1.背景
随着工业和经济的迅速发展，人们对于能源的索取也与日俱增。伴随人类无休止的开采，世界能源危机也与日俱增，化石燃料的储量日益减少，随之，能源的合理利用，能源的高效利用以及能源的重复利用、回收利用得到了人们的广泛关注。中国是世界能源生产的大国，然而，限制国民经济发展的主要问题还是能源，面对能源生产不能高速发展又急需经济上的快速发展唯有两条路可行：一是尽可能的增加能源的生产量，二是能源的节约利用。中国是世界上能源利用率最低的国家之一，节能的潜力巨大，特别是在工业热能的转换和利用之中有很大的节能空间。
2.研究方向
工业余热的回收和利用是提高能源利用率和环境保护的有效途径，对提高国民经济的发展、能源的二次利用以及环境的保护具有重要的意义，因此，工业余热的回收利用受到了极大的关注。现设计一套空压机余热回收方案，利用余热回收系统对公司现有的6台阿特拉斯空压机进行余热回收再利用。本文采用两套系统分别对空压机产生的高温气体和机油进行余热回收，通过工艺计算和设计要求选用合适的换热器，采用PLC和PID模块进行水量的自动添加控制，最后综合此套系统的消费和收益进行可行性分析，对国内余热回收领域有很大参考价值。
3.研究内容
热回收系统包含动力装置、空压机设备、换热设备、存储设备、输送装置及管道。
动力装置采用电机提供动力，电机与空压机之间用联轴器连接，其特点是主机与电动机之间为柔性联结,联结可靠,便于对电机进行注油保养,而且单件重量较轻,现场维护方便。
空压机设备采用阿特拉斯螺杆空压机，阿特拉斯螺杆空压机拥有世界上最高的单级压缩比,最高单级压缩比可至18，所以阿特拉斯螺杆空压机的工作压力可至1.5MPa。低含油量螺杆空压机中最关键的是油气分离装置，阿特拉斯螺杆空压机所采用的是德国MANN公司的产品，技术指标可靠，油含量的大小可控制于
3ppm以下，且阿特拉斯螺杆式空气压缩机易损件少，连续运转时间长。空气压缩机的工作循环，分为进气、压缩和排气三个过程，随着转子的转动，每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环。
空压机的结构：螺杆式空压机主要包括三大部分驱动部分，机体部分和底座;空压机的工作原理：随着空压机转子的转动，每对相互啮合的齿轮相继完成进气、压缩和排气三个过程的工作循环。
由于空压机产生的气体为高温高压蒸汽，我们用管壳式换热器对空压机产生的高温气体的热量进行换热，回收一部分热量用于对工艺用水进行加热。之后制作不锈钢水箱来储存换热热之后的热水，换热器连接循环保温水，所需温度通过温控系统进行调节，由输送系统送到供给水的保温水箱进行连接使用。
管壳式换热器的优点：结构简单、牢固，操作弹性大，应用材料广。列管式换热器多种多样有固定管板式、浮头式、U形管式和填料函式等类型，本设计采用U形管式换热器，采用单壳程双管程设计有效增大了换热面积和换热效率。U形管式换热器的工作原理是热量从高温流体传热至低温流体，U型管式换热器管程每根管子都弯成U形，管子的两端分别安装在同一固定管板的两侧，并用隔板将封头隔成两室，每根管子都可以自动收缩，与其它管子和外壳无关，即使壳体与管子间温差很大时也使用。由于冷却水易结垢不易清洗，所以选择冷却水走管程，高温空气和油走管程。
此外进行了换热器的工艺设计和结构设计，在工艺计算中通过公司提供的阿特拉斯空压机的设计参数确定了热流体的进口温度和进口压力，结合压力比和所要求的工作温度确定了换热器的工艺参数，通过结构设计确定了换热器的设计参数，查《化工原理》等相关资料，对换热器进行了选型。
压缩机在运行过程中，产生的热量主要由油气混合带出机体，经过油冷却器和空气冷却器散热，由于空压机的正常排气温度为70-95℃，且正常温度下空压机才能安全有效的运行，所以我们选定空压机的排气温度为75℃进行空压机的计算和选型。
现阶段空压机中机油的冷却主要靠风冷，它是依靠风机带动风扇运转，降低机油的温度使机器能正常运行，产生的热量全部排到了大气中，风机的运行是耗电量升高，又增加了成本。于是我们将空压机冷却系统进行改进，在风机前增加一套冷却装置进行热交换，一方面我们利用了原本浪费的空压机热能进行回收，避免了空压机的温度过高和空压机房的温度过高，使空压机的排气温度保持在最适宜的温度运行;另一方面节约了能源，降低了成本，提高了能源的利用率。
控制系统采用PLC模块和PID模块控制，保证系统的正常运行的条件下节省人力资源。
最后对空压机余热回收系统进行效益及可行性分析，通过计算得出空压机节省的费用和资源，一方面空压机的余热替代了大部分整体对纯水原水进行加热，大幅减少了纯水加热的过程中蒸汽量的使用量;另一方面使用纯水原水直接冷却空压机，可以减少制冷机组的冷负荷，减少制冷站的能耗。验证了空压机余热回收系统的市场利用价值。同时空压机余热回收系统的设计对经济环保效益起到了很大的推动作用，对全球减缓气候变暖、减少有害气体的排放和能源的二次利用做出了很大的贡献。