空压机余热回收方案设计.docx
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空压机余热回收方案设计
空压机余热利用中央热水系统设计方案
致：
根据贵方员工宿舍中央热水系统工程项目的邀请，设计施工方市森茂节能环保工程，按贵方要求，为该公司员工的热水工程提供空压机余热利用中央热水系统，设计方案包括如下容。
第一部分工程概述（P2-4）
第二部分空压机余热利用装置的综合优势（P5-6）
第三部分工程设计方案详解（P7-11）
第四部分施工组织计划（P12-13）
第五部分售后服务（P14）
第六部分经济效益分析（P15-P16）
后附：
工程概算报价单1份
工程图纸1
第一部分工程概述
1．1用户需求
1．1．1现用户热水使用情况
现贵司要求我公司对员工楼热水供应系统提供设计方案，贵司现有员工3000人左右，员工宿舍楼2栋，每栋共20层，现需增加空压机余热回收系统供热水。
1．1．2空压机机使用情况
现对贵司9台旧空压机及新增4台新空压机进行余热回收改造，空压机余热回收机放置于污水处理厂旁的空压机房，一般情况下13台空压机每天工作24个小时。
1．1．3热水工程改造需求
本着降低企业运营成本及环保的目的，贵司现要求我公司对其热水系统进行改造。
改造方式为利用螺杆式空压机余热加热热水，实现零费用获取热水的效果。
本工程对13台空压机加装余热利用装置。
分两套系统安装，本工程完工后，基本满足3000人的热水供应，供水标准为33KG/人，总供水量约100吨/日，供水方式为不定时不定量，热水温度在55℃以上。
1．2工程总方案
根据贵公司的实际情况，我公司为贵公司设计热水系统，将对贵公司现有的13台螺杆式空压机加装余热利用装置，所得热水储存于宿舍楼楼顶的保温水箱，再将热水管道接入宿舍楼各宿舍洗手间。
1．2．1循环加热输送管道
本工程热泵为我公司的螺杆式空压机余热利用装置，因输送管道过长，所以在空压机房及厂房楼顶各安装了两个周转箱，保暖水箱里的水通过循环水泵送入余热利用装置加热，再送回保暖水箱，如此不断往复循环，保证水箱里面的水不断得到加热。
根据贵公司的实际情况，我公司为贵公司设计热水系统，将对贵公司现有的13台螺杆式空压机加装13台“森茂”牌空压机余热利用主机，自来水经冷水管的补水电磁阀输送到保温水箱，经主机换热器与空压机的高温油进行热交换，冷水温度慢慢升高，最终的热水温度即为显示面板控制器所指定的温度。
所得热水储存于宿舍楼楼顶的保温水箱，再将热水管道接入宿舍楼各宿舍洗手间。
在管路上水箱、水泵、换热器两头及各预留检修处，均安装铜制优质阀门，另在保暖水箱出口及换热器出口处安装水过滤器各1个。
1．2．2保暖水塔
贵司安装两个50吨保暖水箱，即可满足贵公司员工的用水要求。
水箱材质为双层不锈钢，50mm厚聚脂泡沫保溫层，24小时温降5℃以。
1．2．3换热装置
本工程将对13台螺杆式空压机加装余热利用装置,分两套系统，每小时分别可产水800L以上，10小时可产水160吨，完全可以满足员工的用水要求。
1．2．4补水系统
补水系统使用水位开关、电磁阀、温度控制器控制
1．2．5控制部分
控制箱放置于空压机机房：
与空压机自动同步开停装置；控制系统开关打开，循环水泵就开始工作，保暖水箱里面的水就不断得到加热。
1．3工程技术背景
1．3．1螺杆式空压机余热利用装置技术来源
现有技术中，螺杆式空气压缩机（简称空压机）的工作流程如下：
空气通过进气过滤器将大气中的灰尘或杂质滤除后，由进气控制阀进入压缩机主机，在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合，经压缩后的混合气体从压缩腔排入油气分离罐，从而分别得到高温高压的油、气。
由于机器工作温度的要求，这些高温高压的油、气必须送入各自的冷却系统，其中压缩空气经冷却器冷却后，最后送入使用系统；而高温高压的润滑油经冷却器冷却后，返回油路进入下一轮循环；根据计算，在上述过程中，高温高压的油、气所携带的热量大约相当于空气压缩机功耗的3/4的转化热量，余热温度通常在80℃—100℃之间。
螺杆式空气压缩机通过其自身的散热系统来给高温高压的油、气降温的过程中，大量的热能就被无端的浪费了；在提倡建设节约型社会的大趋势下，这种浪费无疑与我们的价值观念背道而驰，如何回收利用这些余热，成为本领域技术人员所急待解决的一个技术问题。
为了充分利用螺杆式空压机所产生的余热,本公司提供了一种余热利用装置，利用该装置对螺杆式空气压缩机所产生的高温高压的气体进行冷却，不仅可以提高空气压缩机的产气效率，而且可使企业获得生产和生活所需的热水，严冬可加热到≥55℃，夏秋季节≥65℃，从而解决了企业因为支付员工福利生活热水而背负的沉重经济负担。
1．3．2技术解决方案简介
以下是空压机余热利用装置系统流程图：
（因技术原因，本图中的各零件名称在此不便标出，敬请谅解）
第二部分空压机余热利用装置的综合优势
2．1安全、卫生、方便、环保。
螺杆式空压机热泵与燃油锅炉比较，无污染。
一旦安装投入使用，只要空压机在运行，企业职员就随时可以提取到热水使用，不必定时定量供应。
2．2节能
以贵公司热水系统日产150吨热水例，运行费用如下表：
效用
供热方式
性能
供热方式
运行费用
元/m3
每天150吨热水的费用
360天的运行费用
空压机余热利用
安全耐用
不定时不限量
0
0
0
太阳能辅助燃油锅炉
气象、水垢、老化影响大
冬季阴雨天要用柴油辅助加热
5.5
825
297000
空气源热泵
维修昂贵
定时限量
13.8
2070
745200
燃油锅炉
环保问题
定时限量
30.52
4578
1648080
天燃气
有危险
定时限量
34.45
5167.5
1860300
电加热
有危险
定时限量
42.97
6445.5
2320380
由上表可以看出，日产热水150吨，空压机余热利用装置每年可比太阳能节省297000元，比空气源热泵节省745200元，比燃油锅炉节省1648080元，比天燃气节省1860300元，比电加热节省2320380元。
所以使用空压机余热利用装置，就可得到方便可观的经济实用价值。
2．3提高空压机运转效率，实施经济运转。
安装螺杆式空压机热泵运行的空压机组，可以提高产产气量10%。
螺杆式空压机的产气量会随着机组运行温度的升高而降低，它的反比程度是：
温度每上升1℃，产气量就下降0.5%，温度升高10℃，产气量就降4%-8%。
一般风冷散热的空压机都在88-96℃间运行，其降幅都在4%-8%，夏天更甚，空压机热泵足可以使空压机温度降8-12℃，效率提高10%，为此它的经济效益就更为显著了。
2．4降低空压机工作温度，减少故障延长寿命。
使用空压机热泵可降低维修成本，延长设备的更换期限。
螺杆空气压缩机的主要运行费用是耗材的更换，如机油、机油隔、油/气分离器。
一台进口螺杆37KW的空压机换一次耗材费用是4700元，使用周期为3000H，耗材费用1.56元/小时，长期处在80-84℃间运行的空压机，耗材的使用周期可延长50%，即4500H。
延期后的耗材费用是1.04元/小时，由于是低温运行，机油珠乳化现象要降60%，液击碳化现象要降50%，这两者都是严重影响油隔、油/气分离器寿命性能的致命因素。
在我公司对贵司的热水系统改造完成后，将可把空压机的运行温度降低至最佳围之，从而降低空压机的维护成本并极大地提高空压机的使用寿命。
第三部分工程设计方案详解
3．1设计原则
1、方便使用,随时为员工提供生热水。
2、设备安装简便。
3、设备维修及使用安全
4、环保无污染
5、节约成本和资源
6、热转换效率高等原则
3．2设计标准及依据
（1）贵方提供的数据及相关要求
（2）《最新热交换器设计计算与传热强化及质量检验标准规实用手册》
（3）《余热资源回收利用节能监测方法》DB12/T.5-2003
（4）《余热资源回收利用的评价方法》DB31/T154-1999
（5）《工业余热术语、分类、等级及余热资源量计算方法》GB/T1028-2000
（6）《螺杆空压机的选用与节能》
（7）《热交换器.区域供暖用水换热器.确定性能数据的试验程序》BSEN1148-1999
（8）《热交换器.供热系统用水/水热交换器.确定功率数据的测试方法》EN1148-1998
（9）、《采暖卫生工程施工验收规》GB/T242-85
（10）、《钢结构设计规》GB50017-2003
（11）、《建筑给排水及采暖卫生工程施工质量验收规》GB50242-2002
（12）、《给水排水制图标准》GB/T50106-2001
（13）、《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规》GB50168-92
3．3工艺流程
3．3．1工艺核心技术
使用我公司的专利产品—螺杆式空压机余热利用装置，回收螺杆式空压机运行过程中产生的多余热量，可以不消耗其他资源，在空压机的运行过程中，获得设计所需的水量和水温。
3．3．2工艺流程图
补充水喉
3．3．3工艺流程说明
整个流程中空压机产生余热提供热源，在热泵中热交换而产生热水，热水流经原供热系统，存到保温水箱，再由供热系统将热水送到全厂各宿舍楼使用，而不使用的热水经由保温水箱中回流到循环水泵重新加热。
整个循环过程由循环水泵完成，补充水位由温度控制器和水位控制器完成。
3．4设计计算与材料明细
3．4．1热交换器的设计
1、热交换器的确定
贵公司现有螺杆式空压机13台，每一台安装与其功率相匹配的专用换热装置，其性能指标如后所示。
2、热交换器每小时集热量计算（SM-50P，100P，150P，200P）
热交换器的集热量大约为空压机功率的65%（实测数据，因空压机负荷情况有差异导致集热量稍有差别），每50HP（37.5KW）的空压机每小时的集热量:
Q=37.5KW×65%×860Kcal/h=20962.5Wh；每100HP（75KW）的空压机每小时的集热量:
Q=75KW×65%×860Kcal/h=41925Wh；每150HP（112.5KW）的空压机每小时的集热量:
Q=112.5KW×65%×860Kcal/h=62887.5Wh；每200HP（150KW）的空压机每小时的集热量:
Q=150KW×65%×860Kcal/h=83850Wh；
3、每小时产热水量（SM-50P，100P，150P，200P）
SM-50P产水量计算：
假设初始水温为15℃，则每小时可产55℃热水量为：
Q20962.5
M=------------=-------------------------------------------=524L
D×C×△T1Kcal/kg℃×1kg/L×（55-15）℃
SM-100P产水量计算：
假设初始水温为15℃，则每小时可产55℃热水量为：
Q41925
M=------------=-------------------------------------------=1048L
D×C×△T1Kcal/kg℃×1kg/L×（55-15）℃
SM-150P产水量计算：
假设初始水温为15℃，则每小时可产55℃热水量为：
Q62887.5
M=------------=-------------------------------------------=1572L
D×C×△T1Kcal/kg℃×1kg/L×（55-15）℃
SM-200P产水量计算：
假设初始水温为15℃，则每小时可产55℃热水量为：
Q83850
M=------------=-------------------------------------------=2096L
D×C×△T1Kcal/kg℃×1kg/L×（55-15）℃
4、换热器性能指标及材料构成
A、型号：
SM-50HP/100HP/150HP/200HP：
a、与空压机相配匹数：
50HP/100HP/150HP/200HP
b、换热器集热量：
21KWh/小时/42KWh/小时/63KWh/小时/84Wh/小时
c、额定出水温度：
55℃以上
d、余热回收机串联出水量：
8000L/小时
e、换热片：
SUS316
f、水流：
反向二流程
e、水管直径：
1.5"
h、控制元件：
电磁阀、温控阀、球阀、闸阀、耐高温油管
5、换热器的总功效
本工程共拟对13台空压机安装余热利用装置，分两套系统，正常情况下其中每套系统每天各工作10小时，每天10小时可产水：
8000L*2*10=160000L，约合160吨/天。
3．4．2循环水泵选型
（1）单位长度水头损失
τ=0.0107V2/d;1.3
τ.管道单位长度的水头损失
V.管道的平均水流速度
dj管道计算径
（2）局部水头损失
hj=∑ζV2/2g
hj局部水头损失之和
ζ、局部阻力系数
V、平均水流速度
G、重力加速度
简化计算，按沿程水头损失的20%计算。
根据以上公式计算如下：
设流量Q=10m3/h
则:
V=0.48m/s
τ=0.028mH2O/m
设L=120m
则:
τ总=0.×120×1.2=4（mH2O）
由此选用GD32-20型水泵，Q=11m3/h，H=155m，可以满足系统循环动力需求。
3．4．3保温层设计说明
1、保温层厚度计算：
保温层厚度
管道DLn（D/d）=2λ（t1-t2）/а1（t2-t0）
δ=（D-d）/2
设备δ=λ（t1-t2）/а1（t2-t0）
计算公式中各符号的意义及单位
t1—管道设备外表面温度（℃）
t2—保温层外表面温度（℃）
t0—周围空气温度（℃），计算中取t0=31℃
d—管道外径（米）
D—保温层外径（米）
λ—保温材料导热系数（千卡/米·时·℃）
а1—保温层外表面放热系数（千卡/米2·时·℃）计算中取а1=10千卡/米2·时·℃
δ—保温层厚度（米）
经计算管道EPS保温层厚度δ=0.（m）
设备保温层厚度δ=0.038（m）
故：
管道保温选用聚苯泡沫管壳保温δ=25mm，热水箱选用δ=50mm，玻璃纤维棉复合EPS聚苯泡沫均能满足保温要求。
2、保温层设计说明
按国家有关保温规及管网热水系统有关标准计算，我方采用聚苯泡沫管壳保温材料，储热水箱采用玻璃纤维棉与聚苯EPS板复合,保温层δ=50mm。
热水管采用特制聚苯泡沫管δ=30mm。
集热器集水槽采用聚胺脂保温δ=35mm。
以上保温层均符合有关国家标准。
3．4．4保温水箱的选择
加装容量为15吨的保温水箱10个，双层不锈钢，采用玻璃纤维棉与聚苯EPS板复合保温材料，保温层δ=50mm，24小时温降5℃以。
3．4．5管道选料概述
一、循环管道（约2000米）：
DN50×2.0MPaPPR热水
第四部分施工组织计划
4.1施工机械设备计划表
大规模工程施工中,机械设备是工艺手段的必备条件,是确保工程顺利进行及工程质量的关键条件。
本工程将投入足够的施工设备及机具,其主要机械设备及机具见下表:
序号
名称
型号
产地
性能状况
1
手动折边机
WS1.5×2050
力丰机械厂
优
2
台式钻床
ZQ4116
西湖台钻公司
优
3
砂轮机
MQ03220
金鼎电动工具
良
4
台钳类
省市五台县
良
5
空气等离子切割机
LG-40
烽火实业公司
良
6
型材切割机
J3G3-400
奋发工具制造厂
良
7
日立切割机
LG-220V-14"
韩国
良
8
缝焊机
FN-2-75
焊机厂
优
9
直流氩弧焊机
CZY-120
东山焊接设备厂
良
10
氩弧焊机
WS-100
烽火焊接设备厂
优
11
交流弧焊机
BX1-160-1
威胜电焊机厂
良
12
小焊机
BX-220
市建国机电设备厂
良
13
电动葫芦
HH型1.6T
吴江电力起重机械厂
优
14
套丝机
7050-A型
优
15
冲击钻
FD10SA·FD10VA
日本日立
优
16
手磨机
G10SF2
日本
良
17
手电钻
F16VA
番禺
优
18
手动试压泵
SSY-2.5
恒通工具厂
良
19
空气压缩机
AV1608
聚才实业
良
4.2施工进度总体计划表（交货期限：
30天）
项目名称
1
3
5
7
9
11
13
15
16
17
18
余热利用换热器生产
管道安装
电气控制部分安装
余热利用换热器安装
调试及试运行
竣工报告、图纸等汇编
培训及设备移交
4．3质量保证措施
本公司专门制订了实施质量管理的指令性文件《质量保证手册》,规定了本公司质量方针、目标和质量保证机构、人员职责等,以保证质量保证体系持续有效的运转。
《手册》从质量保证机构的设置上明确岗位工作人员的职责；从合同的签定上要求详尽约定供需双方的权利义务；从材料的采购、保管、使用上保证材料质量的可靠；从生产制作与安装施工方面规定了科学严格的工艺和检测手段及方法，从产品试运行、调试到竣工验收等诸多方面，规定了公司相关管理环节和人员必须遵循的标准。
公司籍此将逐步切实做到不合格的材料与半成品不入仓库，不合格的半成品与成品不入车间工序，不合格的制成品不流出公司。
达到出厂产品百分之百的合格率。
第五部分 售后服务
认真做好服务工作，让客户在得到优质样板工程，在使用过程中享受周全快捷的售后服务：
1、项目工程竣工后，一年免费保修（保温管、电气控制、水泵保修一年），终身优惠维修。
我公司保证以不高于在本地区的同型号和规格的备件的一般价格，终生提供备件。
2、免费保修期限设备有任何损坏，均免收配件费及人工费，但人为因素、自然因素（如为灾、雷击等）造成故障除外，不能维修的，整件免费更换。
人为因素造成的损坏只收配件费不收人工费。
终身提供配件和保养服务（按厂价格提供配件，保养服务仅收工时费）保修期不能维修的，整件更换，只收成本费。
3、在接到客户维修通知后，立即安排维修人员，在8小时作出响应，24小时上门服务。
4、每年定期（不少于4次）到客户处了解设备使用情况并进行设备维护及清洁维护并做好每次维护的书面记录，记录档案。
第六部分经济效益分析
预设贵司宿舍楼住有员工3000人，工程完工后，将利用空压机余热为员工提供生活用热水，日热水供应量为150吨以上，可以实现不定时不量的供水标准，将给员工热水供应带来极大的福利。
此处的计算标准以供热水量150吨为计算基准。
比较对象为螺杆式空压机余热利用装置与空气源热泵，比较容为两种热水系统的初次投资及运营费用。
6．1燃油锅炉、空气源热泵与空压机热泵方案初次投资计算
1、空气源热泵
使用空气源泵热水系统加热150吨热水，需配备总功率为10HP空气源热泵15台；配备相同容量的不锈钢保暖水箱，水箱总容量150m3，外加水管、水泵、水暖配件等总投资约需700000元左右.
2、空压机余热利用
选用我公司的空压机余热利用中央热水系统，如果空压机12小时工作情况下，热水供应总量150吨，总投资为100万元.
6．2维护费用比较
1、空气源热泵管理维护费用
空气源热泵由于其取热原理相对其它热泵相当复杂，所以其发生故障概率明显高于其它热泵，并且由于厂家垄断配件市场，所以其过保修期后，维护费用相当高。
从使用寿命及维护费用来看，空气源热泵的费用是最高的。
特别贵司如果买得是杂牌机的话，那么可能会在今后的使用中会遇到更多的问题，特提醒贵司参考。
2、空压机余热利用装置辅助电加热棒
空压机余热利用装置的核心是不锈钢油气换热器，发生故障的概率几乎为零，如果换热效率下降，每年最多只需清洗一次换热器即可（500元）。
6．3空气源热泵与空压机热泵方案运营费用计算
1、不同供热方式运营费用
以贵司热水系统日产150吨热水例，运行费用如下表：
效用
供热方式
性能
供热方式
运行费用
元/m3
每天150吨热水的费用
360天的运行费用
空压机余热利用
安全耐用
不定时不限量
0
0
0
空气源热泵
维修昂贵
定时限量
13.8
2070
745200
2、空气源热泵运行费用计算：
空气源热泵运行费用为13.8元/吨（此数值为理论计算数值，在实际使用中，由于冬天空气源热泵的效率大大降低，实现运营费用会远高于此数值），日运行费用为2070元/天，每月运行费用为62100元/月，年运行费用为745200元/年
3、空压机热泵运行费用计算
螺杆式空压机余热利用中央热水系统，只有循环水泵在工作，但是加装我公司余热利用装置后，空压机的冷却风扇大部分时间处于停止运转状态，所以加装我公司的余热利用装置后，实际运行费用比原来还有所降低，故本处以运行费用0元计算。
6．4投资回收期（以日产150吨热水为例,空气源热泵与空压机余热利用）
空气源热泵初次投资约需70万元，空压机余热利用系统需100万元，空压机余热利用热水系统初次投资比空气源热泵多投入30万元
投入运行后，我公司的空压机余热利用装置，每天运行费用比空气源热泵节省2070元，相对于初次投资时多投入的30万元的投资，在大约300000/2070=145天后即可收回投资成本，其后每年可以为贵公司节省745200元，即每年比空气水源热泵少花费745200元左右（另空气源热泵易损，维护成本极高）。
6．5小结
综上所述，采用我公司的专利产品空压机热泵，可以为贵公司节约大量的运营成本。
在这个竞争日趋激烈的生意场中，成本的节约是我们立足商界的根本之道，节约的成本也是贵公司的纯利润。
所以，使用我公司的空压机热泵，将是贵公司的明智之举。
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