Izkoristek odpadne toplote kompresorjev

20.05.2024

Kompresorji zraka se v industriji pogosto uporabljajo za stiskanje zraka iz okolja, pri čemer se zrak stisne iz 1 bara na najpogostejši tlak 6 barov kjer se odstrani tudi zajeta vlaga. Stiskanje poteka bodisi z batnimi bodisi z vijačnimi kompresorji, kar poveča temperaturo stisnjenega zraka do 60°C. Zaradi trenja se lahko temperatura mazalnega olja dvigne do 80°C, zato ga je treba ohladiti, da se zagotovi optimalna učinkovitost.

Izkoristek odpadne toplote iz kompresorjev zraka

Znano je, da se kar 72% do 90% električne energije, uporabljene za zračne kompresorje, sprosti kot odpadna toplota. Če te toplote ne izkoristimo, se sprosti v ozračje, kar predstavlja izgubo energije. Hkrati pa lahko kotel, ki kuri fosilna goriva, segreva vodo ali proizvaja paro, potrebno za različne procese v obratu. Na žalost se odpadna toplota iz kompresorja običajno sprosti v ozračje preko odprtega ali zaprtega hladilnega stolpa ali zračnega hladilnika, če hladilni stolp ni na voljo.

Toplotni izmenjevalniki za izkoristek toplote

Običajno so v kompresorjih vgrajeni toplotni izmenjevalniki, kot so cevni, bakreno lotani ploščni toplotni izmenjevalniki, ki so priljubljeni zaradi svoje kompaktne oblike, ali ploščni toplotni izmenjevalniki s tesnili (GPHE), ki se enostavno čistijo. Izbira je odvisna od proizvajalca kompresorja.

Prednosti izkoriščanja toplote

Izkoriščanje odpadne toplote iz zračnih kompresorjev prinaša številne prednosti. Zmanjšuje emisije ogljika, zagotavlja prihranke ter podaljšuje življenjsko dobo opreme. Poleg tega izboljšuje kakovost suhega zraka, ki ga kompresorji proizvedejo. Sušilnik za zračnim hladilnikom mora zrak dodatno ohladiti na 3°C, da odstrani vlago iz vlažnega zraka. Izraba toplote prav tako koristi pri podaljševanju življenjske dobe orodij in druge opreme, ki deluje na stisnjen zrak, saj lahko vlaga v stisnjenem zraku povzroči težave pri delovanju.

 

Kako prepoznati potencialne prihranke

Številke modelov običajno označujejo moč nameščenega motorja. Na primer, model XXX 72 YY pomeni 72 kW porabe energije. Ta kompresor lahko zagotovi med 4 in 13 barov stisnjenega zraka glede na potrebe, s pretokom stisnjenega zraka od 8,8 do 6,4 m³/min. Teža opreme je približno 1,5 tone.

Primer:

Če kompresor porabi 72 kW električne energije 24 ur na dan, so mesečni stroški delovanja 1.173 evrov (72 kW x 24 ure x 0,1 evra/kWh = 1.173 evrov). Proizvedena toplota predstavlja 80% porabljene energije in se sprosti v ozračje kot odpadna toplota, ki jo je mogoče izkoristiti.

Toplota, pridobljena iz stisnjenega zraka ali mazalnega olja, se lahko prenese na vodo, ki se lahko nato uporabi za različne namene v obratu:

• Ogrevanje pisarn ali proizvodnih prostorov
• Predgretje vode za kotel
• Topla voda za čiščenje
• Topla sanitarna voda
• Uporaba v proizvodnih procesih
• Oskrba z vročo vodo za distribucijsko omrežje

Od 72 kW električne moči motorja, ki poganja kompresor, je približno 80% izgubljene toplote, kar pomeni 57,6 kW. Večina toplote se absorbira v mazalno olje in ne v stisnjeni zrak. Razmerje je približno 90/10. V zgornjem primeru je toplota v olju približno 52 kW, medtem ko je v stisnjenem zraku le 6 kW (izkoriščanje toplote stisnjenega zraka ni smiselno).

Izkoriščanje toplote iz mazalnega olja

Olje za krog ogrevanja:
Mazalno olje: 95/90/85°C → 65/60/55°C
Ogrevna voda: 80/75/70°C ← 50/45/40°C

Olje za toplo vodo:
Mazalno olje: 95/90/85°C → 65/60/55°C
Ogrevna voda: 80/75/70°C ← 30/25/20°C ***

*** Izhodna temperatura olja mora biti nad 50°C, da se ohranijo želene fizikalne lastnosti viskoznosti in mazanja, kar dosežemo z ustrezno avtomatizacijo.

Zamenjava cevnega toplotnega izmenjevalnika

Hladilnik olja

Predpostavimo najslabše pogoje temperatur olja in vode hladilnega stolpa.
Mazalno olje: 85°C → 55°C
Voda hladilnega stolpa: 35°C ← 29°C (ali lokalni pogoji)

Hladilnik zraka

Stisnjeni zrak je običajno izražen v volumenskem pretoku kot Nm³/min. Predpostavimo, da je zrak z nekaj vlage, ki jo lahko zanemarimo.
Stisnjeni zrak: 60°C → 40°C
Voda hladilnega stolpa: 31°C ← 29°C (ali lokalni pogoji)

Navodila proizvajalca prikazujejo količino pretoka stisnjenega zraka za posamezni model kompresorja, kot minimum in maksimum pretoka. Bolj kot je stisnjen zrak ohlajen, bolje je, saj to pomaga pri sušenju zraka v sušilniku. Sušilec zraka zniža temperaturo zraka na 3°C s pomočjo hladilnega sredstva, odvaja vodo prek ciklonskega separatorja in segreje zrak s svežim zrakom, ki je na koncu na voljo uporabniku pri 25-35°C in brez vlage.

Praktični nasvet

Pri izbiri GPHE za hlajenje olja v kompresorju za izkoriščanje toplote se lahko uporabijo lastnosti olja ISO VG 46 kot splošno vodilo. Njegove lastnosti so take, da je pri 15°C gostota 0,86 kg/dm³, pri 40°C pa je viskoznost olja 40 centipoazov.

 

V kolikor tudi vi iščete rešitev s pomočjo ploščnih prenosnikov toplote, nam prosim pošljite povpraševanje in z veseljem vam bomo pomagali.