浪费的耗气过程，这可能导致10至15％的系统能量减少，在不到两年的时间内具有简单的回报。（2）

如果可以使用减少的系统压力，还应检查系统操作员。使用中央控制系统可以更有效地将现有manbetx客户端12-5下载的空气压缩机级为周期性需求。增加的存储容量也可以减少压缩机的不必要的高需求循环。

本文主要针对空气压缩机本身的热回收潜力进行识别和量化。风冷和水冷空气压缩机都可以通过使用适当设计和尺寸的热回收系统来节省制造工厂的成本。

计算可收回的BTU的

可以通过恢复多余的热空气压缩机产生植物的总“碳足迹”，能耗和降低运营成本。
电动机通过压缩过程将能量放入压缩空气流中。电机功率通常在马力中额定值。一个马力相当于每小时2,545 BTU。尽管大多数空气压缩机以标称的马力尺寸销售，但它们通常可以以高于电机铭牌的载荷运转，以实现额定压缩机放电压力和全容量输出。压缩机轴的马力，也称为制动器马力（BHP），可以高于电机铭牌马力的10％，安全地消耗大部分电机1.15服务系数。因此，100马力压缩机（110bhp）在满载时每小时将电力转化为近280,000 btu。另外，空气冷却的电动机本身，具有93％的假设效率每小时散发额外的19,600 btu。

空气压缩机增加压力并按比例减少空气的体积。由于压力增加，原始进入空气的能量潜力现在处于更高的水平，准备在压缩空气系统下游工作。通过传热，可以通过传热提取电动机放入压缩空气中的能量的多达80-90％。必须去除热量以保持压缩机公差和间隙，并且通常必须冷却压缩空气以使其适用于大多数过程。即使在除去过量的过热后，压缩空气仍然含有能量的能量。

热量和工作是两种不同的转移能量方法。在压缩过程增加气压并提高其温度后，不用作为工作的能量的量，现在可以重复使用过量的压缩热量。遗憾的是，大多数设施现在，当他们可以重用它并减少运营成本时，外面的这种多余的热量。回收能量最常见的用途包括工业过程加热，补充空间加热，化妆空气加热，家庭或工艺热水或预热锅炉化妆水。

风冷空气压缩机

通常，空冷压缩机的热回收潜力仅限于补充空间加热。当考虑使用风冷压缩机时，适当大小的管道系统和使用增压风扇将从中央压缩机室回收的热量引导到所需的回收热量的位置可能是一笔巨大的费用。很多时候，风冷压缩机被归类为没有适当通风的“锅炉房”。这些集中压缩机的工作温度可能会升高，从而降低设备寿命，增加维护和维修成本，最终产生不可靠的空气系统。良好通风系统的初始成本通常远低于高温环境下持续增加的维护成本。建议咨询暖通空调专家，以确保适当的通风，并评估风冷压缩机可能的热回收机会。

空气压缩机系统越大，由于所需的大空气流，越难以回收产生的大部分产生的热量。250个BHP，风冷空气压缩机会产生约636,000 BTU / HR的热量。这将需要大约15,000 CFM的空气运动。

压缩机通风系统设计还应考虑对电厂其余通风系统的额外影响，包括供暖、空调，以及可能影响空压机性能的负压力和正压力。

水冷式空气压缩机

来自水冷式压缩机的热回收电位具有允许变化的热使用形式的柔韧性。有两种主要类型的水冷系统可用;开放式循环和闭合冷却环。开环冷却通过使用再循环，开环，冷却塔水或一次通过井水或城市水来完成，然后将其排放到下水道或环境中。

一次通过冷却系统

一旦通过冷却系统可以有效地将进入的水的温度从50°F提高至约90°F，然后可以用于预热锅炉饲料水，国内或工艺加热水。最终必须将该水放电到卫生下水道或必须获得对环境的允许。由于不处理水，因此必须考虑来自溶解的固体和空气压缩机热交换器的潜在腐蚀的垢的施加成空气压缩机系统的生命周期维护成本。放电的成本可以比下水道费，环境测试和许可，以及所需的可能治疗更昂贵。

再循环开环冷却系统

冷却塔是这种类型最常见的形式。这些系统利用蒸发原理将水冷却至下方 - 环境干燥鳞片状况。大多数塔式系统设计用于在美国提供85°F的冷却水，基于75°F至78°F湿灯泡温度。

与一条通过系统相比，冷却塔将大幅减少耗水量。然而，他们有需要额外的水处理成本，以减少以下可能性：

• 从冷却水中的较高浓度的溶解固体缩小
• 来自藻类和细菌的冷却水的潜在生物污染
• 从塔风扇吹入水中的大气污垢和碎片增加了对冷却水的过滤。

大多数冷却塔设计在温度上的10°F上 - 但可以设计得更高。随着水的温度上升，尺度形成电位增加。必须使用护理来确保热水不超过位于大多数冷却塔的PVC填充的温度等级，以避免分解填充物。
开环冷却水可用于预热锅炉饲料水，国内或工艺加热水。它可能用于空间加热电位，但典型的下部入口温度（95°F）从冷却线圈产生较低等级的加热空气，有时被认为是“太酷”。在这些较低温度下，线圈的表面积更大，以允许适当的热提取。塔水不应用于调味构成空气，因为当入口环境温度低于冻结时，有可能发生冻结线圈的强烈机会。

闭环再循环冷却系统

有四种主要类型的闭环冷却系统可用;干式，干式配有修剪冷却器，蒸发式和水 - 水热交换器系统。

所有这些系统的主要优点是，由于它们是闭环，因此您几乎可以通过压缩机消除防水导致的维护问题。除了用乙烯或丙二醇混合物用腐蚀抑制剂填充它们的初始费用外，它们不需要持续的水处理，除非每年检查冬季环境空气条件并验证适当的pH水平。

由于压缩机热交换器几乎不缩放，因此可以在压缩机热交换器上取得更高的温差，而不会损失到设备。大多数压缩机设计用于允许25°F至30°F在温度上升高清洁热交换器。如果新的闭环冷却系统被改装到先前在开放式冷却水循环上的现有系统上，则必须在放置新的闭环冷却系统之前清洁热交换器。

闭环系统允许更好的空间加热潜力，因为从负载返回更高的流体温度。这些较高的温度允许从热回收盘管排出的空气通常在90°F的范围内。同样，在较高的操作系统温度下，冷却盘管的尺寸可以减小，但仍然允许对空压机冷却液进行适当的冷却。此外，由于它们将有适当的乙二醇溶液，以防止在冬季条件下结冰，它们可以用于预热中央空气处理机上的补充空气。

将热流体运送到植物中的远处位置也更容易，其中通过管道系统通过管道系统的热回收。如果区域中的空间加热需要更漫长的热空气分布，则可以使用许多较小的空到水线圈而不是一个大线圈。

请注意：一个设计合理的热回收系统就可以做到不是减小主冷却系统的尺寸。如果您没有出于任何原因利用热回收系统，则必须仍然尺寸为初级冷却系统，以拒绝由压缩机产生的户外热负荷。

热回收分析

让我们来看看可用的热量回收潜力的美元和美分。天然气的生产是用标准立方英尺来描述的，立方英尺是在60华氏度和14.65磅每平方英寸压力下的气体量。与用于石油的公约类似，“mcf”一词指1000立方英尺的天然气，“mmcf”指100万立方英尺的天然气。

一个mmbtu (1,000,000 btu)大约相当于970立方英尺的天然气。你的汽油价格可能是千立方英尺或一千立方英尺。消费者经常认为1 mcf的天然气相当于1 mmbtu。它实际上是mcf(1,000立方英尺)= 1,030,928英热单位
一些燃气票据仍然在“Therms”中定义为1 Therm = 100,000 BTU

天然气市场未来价格销售在纽约商品交易所和现货价格通常位于亨利枢纽，以美元/ MBBTU（一百万）计价英国热门单位）通常被认为是北美天然气市场的主要价格。该定价是分销公司的成本，由于分销公司增加了运输成本，您的定价将更高。您应该检查您当前的计费语句以获得准确的数据。

亨利枢纽是路易斯安那州埃拉瑟天然气管道系统的观点。它由Sabine管线LLC拥有。它与九州际公路和四个内部管道互连：Acadian，哥伦比亚海湾传播，海湾南管道，桥梁，NGPL，海罗宾，南部天然管道，德克萨斯州燃气传输，横贯大陆管道，干燥线管道，杰斐逊岛和萨宾。
石油生产公司在桶中测量石油生产。通常缩写为“BBL”的桶，是42 u.s.加仑。石油工业中的一种常见方法是使用“M”的前缀来表示1,000，并为“mm”的前缀表示100万。因此，一千个桶通常表示为“MBBL”，一百万桶表示为“MMBBL”。

如果您使用油来燃料锅炉，我们可以使用石油等价物（BOE）将石油使用转换为燃气能量等效基础。一个Boe的能量相当于6040立方英尺的气体 - 或6.04 MCF x 1,030,928 BTU / MCF = 6,226,805 BTU，每桶油用法。美国内部收入服务将其定义为等于5.8×106 BTU（5,800,000 BTU）
您的结果应基于您的实际热量负荷，您的本地天然气成本，以及您在操作条件下的最佳估算（每年有数周和HRS /日/周）。该示例仅供您参考和指导。

例子

让我们假设我们拥有400马力，水冷，空气压缩机，将产生1,018,000 BTU / HR。我们可以通过它们节省能源;

• 利用空气压缩机的热水，提供空间加热并关闭燃气空间加热器
• 预热锅炉饲料水
• 对来自城市供水系统的家用或工艺热水进行预热。

让我们还假设我们在80％的效率下有一个非常有效的燃烧器或锅炉。大多数新的高效刻录机接近此数字，而现有的旧单元可能在60％范围内。

当前天然气井口期货价格(2009年9月交割)= 3.58美元/mmBtu (不包括分配成本）。典型的工业天然气定价包括分销费用通常约为2.00美元。目前的天然气价格低于七年。

此示例显示了空间加热的节省。可能是如果您预热水，您可能能够每小时节省您的工厂运行的能量。如果我们能够每年回收1,018,000 BTU / HR（假设70°F或更低的环境空气温度），我们将节省4,104 mmbtu / yr。

如果我们通过80％燃烧器效率的天然气加热，则需要5,130 mmbtu / Yr输入气体能量，以产生4,104mmbbtu / yr加热输出量。乘以5,130mbbtu / yr 5.58美元/ mmbtu，节省每年28,625美元。

二氧化碳减少潜力

如果您有兴趣减少碳足迹，则使用与上述相同的实例，这也将减少您的公司²排放约5130mmbtu /yr x113磅CO²/mmBtu = 579,690磅CO²/ Yr。再次这些计算适用于400 HP压缩机。对于100 HP压缩机，可以实现每年7,156美元，144,922磅CO²减少。

由于人们可以看到有令人兴奋的理由将热回收系统集成到新的安装或改装现有系统中。根据设施，气候条件以及再生热的潜在使用，系统回报率完全不同。额外的生命周期考虑应该是维护的减少和能够通过适当设计的冷却系统实现的潜在更长的空气压缩机生命周期。

如果您考虑使用从压缩机中丢弃的速度丢弃的内容，您应该联系冷却专业人员以帮助您评估您的系统。热量恢复和“走向绿色”是每个人的热门名单。但需要正确完成，以提供适当的估计投资回报。

有关更多信息，请联系HydroTroft Corporation以电子邮件：sales@hydroothrift.com.，电话：330-837-5141，www.hydroothrift.com。

参考书目：
（1）评估压缩空气效率服务市场;能源效率和可再生能源办公室;
美国能源部;2001年6月。DOE / GO-102001-1197
同时Xenergy，Inc（1998）美国工业电机系统市场机会评估。华盛顿特区。;美国能源部，工业技术办公室，橡木岭国家实验室

（2）Xenergy，Inc（1998）美国工业电机系统市场机会评估。华盛顿特区。;美国能源部，工业技术办公室，橡木岭国家实验室