2011年5月16日 星期一

空壓機熱回收可能性討論一

上圖為水冷式空壓機的系統流程圖,以一般電子業常用的空壓機來講,大概是2段壓縮,所以進氣之後先經過第一段壓縮機,因為壓縮的關係,此時壓力升高,空氣溫度會升高,然後經過中冷器冷卻氣體溫度,接下來冷卻完的空氣進入第二段壓縮機,壓力再度升高,然後在經過第二段中冷器到吐出口.

冷卻水的部份則是分別經過油冷器,壓縮機水套及中冷器,吸收各部的熱量後匯流到出口流回到冷卻水塔,完成散熱的循環.各部的溫度來講,第二段吐出口的溫度最高,機油因為要潤滑,所以溫度也會很高,用冷卻水塔來散熱要特別注意散熱器結垢的問題,因為冷卻塔是屬於開放式結構,所以只要水處理沒搞好,空壓機的結垢比冰機更難弄,因為水經過很多個熱交換器而不是一個.

尤其對於壓縮機的水套來講,如果真的結垢很厲害,基本上是沒辦法拆開清洗,(基本上類似汽車的冷卻水循環系統),真的結垢太嚴重的話,壓縮機散熱不好很容易造成機件的磨損,油溫吐出溫都會偏高,那掛掉的機會就非常大了,所以也有很多人利用板熱來隔離冷卻水,讓空壓機的水循環成為密閉系統,這樣的話就要多出一套板熱和循環系統,然後多損失板熱的效率損失和水的揚程損失.

假設空壓機不結垢,空壓機的冷卻水溫度取決於冷卻水塔的散熱能力,冷卻塔可以提供的最低溫度則無法低於濕球溫度,在台灣頂多就是10幾度,較低的水溫可以讓空壓機的排氣溫度降低,可以減少壓縮機的耗功,排氣溫度越低,同樣的供氣量下馬達運轉電流較小.可以省一部分的電力.為了避免日後的麻煩,也有越來越多的客戶直接用冰水供應給空壓機用,好處就是完全不會結垢.

所以基本上空壓機因為冷卻不好所導致的問題也會少了很多.雖然製造冰水一樣要耗功,不過跟降低排氣溫度及保養維修可以減少很多的好處來比,是一個不錯的選擇.至於划算不划算要靠科學計算,也就是製造冰水耗的功減去排氣溫度降低省的功及保養維修省的錢,而保養維修這塊很難量化.因為機器要壞沒人說的準,不過冷卻搞好可以降低空壓機故障風險應該是很清楚的方向.

另外,提供給空壓機的冷卻水溫基本上不能太低,因為空壓機壓縮的是空氣,空氣裡面有水氣,所以有露點溫度的問題,如果流量或是溫度設定錯誤,太低的水溫會造空氣的管路裏面結露跑進壓縮機,而液體是不能壓縮的,那時就會發生大災難,壓縮機就要大修了.所以空壓機一般出水大概會控制在不至於讓空氣結露的溫度,大概就是25~35度左右.跟冰機不同的,太低的水溫雖然會讓排氣溫度降低,壓縮效率提高,但低到一定程度反而會造成危險.主要就是空氣露點溫度的問題.

外氣空調箱的MAU加熱很多都是利用熱回收主機來加熱,對熱回收主機來講,如果在某些狀況下加熱並不需要那麼多,尤其是冬天又乾又冷的時候,heating coil的需求量不用那麼大,熱回收主機的運轉在此時就會面臨一個非常不利的狀況,由於要維持高冷卻水溫做熱回收,即使外氣溫度低到可以讓主機跑到0.4kw/ton 0.3kw/ton,還是無法利用,只能把冷卻風扇關掉跑高水溫,然後跑0.7,0.8kw/ton的數據,一差就是幾十%的耗電在差,這時若是用空壓機的熱來用,其實會是非常好用的,

空壓機跑30幾度的水溫很ok,這樣的水溫又剛好是MAU heating coil要的溫度,而空壓機的負載跟天氣無關(雖然天氣冷時壓縮效率會好一點),只跟產能有關,反而比冰機的負載還固定,這樣就可以充分利用空壓機的廢熱來加熱,雖然排氣溫度會高一點,效率差一點,但比起熱回收冰機一定要跑高水溫,無法享受低冷卻水溫好處,應該是非常划得來的.

當然,划不划算還是要靠計算,靠現場數據,然後由工程師計算出解決方案,每種解決方案背後的精神應該是科學而不是概念,每個不同的產業特性也不同,所以還是要靠計算及測量,才能打造好用又經濟的運轉系統.