Falando sobre a recuperação de calor residual de vários compressores de ar típicos

Falando sobre a recuperação de calor residual de vários compressores de ar típicos

O ar comprimido é uma das fontes de energia mais amplamente usadas na indústria. Devido às suas vantagens de segurança, livre de poluição, bom desempenho regulatório, transporte conveniente etc., é cada vez mais utilizado nos campos industriais modernos. Mas obter ar comprimido de boa qualidade requer muita energia. Na maioria das empresas de produção, o ar comprimido consome de 10% a 35% do consumo total de eletricidade. Enquanto melhora continuamente a eficiência do sistema de ar comprimido, o compressor de ar gera uma grande quantidade de calor de compressão durante a operação. A energia consumida pelo calor de compressão representa mais de 85% da energia operacional da unidade. Geralmente, essa parte da energia é liberada através do sistema de refrigeração a ar ou água da unidade. Na atmosfera.

Portanto, a recuperação de calor dos compressores é um meio necessário para reduzir continuamente as perdas do sistema de ar e melhorar a produtividade do cliente. Atualmente, as tecnologias de economia de energia para recuperação de calor residual são muito estudadas, mas a maioria é apenas para a transformação de oleoduto do compressor de ar de parafuso injetado a óleo. Este artigo apresenta o princípio de funcionamento de vários compressores de ar típicos e as características do sistema de recuperação de calor residual em detalhes, e compreende mais amplamente as formas e formas de recuperação de calor residual dos compressores de ar, que podem recuperar melhor o calor residual e reduzir os custos de energia das empresas. . O objetivo da economia de energia e proteção ambiental.

São introduzidos vários métodos e formas típicos de recuperação de calor de resíduos de compressores de ar.

1 Análise da recuperação de calor residual do compressor de ar com parafuso de injeção de ar

1) Análise do princípio de funcionamento do compressor de ar de parafuso injetado a óleo

O compressor de ar de parafuso injetado a óleo é um tipo de compressor de ar com uma alta participação de mercado. O princípio de funcionamento é mostrado na Figura 1.

O óleo do compressor de ar de parafuso injetado a óleo tem três funções: o resfriamento absorve o calor da compressão, vedação e lubrificação.

Caminho do gás: o ar externo entra na cabeça da máquina através do filtro de ar e é comprimido pelo parafuso. A mistura de óleo e gás é descarregada da porta de escape, passa pelo sistema de tubulação e pelo sistema de separação de óleo e gás, entra no resfriador de ar e reduz o ar comprimido de alta temperatura para um nível aceitável. .

Circuito de óleo: A mistura de óleo e gás é descarregada da tomada principal do motor. No cilindro de separação de óleo, o óleo de resfriamento é separado do ar comprimido e entra no resfriador de óleo para remover o calor do óleo de alta temperatura. O óleo resfriado é injetado novamente na máquina principal através do circuito de óleo correspondente. Arrefecer, selar e lubrificar. Repetidamente.

2) Princípio da recuperação de calor residual do compressor de ar do parafuso de injeção de óleo

O diagrama esquemático e o fluxograma da recuperação de calor residual do compressor de ar com parafuso de jato de óleo são mostrados nas Fig. 2 e Fig. 3.

Pode ser visto nas Fig. 2 e Fig. 3 que a mistura de óleo e gás de alta temperatura e alta pressão formada pela compressão da cabeça do compressor é separada no separador de óleo e gás, e o óleo de alta temperatura é introduzido no calor trocador, reformando o oleoduto de descarga de óleo do separador de óleo e gás. A válvula by-pass distribui a quantidade de óleo que entra no trocador de calor e no tubo de by-pass em tempo real, garantindo assim que a temperatura de retorno do óleo não seja inferior à temperatura de proteção de retorno do compressor de ar e a água fria no lado da água. o trocador de calor troca calor com o óleo de alta temperatura. A água quente aquecida pode ser utilizada para água quente sanitária, aquecimento de ar condicionado, pré-aquecimento de água de alimentação de caldeira, água quente de processo e similares.

3) Recuperação de calor de recuperação de calor primário

Existem muitas formas de sistemas de recuperação de calor residual para compressores de ar de parafuso injetados a óleo. Os dois sistemas mais comuns estão listados abaixo. A Figura 4 é um fluxograma de um sistema primário de troca de calor de um compressor de ar com parafuso de jato de óleo. Pode ser visto na figura que a água fria no tanque de preservação de calor troca diretamente calor com o dispositivo de recuperação de energia dentro do compressor de ar através da bomba de água circulante e depois retorna ao tanque de água de preservação de calor. As características de tal sistema são que o equipamento é pequeno e a eficiência da troca de calor é alta, mas deve-se observar que é necessário selecionar um dispositivo de recuperação de material com boa qualidade do material e precisa ser limpo regularmente, caso contrário é fácil causar obstruções devido a variações de temperatura ou vazamentos do dispositivo de troca de calor. Aplicação de poluição.

4) Recuperação de calor secundária de recuperação de calor residual

A Figura 5 é um fluxograma do sistema secundário de troca de calor do compressor de ar de parafuso injetado a óleo. Pode ser visto na figura que o sistema realiza duas trocas de calor, e o sistema lateral primário que troca calor com o dispositivo de recuperação de energia é um sistema fechado e o sistema lateral secundário pode. Para sistemas abertos, ele também pode ser um sistema fechado. . O sistema fechado no lado primário usa água pura ou água destilada para reduzir os danos à unidade de recuperação de energia devido ao escamação da água. Caso o trocador de calor esteja danificado, o meio de aquecimento no final da aplicação não será contaminado.

5) Vantagens de adicionar dispositivo de recuperação de energia térmica para compressor de ar de parafuso injetado a óleo

Depois que o compressor de ar do parafuso de injeção de combustível é instalado com o dispositivo de recuperação de calor, ele tem as seguintes vantagens:

(1) Pare o próprio ventilador de refrigeração do compressor de ar ou reduza o tempo de funcionamento do ventilador. A unidade de recuperação de calor usa uma bomba de água em circulação. O motor da bomba consome uma certa quantidade de energia elétrica, mas a temperatura de entrada de ar da unidade principal do compressor de ar não atinge 80. A ~ 95 ° C (pode ser definido nesta faixa), o próprio ventilador de refrigeração do compressor de ar não está funcionando , a potência desse ventilador é geralmente 4 a 6 vezes maior que a energia da bomba circulante; portanto, o ventilador pára, o ciclo. O consumo de energia da bomba deve ser de 4 a 6 vezes mais eficiente em termos de energia. Além disso, como a temperatura do óleo pode ser bem controlada, o exaustor na sala de máquinas pode ser aberto menos ou nada, o que pode economizar energia.

(2) Convertendo calor residual em água quente sem consumo adicional de energia.

(3) Aumente o deslocamento do compressor de ar. Como a temperatura de operação do compressor de ar pode ser efetivamente controlada pelo dispositivo de recuperação na faixa de 80 a 95 ° C, a concentração do óleo pode ser mantida boa e o deslocamento do compressor de ar aumentará, e o aumento será 2% a 6%. Isso também é equivalente a economizar energia. Isso é especialmente importante para compressores de ar que operam no verão, porque no verão a temperatura ambiente é mais alta, a temperatura do óleo pode subir para cerca de 100 ° C, o óleo fica mais fino, a estanqueidade fica pior e o volume de exaustão É reduzido. Portanto, o dispositivo de recuperação de calor pode destacar suas vantagens no verão.

2 Recuperador de calor residual de compressor de ar de parafuso sem óleo

1) Análise do princípio de funcionamento do compressor de ar de parafuso sem óleo

Quando o compressor de ar é isotérmico, é o que economiza mais energia. A energia elétrica consumida é principalmente convertida na energia potencial de compressão do ar, que pode ser calculada de acordo com a fórmula (1):

Caudal mássico do ar do compressor m-air, kg / s

Constante de gás R, o ar é 287J / (kg · K)

T. - temperatura de inalação, K

Caudal volúmico Q-gás, m3 / s

P0 - pressão de sucção, Pa

Pressão de exaustão P2, Pa

P Trabalho por radiação de calor do compressor de ar Fu, W

P consumo de energia da unidade do compressor de ar em movimento da transmissão, W;

ρ --- densidade do ar kg / m3

Como não há efeito de resfriamento da injeção de combustível, o processo de trabalho do compressor de ar de parafuso isento de óleo é aproximadamente um processo de compressão adiabática. Um compressor de ar de parafuso de dois estágios, isento de óleo, com resfriamento entre estágios, economiza bastante trabalho. O motor principal de parafuso com camisa de água ou camisa de óleo tem um índice de processo de trabalho ligeiramente inferior ao índice adiabático isentrópico, que é de cerca de 1,3. O consumo de energia do compressor de ar pode ser calculado de acordo com a fórmula (3):

Índice de processo N

Constante Rg-gás, o ar é 287J / kg · k

T0, T1-primeira e segunda temperatura inspiratória, k

P0- pressão de sucção primária, almofada

P1, P2-, primeira e segunda pressão de escape, Pa;

Transmissão P - consumo de energia da radiação térmica do compressor de ar, W

O compressor de ar de parafuso isento de óleo tem o potencial de recuperação de calor desperdiçado em comparação com o compressor de ar de injeção de combustível. Como não há efeito de resfriamento do óleo, o processo de compressão é mais desviado da compressão isotérmica e a maior parte da energia é convertida no calor de compressão do ar comprimido, que também é a causa da temperatura excessiva do óleo. compressor de ar de parafuso livre. A reciclagem dessa parte da energia térmica da água industrial do usuário, do pré-aquecedor e da água do banheiro reduzirá bastante o consumo de energia do projeto, alcançando assim uma baixa proteção ambiental e de carbono.

A Figura 6 mostra a distribuição de energia do compressor de ar de parafuso isento de óleo. Pode ser visto pela figura que a produção de calor do compressor de ar de parafuso sem óleo resfriado a água pode ser recuperada 100%.

2) Recuperação de calor residual de compressor de ar de parafuso sem óleo

A Figura 7 é um fluxograma das partes internas do compressor de ar de recuperação de energia do compressor de ar de parafuso isento de óleo. Como mostrado na figura, a água fria é sequencialmente sujeita a troca de calor através de um resfriador de óleo, um sistema de compressão de alta pressão, um intercooler do sistema de compressão de baixa pressão e um pós-resfriador, em que o resfriador de óleo deve ser aumentado.

Recuperação de calor desperdiçado do compressor de ar 3 centrífugo

1) Análise do princípio de funcionamento do compressor de ar centrífugo

O compressor de ar centrífugo é acionado pelo impulsor para girar o gás em alta velocidade para gerar força centrífuga. Devido ao fluxo difuso do gás no impulsor, a taxa de fluxo e a pressão do gás após a passagem pelo impulsor são aprimoradas e o ar comprimido é produzido continuamente. O compressor de ar centrífugo é composto principalmente de duas partes, um rotor e um estator, e o rotor inclui um impulsor e um eixo. Existem pás no impulsor, além de uma placa de equilíbrio e uma parte da vedação do eixo, o corpo principal do estator é uma carcaça (cilindro) e o difusor, a curva, o retorno, o tubo de admissão, o escapamento o tubo e o eixo parcial estão dispostos no estator. Selado. O princípio de funcionamento do compressor centrífugo é que, quando o impulsor gira em alta velocidade, o gás gira. Sob a ação da força centrífuga, o gás é aspirado para o difusor na parte traseira e uma zona de vácuo é formada no impulsor, momento em que entra o ar fresco do lado de fora. impulsor. O impulsor continua girando e o gás é continuamente aspirado para dentro e para fora, mantendo assim um fluxo contínuo de gás. Os compressores centrífugos de ar dependem de mudanças na energia cinética para aumentar a pressão do gás. Quando o rotor de pás, ou seja, a roda de trabalho, gira, a lâmina aciona o gás para girar, transferindo o trabalho para o gás, de modo que o gás obtenha energia cinética. Após entrar na parte do estator, a cabeça de energia é convertida na pressão necessária devido à expansão do estator, a velocidade é reduzida, a pressão é aumentada e a ação de orientação da parte do estator é usada para entrar no impulsor do estágio inferior para continuar a aumentar e, finalmente, descarregado pela voluta. Para cada compressor, a fim de atender à pressão dos requisitos de projeto, cada compressor é fornecido com um número diferente de estágios e segmentos e até vários cilindros.

2) processo de recuperação de calor de resíduos de compressor de ar centrífugo

A centrífuga geralmente sofre compressão em três estágios. O ar comprimido do primeiro e do segundo estágio não é adequado para a recuperação de calor desperdiçado devido à influência da temperatura e pressão de saída. Geralmente, o ar comprimido do terceiro estágio é recuperado pelo calor residual. É necessário adicionar um pós-resfriador a ar, como mostra a Figura 8. Mostra que quando a extremidade quente não precisa usar calor, o ar comprimido é resfriado sem afetar a operação do sistema.

4 Outro tipo de método de recuperação de calor residual para compressor de ar resfriado a água

Para máquinas de parafuso com injeção de óleo resfriadas a água, máquinas de parafuso sem óleo, centrífugas e outros compressores de ar, além da recuperação de calor residual de sua transformação estrutural interna, também é possível transformar diretamente a tubulação de água de resfriamento para obter o calor residual sem alterar sua estrutura corporal. Reciclando.

1) Diagrama esquemático da recuperação de calor residual de compressores de ar resfriado a água.

A Fig. 9 é um diagrama esquemático da recuperação de calor residual de um compressor de ar usando uma bomba de calor de fonte de água para aumentar a energia. Pode ser visto na figura que a água de resfriamento é introduzida na unidade principal da bomba de calor da fonte de água instalando uma bomba secundária no tubo de saída da água de resfriamento do compressor de ar, e o sensor de temperatura da entrada do evaporador principal ajusta os três válvula reguladora em tempo real para controlar a temperatura de entrada do evaporador. A um certo valor definido, a água quente de 50-55 ° C pode ser preparada para o processo de vida e produção através da unidade de bomba de calor da fonte de água.

Se não houver demanda de água quente a alta temperatura, um trocador de calor de placas pode ser conectado em série com o circuito de água de resfriamento circulante do compressor de ar. A água de resfriamento a alta temperatura troca calor com a água macia do tanque de água macia, o que reduz a temperatura interna da água e aumenta a temperatura externa da água. A água aquecida é armazenada no tanque de armazenamento de água quente e depois transportada para a rede de calor para uso em uma fonte de calor de baixa temperatura. Como mostra a Figura 10, quando o calor da água de resfriamento é utilizado, a carga do resfriador de água é bastante reduzida ou mesmo uma torre de resfriamento é necessária novamente. No entanto, para garantir a operação segura e confiável do sistema, a torre de resfriamento ainda será mantida, mas a válvula de controle no estado normalmente fechado é instalada nos tubos de entrada e saída da torre de resfriamento. A válvula de controle adota o controle de temperatura. Quando o sistema de recuperação de calor desperdiçado falha, a temperatura interna da água sobe para uma temperatura limitada, a válvula se abre e o sistema de refrigeração da torre de resfriamento original é colocado em uso, garantindo um resfriamento confiável do compressor de ar.

2) Análise da recuperação de calor residual do compressor de ar resfriado a água

É simples e conveniente transformar diretamente a tubulação de água de resfriamento do compressor de ar e não modifica a estrutura do corpo do compressor de ar, o que pode reduzir o risco de reconstrução e aumentar a confiabilidade da operação do sistema de recuperação de calor residual .