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1、 ICS 13.030.50 CCS J88 团体标准 T/QGCML 6072023 空压机余热回收利用技术规程 Technical regulation for waste heat recovery and utilization of air compressor 2023-01-11 发布 2023-01-26 实施 全国城市工业品贸易中心联合会 发 布 T/QGCML 6072023 I 目次 前言.II 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 4 构成及原理.1 5 技术要求.2 6 工艺流程.3 7 测试与验收.4 附录 A（资料性）能量转换.5T/QGCML
2、 6072023 II 前言 本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国城市工业品贸易中心联合会提出并归口。本文件主要起草单位：阳煤纳谷（山西）节能服务有限责任公司、华阳新材料科技集团有限公司。本文件参与起草单位：山西国辰建设工程勘察设计有限公司、阳煤集团纳谷（山西）气凝胶科创城管理有限责任公司。本文件主要起草人：郭广利、张跃飞、程建涛、卜彦峰、令狐建设、马全动、徐勤保、王小建、牛毓慧、李彦斌、李淑敏、王董平、王志文、任守斌、张德忠、段建田、王志伟、马绍
3、温、李文静、高永T/QGCML 6072023 1 空压机余热回收利用技术规程 1 范围 本文件规定了空压机余热回收利用技术规程的术语和定义、构成及原理、技术要求、工艺流程、测试与验收。本文件适用于螺杆空压机余热回收利用。2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 151 热交换器 GB/T 16665 空气压缩机组及供气系统节能监测 GB/T 27698.1 热交换器及传热元件性能测试方法 第1部分：通用要求 GB/T 27
4、698.2 热交换器及传热元件性能测试方法 第2部分：管壳式换热器 GB/T 27698.3 热交换器及传热元件性能测试方法 第3部分：板式热交换器 GB/T 28712.1 热交换器型式与基本参数 第1部分：浮头式热交换器 GB 50231 机械设备安装工程施工及验收通用规范 GB 50275 风机、压缩机、泵安装工程施工及验收规范 NB/T 47004.1 板式热交换器 第1部分：可拆卸板式热交换器 NB/T 47008 承压设备用碳素钢和合金钢锻件 NB/T 47009 低温承压设备用合金钢锻件 NB/T 47010 承压设备用不锈钢和耐热钢锻件 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文
5、件。3.1 螺杆空压机余热回收 air compressor waste heat recovery 螺杆空压机工作时产生的热量进行回收利用，通过油回收为主，气回收为辅,回收空压机由电能转化为机械能所产生的热量。4 构成及原理 4.1 系统构成 螺杆式空压机余热回收利用系统包括：空压机余热回收机组、温控比例调节阀、电动阀、加压水泵。4.2 余热回收原理 空压机在正常的工作状态下将输入的能量进行转化，计算方法见附录A，将分离出来的高温高压油气送入后置冷却系统，在后置冷却系统的作用下将高温高压油气进行冷却降温，冷却完毕后，润滑油被分离出来，如图1所示为常规空压机冷却示意图。被分离出来的润滑油温度大
6、约在 7090，在空压机所产生的余热中，占据了相当大的一部分。对油路系统和气路系统进行升级改造，将原来的冷却器用余热回收装置进行替代，将空压机产生的热量加以回收，图2为空压机余热回收原理图。T/QGCML 6072023 2 图1 空压机冷却系统 图2 空压机余热回收原理图 4.3 空压机余热回收机组工作原理 a)空压机启动状态：当空压机冷态启动时，冷却油的温度较低，此时油冷却器旁通阀、余热机组旁通阀关闭，冷却油不经过余热机组和油冷却器而直接进入空压机机头；b)余热回收机组工作状态：1)空压机运行一段时间后，冷却油温度开始升高，当油冷却器温度升高到余热机组旁通阀的设定值时，此阀（及压缩气体冷却
7、器旁通阀）自动打开，冷却油（压缩气体）进入余热机组将热量传递给常温水（若有压缩气体余热回收装置，则常温水首先进入压缩气体余热回收装置进行预热），然后进入下一流程；2)如果经过余热机组热交换后冷却油的温度低于油冷却器旁通阀设定值，则不进入油冷却器而直接进入空压机工作腔内；3)如果经过余热机组进行热交换后的冷却油温度高于冷却器旁通阀的设定值，则先进入油冷却器进行冷却，然后再进入空压机内进行循环；4)通过余热利用机组与空压机所产生的高温油气进行换热获得热水，冬季可加热到 50以上，夏秋季节 65以上。c)余热机组停止工作状态：当余热利用机组装置不工作时，此时余热机组不进行热交换，冷却油（压缩气体）仍
8、然保持高温状态，于是冷却油经油冷却器旁通阀进入油冷却器冷却后再进入空压机（压缩气体经旁通阀进入气体冷却器冷却后再进入下一流程），保证空压机正常运行。注：气路余热回收装置，应根据实际情况选择安装。5 技术要求 5.1 热能回收技术 回油 空压机 进油 油路余热回收装置 高温气 体 热水 保温水箱 压缩气体 自来水 淋浴 供暖 锅炉补水 其他 油气分离装置气路余热回收装置 终端使用 预热水 空气 空气过滤器 净化空气 压缩主机 油气混合物 油气分离器 冷却器 油 气 压缩气体 回油 T/QGCML 6072023 3 螺杆式空压机余热回收利用系统可回收利用热量的比例见表1，将压缩过程中的高温油气热
9、能，通过热交换传递给常温水，实现热能回收利用：a)电动机带动螺杆旋转，空气经过过滤器被吸入螺杆空压机中压缩成高压空气，并与循环油混合形成高压高温油气混合气体，进入油气分离器；b)油气混合气被分离成油气和空气后，其中的压缩空气经冷却器散热后供给用气点，而循环油气在油气分离器中被分离，凝结成液态后，再经前冷却器散热及过滤器过滤，回到空压机完成一个循环过程；c)空压机余热回收机组是将高温循环油和高温压缩气体引入余热回收机组内，空压机运行过程中所产生的热能被余热回收机组充分回收，同时空压机得以降温。表1 螺杆式空压机余热回收利用系统可回收利用热量的比例 总热量（100%）难以利用热量（5.3%）可回收
10、利用热量（94.7%）热辐射损耗（2.1%）余热回收系统损耗（3.2%）油路系统（72.8%）气路系统（21.9%）5.2 热交换器要求 5.2.1 热交换器是余热回收系统的核心，基本参数符合 GB/T 28712.1 的规定，其作用主要是将空压机系统运行过程中释放的热量进行回收，回收之后再与余热利用系统中主、副水箱中的冷却水进行换热，实现热量的转移。5.2.2 热交换器用法兰采用碳素钢和低合金钢锻件及不锈钢锻件时，按 NB/T 47008、NB/T 47009、NB/T 47010 的规定选用，并在图样上注明锻件级别(在钢号后附上级别符号,如 2011)。5.2.3 板式热交换器符合 NB/
11、T 47004.1 的规定，板式热交换器所有铭牌应以适合使用环境的金属材料制作。5.2.4 管壳式换热器符合 GB/T 151 的规定。6 工艺流程 螺杆式空压机余热回收利用系统如图3所示，主要流程如下：在空压机原油（压缩气体）路系统的出口分别加装三通电磁阀，将机油（压缩气体）引出后通过换热器实现换热；为提高安全系数，保留原有冷却系统，即空压机余热回收系统与原有冷却系统并联；经油气分离后，分离出的高温油经三通温控比例调节阀内的感温元件检测其温度；若高温油温度低于 60，则不用进行余热回收，直接通过过滤器通往油路循环系统；若高温油温度高于 60，则在进行余热回收后再进入油路循环系统；高温油进入余
12、热回收系统时，分离出的高温气经三通阀通往气路余热回收系统，否则直接通往原有冷却系统；换热系统中的水侧选用软水，防止因水质差造成管路积垢、腐蚀从而影响空压机的正常运行。T/QGCML 6072023 4 图3 螺杆式空压机余热回收利用系统 7 测试与验收 7.1 测试条件 按GB/T 16665的要求进行，设备工作正常稳定、系统应严密、无泄漏。7.2 性能测试 7.2.1 按 GB/T 27698.1、GB/T 27698.2、GB/T 27698.3 的要求对热交换器进行性能测试。7.2.2 空压机可回收利用的热量包括两部分:空气冷却器内被循环冷却水带走的热量和油冷却器内被循环冷却水带走的热量
13、，即:(1)式中：为空压机可回收利用的总热量，kW；为空气冷却器内被循环冷却水带走的热量，kW；为油冷却器内被循环冷却水带走的热量，kW。7.2.3 余热回收利用按式（2）进行计算：(2)式中：空压机余热回收总热量，kj；c为水的比热容，kj/（kg）；用水终端温差，；m终端用水量，kg。7.3 验收 7.3.1 系统在试运转前应按规定进行检查，并符合下列要求：a)在润滑系统清洗洁净后，应加注润滑剂，润滑剂的规格和数量应符合设计要求；b)冷却水系统进、排水管路应畅通、无渗漏；冷却水水质应符合设计要求；供水应正常；c)油压、温度、断水、电动旁通阀、过电流、欠电压等安全联锁装置应调试合格；d)压缩
14、机吸入口处，应装设空气过滤器和临时过滤网；e)应按规定开启或拆除有关阀件。7.3.2 空压机验收执行 GB 50275、GB 50231 的规定。温 我 控空压机 冷却器 油气分离装置 油路余热回收装置 保温水箱 气路余热回收装置 加压水泵 冷却器 温控阀T/QGCML 6072023 5 A A 附录A （资料性）能量转换 A.1 除机械摩擦损耗外，电动机所耗电能全部转化为驱动轴的机械能(也叫轴功)，即:(A.1)式中：为电动机的功率，kW；为实际压缩过程所需轴功，kW；为电动机的机械摩擦损耗热量，kW。A.2 电动机的机械摩擦损失用机械效率来表征，即:(A.2)式中：为电动机的机械效率。A
15、.3 压缩所耗轴功一部分用于增加气体的焓，一部分转化为热能向外界放出。鉴于吸气口和排气口高度差与空气流速差均很小，忽略空气重力位能和宏观动能的变化，根据理想气体状态方程和热力学第一定律，理论压缩过程轴功为：（）(A.3)式中：为理论压缩过程所需轴功，kW；m为空气质量流量，kg/s；为压缩过程终了空气的焓，kJ/kg；为压缩过程初始空气的焓，kJ/kg；为压缩过程向外界放出的热能，kW；0.287 为空气的气体常数，kJ/(kgK)；n 为多变指数；为压缩过程初始空压的温度，K；为压缩过程终了空气的温度，K。A.4 在实际运行中，为减少轴功并增加运行可靠性，压缩过程都尽可能采用冷却措施，力求接
16、近定温压缩。但由于扰动、摩擦等不可逆因素的存在，实际压缩过程比理论压缩过程所需轴功要多，即:(A.4)式中：为空压机的定温效率。A.5 空压机轴功有 4 个去向:a)设备外表面散热量；b)空气冷却器内被循环冷却水带走的热量；c)空气自身带出的热量；d)油冷却器内被循环冷却水带走的热量，即:(A.5)式中：T/QGCML 6072023 6 为设备外表面散热量，kW；为空气冷却器内被循环冷却水带走的热量，kW；为空气自身带出的热量，kW；为油冷却器内被循环冷却水带走的热量，kW。A.6 设备外表面散热主要包括机体、油气分离器及其管路、油冷却器、空气冷却器等四大部件外表面的散热，即：(A.6)式中
17、：为机体外表面散热量，kW；为油气分离器及其管路外表面散热量，kW；为油冷却器外表面散热量，kW；为空气冷却器外表面散热量，kW。A.7 部件外表散热属于传热过程，散热量可根据传热方程确定，即:(A.7)式中：Q 为部件外表面散热量，kW；k 为部件表面传热系数，kW/(m2K)；A 为部件外表面散热面积，m2；为部件外表内外两侧冷热流体平均温差，K。A.8 空压机工作过程实际吸入的空气均含有水蒸气，即为湿空气。除空气冷却器外，其它部件内水蒸气冷凝量均可忽略不计。对空气冷却器应用能量守恒定律，即:(A.8)式中：为湿空气中干空气质量流量，kg 干空气/s；为空气冷却器入口，湿空气的焓，kJ/k
18、g 干空气；为空气冷却器出口，湿空气的焓，kJ/kg 干空气。A.9 湿空气的焓为干空气焓和水蒸气焓的总和，即:(A.9)式中：h 为湿空气的焓，kJ/kg 干空气；1.01为干空气的平均定压比热，kJ/(kg 干空气K)；T 为湿空气的温度，K；d 为湿空气的含湿量，kg水蒸气/kg 干 空 气；2501 为 0 水的汽化潜热，kJ/kg 水蒸气；1.85 为水蒸气的平均定压比热，kJ/(kg 水蒸气K)。A.10 湿空气的含湿量为：（）(A.10)式中：为湿空气的相对湿度，%；为水蒸气的饱和分压力，Pa；P为湿空气的绝对压力，Pa。T/QGCML 6072023 7 A.11 空气冷却器内湿空气温度一般在 40 80 之间，水蒸气冷凝放出的热量为:(A.11)式中：为空气冷却器入口湿空气的含湿量，kg 水蒸气/kg 干空气；为空气冷却器出口湿空气的含湿量，kg 水蒸气/kg 干空气；为饱和水的汽化潜热，40时为 2407，80为2309，kJ/kg 水蒸气。A.12 由式(A.8)可得出空气冷却器内被循环冷却水带走的热量为:，(A.12)A.13 由式(A.1)和式(A.5)可得出油冷却器内被循环冷却水带走的热量为:(A.13)