AERZEN 的热量回收概念

可持续发展和效率对污水处理行业而言不可或缺。 如今,这两个概念无疑已成为系统制造商和运营方所面临的最重要挑战之一。 然而,工艺空气的产生需要消耗相对较高的能量,这是由工艺的性质决定的。 这个过程会释放出大量热能,即工艺热。 它不仅会出现在产生的气流中,而且由于电机、消音器和压缩机的热损失,也会出现在隔音罩下方。 过去,这些热量通常得不到利用。

作为高性能压缩机制造商,AERZEN 长期以来一直致力于开发创新解决方案,将回收的热量用于实际用途。 因此,企业可从单一来源为工厂运营方提供最先进的压缩空气技术,以及合适的热量回收系统。

安装热量回收系统可以节省大笔费用: 多达 85% 的回收热量可轻松用于其他操作,例如水加热、干燥过程或预热燃烧器空气。 各种能源损失(例如将加热后的空气排出室外所造成的损失)也因此得以避免。 所以,热量回收意味着有针对性地节约能源。

热量回收系统的投资成本相对较低,而且很快就能从节约的能源中收回成本。 老旧工厂无需花费大量的时间和金钱也可以进行改造和优化。 AERZEN 乐意协助您实施个性化解决方案。 热量回收可用于多种工艺和用途:

  • 提供中央供暖系统
  • 暖风加热
  • 污泥干燥
  • 用于加工任务的暖风(例如生产中的干燥过程)
  • 为浴室和盥洗室供应热水
  • 食堂供暖用水
  • 构建热制动器
  • 加热游泳池。

每一位工厂设计师的目标都是通过最有效地利用进入工艺过程的能源来降低成本。 在压缩空气生产领域,热量回收是应对这一挑战的简单方法。 要了解为什么工作中的压缩机会产生热能以及如何使用这些热能,最好先了解一下空气压缩机的工作原理:


压缩机的工作原理: 回收热量的热源和选项

压缩空气时产生的大量废热并不能证明设备的效率。 它是产生工艺空气时必然产生的副产品。 长期以来,污水处理厂运营方一直没有意识到其中蕴含的巨大能源潜力。 通常,产生热量的方式有两种: 一种是组件对介质的压缩,另一种是电机、机头和消音器的废热(冷却空气)以及油冷却器的废气。

压缩

螺杆压缩机和正排量鼓风机等设备通过螺杆或转子对吸入的环境空气进行压缩。 这种形式的空气压缩是一种热力学过程,会加热吸入的介质,例如空气或气体。 从物理的角度而言,这个过程是将电能转化为热能。 使用压缩机时,工艺气体的温度可能高达 280°C。

从工艺空气中回收热量的合理方法是使用热交换器;当热交换器集成到气流中时,水等介质可以流经热交换器并被加热到预设温度,同时带走气流中的热量。 加热后的水可作为工艺用水或服务用水再次使用,或输入中央供暖系统。 AERZEN 为此提供了精确设计的热交换器,能够以最小的压力损失转换最大的可传递热量。

冷却空气(热辐射)

电机、油冷却器、压缩机机头、罗茨风机机头机头、管道和消音器的辐射会在组件的隔音罩下产生额外的热能。 这种经过剧烈加热的冷却空气还可用于实际用途。 热量可以通过集成在组件中的排气管道集中起来,并作为加热空气输送到相邻的机房或车间。 温控出口可以调节气流,从而达到均匀的环境温度。 如果不需要供暖(例如夏季),可以将多余的热量传导到室外。


污水处理中的热量回收

污水处理是 Aerzener Maschinenfabrik 服务的核心行业。 作为这一领域的全球参与者,这家家族企业持续为世界各地的客户开发资源节约型和环境友好型一体化解决方案。 其中不仅包括选择“量身定制”的最佳设备技术,还包括热量回收概念。 在污水处理厂,这些设备通常用于给曝气池曝气。 在此过程中,AERZEN 的正排量鼓风机、空气悬浮离心风机和压缩机可联合或单独工作,产生压力约为 1 bar 的气流。 气流被泵入曝气池(污水处理厂的“生物净化装置”)。 在这个过程中,空气中所含的氧气在一个重要步骤中起着决定性作用: 生物污水处理。

在污水处理厂的总能源成本中,气流的产生自然占据了最大的比例。 因此,这个方面的节能潜力特别巨大。 无限的可能性: 仅一台额定功率为 22 kW 的压缩机就能满足一个家庭的供暖需求。

Aerzener Maschinenfabrik 的许多成功案例表明,通过实施热量回收解决方案并为每种应用选择最佳设备技术,污水处理厂的能源平衡可以得到显著改善。 这里为您提供了几个例子:

与 AERZEN 合作实施高效热量回收的另一个例子是 Essen-Kupferdreh 污水处理厂。 该厂使用四台正排量鼓风机向曝气池供气。 由于安装了管束热交换器,该厂现在可以切实有效地利用鼓风机产生的废热。 现在,该组件转换的能量可为供暖系统和温水缓冲罐提供热能。 由此节省的费用是巨大的: 仅热量回收一项每年就能为 Essen-Kupferdreh 污水处理厂节省 30,000 多欧元

由于使用了热交换器,巴伐利亚州的 Wertach 污水处理厂免于安装一台新的燃烧器来加热锅炉水。 在 Wertach,使用两台 Delta Blower 定速鼓风机承担基本工作负载。 当需求增加时,例如在徒步旅行者和滑雪者大量到访的季节,工厂就会启动第三台变速鼓风机。

压缩过程中产生的 68°C 暖空气通过板式气-水热交换器被冷却到 30°C 以下。 由此产生的近 40°C 的温差可用来储存供暖系统的锅炉水。 集成在系统中的热交换器采用流量优化设计,在工艺气流中几乎不会造成压力损失

在不需要暖气的季节(例如夏季),可以轻松关闭热交换器。 管道中的机械阀门可以将部分或全部空气直接输送到曝气池而无需通过热交换器,这样就可以随时根据需求进行控制和热量回收。 通过热量回收,Wertach 污水处理厂每年可节省燃油约 1,850 升。 更多相关信息,请参阅我们的客户杂志中刊登的《利用损失的热量高效供暖》一文。

Filderstadt-Bonlanden 污水处理厂建于二十世纪 60 年代,位于德国巴登-符腾堡州。为了满足该厂严格的环保要求,在为其实施的现代化改造项目中,AERZEN 为四台 Delta Hybrid 螺杆风机配备了热量回收系统。

组合在一起,这些组件能以高效节能的方式为曝气池的曝气提供 100% 无油、无吸音材料的压缩空气。 无油和无吸音材料运行不仅有助于节省服务和维护费用,还能提高工厂的工艺可靠性。 现代化改造措施完成后,系统开始通过抽风系统循环设备加热的环境空气,并将其用于加热其他工程空间。

不过,最大的节约是通过在系统主管道中安装管束热交换器实现的。 热交换器中从工艺气流中提取热量并用于加热水。 结果,用于加热水的成本得以完全抵消。 如需详细了解 Filderstadt-Bonlanden 污水处理厂的热量回收应用,请参阅我们的客户杂志中刊登的《优化利用每一千瓦热量》一文。

气力输送中的热量回收

气力输送包括借助空气输送面粉、粉末、沙子或水泥等散装货物。 它可用于食品加工、散装货物、化学品和材料等许多行业。 为了产生所需的气流,业者常常会使用 AERZEN 压缩机、鼓风机和螺杆风机。 在此过程中,出口空气可以达到很高的温度。

吸入的环境空气温度通常约为 20°C,而在压缩过程中,例如在涉及螺杆压缩机的应用中,空气温度可高达 280°C。 为防止运输的散装货物因高温而受损,通常需要对工艺空气进行重新冷却。 热量可借助热交换器从压缩空气中分离出来,用于供暖、水加热或工艺加热。 根据不同的设计,安装热交换器造成的压力损失为后冷却器绝对进气压力的 1%-3%。 与热交换器节省的能量相比,电机驱动输出的增加可以用微不足道来形容。


何时回收热量才有效益?

在决定采购热量回收解决方案之前,有几个因素需要考虑。

首先需要检查结构条件。 重点是,废热源和热交换器的位置要靠得很近。 如果相隔太远,计划中就应考虑运输过程中的能源损耗和更高的管道成本。 如果需要花费大量努力来运输或储存热量,就必须考虑更高的投资成本。 另外,工厂废热源和散热器之间的 Δ T 必须至少为 5-10 k,这样热量回收装置才能发挥效用。

总体而言,热量回收对于大型设备和持续运行的生产过程特别有好处。 但是,在废热较低但工作量较大的情况下,热量回收系统也能发挥效用。 原则上,设备的连续运行时间越长,热量回收的获利就越高。


总结

产生压缩空气所需的大量能源可以通过各种方式得到回收和利用。 利用 AERZEN 的技术和专业知识,污水处理厂可以在废水处理和气力输送领域设计新项目,将热能用于加热空间、厂房或水(工艺用水或维修用水),或用于生产过程中的各个步骤。 可以有多种不同的应用领域。

此外,还可以通过简单的方法对现有处理厂进行现代化改造来提高效率。 在这一领域,AERZEN 为客户提供广泛的服务组合,例如 24 小时电话咨询服务设备诊断AERaudit,服务人员可通过该服务为处理厂制定现代化改造计划。

AERZEN 室内通风计算器的帮助下,工程师和污水处理厂业主可以自行寻找适合其工厂设计的热交换器。

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