关于空压机余热回收利用的节能实践探讨

引言

在现代工业生产中，空压机是核心设备，为生产设备提供压缩空气，保障生产流程。但它运行时能耗高，部分能量以余热形式散发。当前全球面临能源短缺与环保压力，节能降耗是工业发展趋势和可持续发展举措。在此背景下，空压机余热回收利用因节能潜力大，成为工业节能重要突破口。本文深入探讨其相关问题，分析技术原理、实践路径、面临挑战及未来优化方向，为该技术应用发展提供理论与实践支持，助力工业节能。

一、空压机余热产生及回收利用的必要性

（一）空压机余热的产生机理

空压机工作核心是压缩空气，此过程会因多种原因产生余热。一是机械摩擦，其内部运动部件如活塞与缸体、轴承等相对运动时会产生摩擦，机械能转化为热能形成余热；二是气体压缩过程，根据热力学原理，气体被压缩时分子间距离减小、运动加剧、内能增加、温度升高，从而产生余热。这些余热以空气散热和设备表面散热形式存在，一部分通过冷却系统散发到外界，一部分残留在设备和压缩空气中。

（二）空压机余热回收利用的必要性

从能源节约角度，回收利用空压机余热是提高能源利用率的有效途径。工业生产中能源高效利用是关键，空压机消耗能源近七成转化为余热，回收利用可减少能源浪费、充分利用有限能源、缓解能源供应紧张。

从环境保护角度，其对减少污染物排放、助力“双碳”目标意义重大。传统能源利用需燃烧大量化石能源，释放大量污染物，加剧温室效应和环境污染；利用余热可替代部分化石能源消耗，减少污染物排放，为“双碳”目标提供支持。

从经济效益角度，余热回收利用能为企业带来收益。企业生产需投入资金采购能源，回收利用余热可减少对传统能源的依赖、降低采购成本。同时，余热回收利用系统运行成本低，长期来看能提升企业经济效益和竞争力，保障企业可持续发展。

二、空压机余热回收利用的技术原理

（一）余热回收的基本原理

空压机余热回收利用基于导热、对流和辐射三种热量传递方式。导热是热量通过物体内部分子运动从高温传至低温，在余热回收系统中，热量经金属管道等从空压机高温部件传至回收介质；对流依靠流体流动传递热量，回收介质流动吸收热量并携带至需利用处；辐射通过电磁波传递热量，在空压机余热回收中占比小但特定情况会被利用。

余热回收系统实现能量转换和利用的思路是，用特定设备收集空压机余热，再按需将其转换为热能或电能等。如用热交换器将余热传递给冷水制热水用于供暖或工业用热，或用余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机发电，实现梯级利用。

（二）常见的空压机余热回收技术类型

直接利用技术是将回收的空压机余热直接用于需热能的场景。如用于造纸车间通风，冬季通过热交换器制备热水，作为车间通风热源，为车间送热风，提高车间温度，或者用于车间辅助用房供暖，减少传统供暖能耗；也用于热水供应，加热冷水满足生活和工业用水需求。

间接利用技术是通过设备将余热转化为其他能源再利用。通过余热发电设备将余热转化为电能是重要方向，余热锅炉利用余热将水加热成蒸汽推动汽轮机，带动发电机发电，电能用于企业生产和照明，降低用电成本。此外，还有技术可将余热转化为机械能驱动其他设备，拓展余热利用范围。

三、空压机余热回收利用的实践路径

（一）余热回收系统的设计与选型

不同工况下，空压机运行参数和余热特性有差异。设计余热回收系统前，需详细分析空压机工况，考虑其型号、功率、运行时间、压缩空气流量和压力等影响余热产生量和温度的因素。如大功率连续运行的空压机余热多、温度高，小功率间歇运行的余热少、温度波动大。充分了解余热特性，才能设计匹配的回收系统，确保高效利用余热。

余热回收设备选型是系统设计关键，需遵循高效性、稳定性、适配性原则。高效性要求设备最大程度吸收和传递热量，选型时对比传热效率、热损失等参数选优。稳定性要求设备长期运行状态良好、减少故障，需考虑材质、制造工艺、结构设计等确保强度和耐久性。适配性要求设备与空压机工况、余热特性及后续用热或能源转换设备相协调，形成高效系统。

（二）余热回收系统的安装与调试

系统安装关键技术要点影响运行效果与安全性。安装时，确保设备连接合理、密封好，避免热量泄漏与介质流失；科学布置管道，缩短长度以减少热量损失，考虑支撑固定，防止位移损坏；对高温部件和管道采取保温措施减少散热；严格遵守安全规范，确保电气连接、机械安装等符合要求，避免事故。

系统调试是保证系统正常高效运行的重要步骤。调试前，全面检查各部件，确认安装正确、连接牢固、线路通畅。调试时，先空载试运行，检查设备运转情况，如电机转向、转速，泵、风机噪音等；再逐步加载，观察温度、压力、流量等参数是否在设计范围。根据试运行情况调整控制参数，如调节阀门开度、改变泵转速，使系统达最佳状态。调试中做好记录，及时排查解决问题，合格后正式运行。

（三）余热回收系统的运行与维护

系统运行监控是保障系统高效稳定运行的重要手段。需实时监测温度、压力、流量等关键参数。温度监测涵盖空压机出口温度、余热回收设备进出口温度等，可了解余热回收和传热效果；压力监测包括管道内介质压力、设备内部压力等，确保系统压力安全，防止影响运行或损坏设备；流量监测可了解介质流动情况，保证热量有效传递。通过实时监控这些参数，能及时发现并处理系统异常。

系统的日常维护和定期检修对延长设备寿命、保障系统稳定运行至关重要。日常维护包括清洁设备表面、检查管道密封、确保阀门仪表正常工作，还要定期润滑转动设备，防止磨损。定期检修需按说明书和规范对主要设备全面检查维护，如清洗热交换器、解体检查电机等设备、检测调试电气控制系统。通过日常维护和定期检修，能及时排除潜在故障隐患，保证系统长期稳定运行。

四、空压机余热回收利用面临的问题

（一）技术层面的问题

现有余热回收技术在效率和适用性方面存在一定的局限性。部分余热回收技术在回收低品位余热时效率较低，难以实现有效的能源利用。例如，对于温度较低的空压机余热，一些传统的热交换设备无法充分吸收热量，导致余热利用率不高。同时，不同行业、不同工况下对余热的需求存在差异，而现有的余热回收技术往往缺乏足够的灵活性和适应性，难以满足多样化的需求。有些技术仅适用于特定类型或特定功率的空压机，在推广应用时受到较大限制。

不同类型空压机余热回收时面临着各自的技术难点。小型空压机由于功率较小，产生的余热总量相对较少，且余热温度波动较大，这使得余热回收系统的设计和运行难度增加，回收效率往往较低。此外，小型空压机的安装空间通常较为有限，也给余热回收设备的布置带来了困难。而对于一些特殊类型的空压机，如螺杆式空压机、离心式空压机等，其余热产生的部位和特性各不相同，现有的回收技术在针对这些特定类型空压机进行余热回收时，往往需要进行大量的定制化设计，增加了技术应用的复杂性和成本。

（二）经济层面的问题

余热回收系统的初始投资较高，这成为制约其广泛应用的重要因素之一。余热回收系统通常包括热交换器、泵、管道、控制系统等多个部分，这些设备的采购和安装需要大量的资金投入。对于一些中小企业而言，可能难以承担这笔初始投资，从而放弃采用余热回收技术。同时，系统的设计和定制化服务也会增加初始成本，尤其是对于一些复杂工况下的空压机余热回收系统，其设计费用和设备定制费用往往较高。

系统运行过程中的维护成本以及投资回报周期较长的问题也影响着企业的积极性。虽然余热回收系统的运行成本相对较低，但仍需要定期进行维护和检修，这需要投入一定的人力和物力成本。此外，在一些情况下，由于余热回收量有限或能源价格波动等原因，系统的投资回报周期较长，可能需要数年甚至更长时间才能收回初始投资。这使得一些企业在考虑是否采用余热回收技术时犹豫不决，担心无法在短期内获得明显的经济效益。

（三）推广应用层面的问题

部分企业对空压机余热回收利用的认识不足，缺乏主动应用的意识。一些企业管理者更关注生产效率和产品质量，对于节能降耗的重视程度不够，没有充分认识到空压机余热回收利用能够带来的经济效益和环境效益。他们认为安装余热回收系统会增加企业的成本和管理难度，因此对该技术持观望或排斥态度。同时，由于缺乏相关的知识和信息，企业对余热回收技术的原理、应用效果和实施方法了解甚少，也影响了其应用的积极性。

相关政策支持力度不够也导致技术推广应用受阻。虽然国家出台了一系列鼓励节能降耗的政策，但在空压机余热回收利用领域，专门的政策支持相对较少。缺乏针对性的补贴、税收优惠等激励措施，使得企业应用该技术的动力不足。此外，在行业标准和规范方面，目前关于空压机余热回收利用的标准还不够完善，导致市场上的设备质量参差不齐，系统设计和运行缺乏统一的规范指导，这也给技术的推广应用带来了一定的困难。

五、空压机余热回收利用的优化方向与发展展望

（一）技术优化方向：研发高效、低成本余热回收设备和技术是提高余热利用效率关键。加大新型传热材料研究，开发高效、耐腐蚀、长寿命材料用于核心设备，优化设备结构设计以减少热量损失、提高整体效率。通过改进工艺、采用新材料等降低制造成本，研发模块化设备提高通用性与安装便捷性，降低设计和安装成本。智能化控制技术是未来重要方向，引入传感器、物联网、人工智能等实现对系统运行参数实时监测与智能调控，根据工况、余热及用热需求变化自动调整运行状态，还能实现远程监控与故障诊断，减少维护成本与停机时间。

（二）经济可行性提升策略：通过技术创新降低初始投资与运行成本是提升经济可行性重要途径。初始投资上，除研发低成本设备技术外，优化系统设计减少设备数量规格以降低造价，如合理设计规模布局避免过度配置。运行成本上，提高系统效率、减少能源与介质损失，采用智能化控制实现精准运行，减少浪费与损耗。政府补贴、税收优惠等政策很重要，加大补贴力度降低企业初始投资压力，给予税收减免优惠提高投资回报，还可设专项基金、提供低息贷款提供资金支持，鼓励企业参与。

（三）发展展望：空压机余热回收利用技术与其他节能技术融合是趋势，与太阳能、地源热泵等结合形成多能源互补节能系统，提高能源供应稳定性与可靠性，如冬季补充热量、夏季实现制冷，能提高综合利用效率、拓展应用范围。未来，其在工业及其他领域应用前景广阔，工业领域将更广泛应用成为节能降耗重要手段，商业建筑、居民生活等领域也有潜力，如用于供暖、热水供应等，随着技术进步与成本降低，将在更多领域发挥作用，为节能降耗与可持续发展做贡献。

六、结语

空压机余热回收利用在节能、环保和提升经济效益方面价值重大。本文围绕其展开，探讨技术原理，包括热量传递与常见技术类型；分析实践路径，涉及系统设计选型、安装调试和运行维护；剖析技术、经济和推广层面问题；提出技术优化方向、经济可行性提升策略及发展展望。

随着技术进步，高效、低成本且智能的余热回收技术将成熟，解决现有技术难题。政策完善支持下，企业应用积极性提高，经济问题将缓解。可见，其将在工业节能中发挥更大作用，为可持续发展贡献力量。未来需加强研究实践，推动创新发展，适应不同场景需求，创造更大效益。

未来发展需科研人员、企业和政府部门协作。科研人员应研发针对不同空压机的高效余热回收技术，突破瓶颈；企业要提高认识，引进应用技术，将节能纳入发展战略；政府要加强政策引导，完善标准规范，营造良好环境。

各方合力，才能推动该技术发展完善，为构建两型社会贡献力量。

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作者简介：李登辉（1992.08）女，汉族，重庆，硕士，工程师，从事制浆造纸暖通设计工作