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纺织厂无油空压机改造方案


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1.目前状况:

      该纺织厂采用的是AtlasZR5-53型无油螺杆空压机。冷却方式采用的是水冷却,再利用冷却塔将水降温的方式将压缩空气产生的大量废热排出。在现有的空气冷却中,进入冷却器水的温度为18℃,出水温度为34℃,本研究方案可以在空气状态参数不变的情况下,制得60℃左右的热水,这部分水可以满足日常生活用水、空调用水以及浆锅的冲洗等所需热水要求。

2.改进要点:
      目前,该纺织厂无油螺杆空压机的中间冷却器和后冷却器都是采用管壳式换热器,高温高压空气走管程,经过冷却塔冷却的冷却水走的是壳程。
 因此,只对图1中虚线部分的中间冷却器进行分析改造。此次改造是把现用的中间冷却器换为符合出水温度要求的管壳式换热器,只是在换热面积上作出合理的改变,使通过中间冷却器的冷却水达到所需热水的温度要求。

3.改进后状况:

    改造后的换热器只是略微增加了换热器的长度,对整个空压系统而言,换热器本身带来的气体压降非常小。因此,改造后,增加的阻力对压缩空气的影响是可以忽略不计的。对于冷却水,改造后,直接把自来水通入到改造后的管壳式换热器,出水温度在60℃左右,这样就可以满足日常生活用水、空调用水以及浆锅的冲洗等的水温要求,根据纺织厂的具体需要,合理分配制得的热水。

4.实施方案可行性分析:
1)、中间冷却器换热量
  改造前,对于中间冷却器,其进出空气温度及进出冷却水温度,如表1所示:无油空压机改造一图

 由于空气比热容是随温度变化的,所以,先计算出不同温度下的空气比热容值,在特定温度下空气的比热容如表2:无油空压机改造二图

利用内差法得
  空气在54℃时的比热容为:空气在54℃时的比热容
  空气在186℃时的比热容为:空气在186℃时的比热容
  对于该纺织厂采用的Atlas ZR5-53型无油螺杆空压机,其铭牌参数是:气体温度为20℃;大气压力为0.1MPa;相对湿度为0%;空气流量为69m3/min。
  根据理想气体公式: PV=m1RT (1)
  式中:P-大气压力(Pa);
  V-空气的体积流量(m3/s);
  m1-空气的质量流量(kg/s);
  R-空气气体常数,为287(J/(kg·k);
  T气体温度(K)。

所以空气的质量流量 空气的质量流量
  根据热量计算公式 Q=m1(c1t1'-c2t1") (2)
  式中:Q-中间冷却器的换热量(kW);
  t1'、t1"-中间冷却器进、出气温度(K);
  c1 、c2-分别为t1'、t1"下的比热容(kJ/ (kg·K)) 。
  得Q=1.37×[1.011×(273+186)-1.005×(273+54)] =185.3kW
  2、改造前换热器传热系数和冷却水质量流量的计算
  根据传热方程式
  Q=kA△tm (3)
  式中:k-传热系数(kW/(m2·K));
  A-中间冷却器的换热面积(m2);
  △t-对数平均温差( K)。
及热平衡方程式热平衡方程式
  式中:c3-水的比热容(kJ/(kg·K));
  m2-中间冷却器冷却水的质量流量(kg/s);
  t2'、t2"-中间冷却器进、出水温度(K);
  改造前的中间冷却器换热面积的计算如下:
  已知,改造前中间冷却器是由292根管长为1.2m、管子直径为12mm的管子组成,所以中间冷却器换热面积A=3.14×12×10-3×1.2×292=13.20 m2。
  因此,根据公式3和公式4能够计算出中间冷却器的传热系数k以及冷却水的质量流量m2。计算结果见表3。中间冷却器参数计算

 3、改造后的中间冷却器的换热面积和冷却水的质量流量
  为了满足纺织厂对用水温度的要求,冷却水的出水温度要求在60℃,进水为19℃的自来水。对于压缩空气,进出口温度差是保持不变的,空气质量流量已经通过公式(1)计算得出m1= 1.37kg/s。所以根据公式(4)得出改造后中间冷却器的质量流量中间冷却器的质量流量
  因此,在换热器的计算中,要选择合理换热面积和传热系数的换热器。这里要综合阻力、换热效率、投资等问题。
  为了研究以及改造的方便,选择的是现有的换热器形式,这样在承压、空气压降等方面都是符合要求的,只是改变现有换热器的面积。在面积改造上,是采用增加换热器的长度;改造前后中间冷却器的换热系数变化可以忽略不计。因此,利用公式(3)得出计算结果,见表4。无油空压机改造4

对比表3和表4,可以看出,经过改造之后,在得到60℃的热水时,中间冷却器的长度由以前的1.2m增加到1.33m,只增加了0.13m,增加的这部分长度对压缩空气带来的压降可以忽略,而且改造中间冷却器增加的成本也很少;对于冷却水的质量流量,由原来的2.94kg/s降低到了1.05kg/s,这样在水泵的能耗方面有了一定的减少。
  4、经济性分析
  咸阳某纺织厂,职工1086人,每人平均每天在厂内洗浴0.5次,每次洗浴大约20分钟左右,洗浴用水温度40℃。经过统计,洗浴用水量为每10分钟0.08吨。每天总的用水量大约在2×0.08×0.5×1086=86.88t。
  目前,该纺织厂应用的是锅炉加热热水的方法来获得洗浴用水,锅炉的热效率为80%。采用的是热值为24244kJ/kg 的煤,根据西安物价局给出的数据,此种煤的标准价格为530元/吨。具体数据见表5。
  由表5知,该纺织厂每年用于员工洗澡燃煤的费用需要8.03万元。无油空压机改造5
 于一台改造后的中间冷却器,每天可以得到60℃的热水90.72t,用这部分热水和19℃的自来水混合,得到40℃的洗浴用水。
  根据热平衡方程可以计算得出:混合后总共可以得到40℃的热水165.86t。因此,一个中间冷却器回收的热水不仅可以满足员工洗浴用水的需要,而且剩余热水可以用来供其它需要热水的设备使用。综上得,经过改造之后,每年可以为该纺织厂节省8.03万元的支出。
  3.5 投资预算
  具体投资见表6。 无油空压机改造6

由表6可以得出:总共的设备投资为4.75万元,而每年可以节约购买煤的费用8.03万元,回收期为8个月,收益很可观。而且,杜绝了烧煤产生的CO2、SO2、粉尘等污染物质,减少了对大气环境的污染。
  结束语
  纺织厂空压机中间冷却器最初采用的是水冷却,再利用冷却塔将水降温的方式将压缩空气产生的大量废热排出,造成热量的浪费。经过改造后,不仅为节能减排做出贡献,而且还带来了可观的经济效益。改造系统需要投资4.75万元,每年就可以为该纺织厂节约洗浴用水所需费用8.03万元,而且杜绝了烧煤产生的污染。由此看来,此方案的设计不仅简单可行,更重要的是达到了合理高效的节能减排,此方案还可以应用在后冷却器上,如果需要,可以节省更多的资源。

 

纺织厂无油空压机改造方案

此方案只对下图1中虚线部分的中间冷却器进行分析改造。此次改造是把现用的中间冷却器换为符合出水温度要求的管壳式换热器,只是在换热面积上作出合理的改变,使通过中间冷却器的冷却水达到所需热水的温度要求。

纺织厂无油空压机改造方案图

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