Odzysk energii cieplnej w systemach sprężarkowych

 Centralna instalacja sprężarek w dużym przemyśle, która zużywa 500 kW w ciągu 8,000 godzin pracy rocznie, oznacza roczne zużycie energii energii na poziomie 4 mln kWh. Możliwości odzyskiwania znacznych ilości ciepła odpadowego za pomocą gorącego powietrza lub gorącej wody są realne. Do 94% energii dostarczanej do sprężarki można odzyskiwać, np. do 90°C gorącej wody z bezolejowych sprężarek śrubowych. Fakt ten ilustruje, że oszczędności szybko zapewniają znaczny zwrot z inwestycji. Zwrot z inwestycji na odzysk energii jest zwykle tak krótki, jak 1–3 lat. Ponadto energia odzyskiwana przez zamknięty układ chłodzenia zwiększa warunki pracy sprężarki , niezawodność i żywotność dzięki wyrównaniu poziomu temperatury i wysokiej jakości wody chłodzącej, co daje wiele korzyści. Kraje skandynawskie są w tej dziedzinie prekursorami, a odzyskiwanie energii od dłuższego czasu stanowi standardową praktykę w instalacjach sprężarek. Większość średnich i dużych sprężarek od głównych dostawców jest obecnie przystosowana do wyposażenia w standardowe urządzenia do odzyskiwania ciepła odpadowego.

Prawo fizyki nakazuje, że prawie cała energia dostarczana do instalacji sprężarek jest przekształcana w ciepło. Im więcej energii można odzyskiwać i wykorzystywać w innych procesach, tym większa jest ogólna wydajność systemu.

W wielu przypadkach stopień odzysku ciepła może przekroczyć 90%, jeśli energia uzyskana przez chłodzenie instalacji sprężarki może być efektywnie wykorzystana. Decydującymi czynnikami są funkcja układu chłodzenia, odległość do punktu zużycia oraz stopień i ciągłość zapotrzebowania na ciepło. Przy dużych przepływach ciepła sprzedaż odzyskanej energii cieplnej jest możliwością, której nie należy ignorować. Dostawca energii elektrycznej może być potencjalnym klientem, a inwestycje, zamówienia cząstkowe i dostawy mogą być łatwo negocjowane. Istnieje również możliwość oszczędności poprzez koordynację odzyskiwania energii z kilku procesów.

Odzyskiwanie energii z instalacji sprężonego powietrza nie zawsze powoduje nagrzewanie się, gdy jest to wymagane i często, w niewystarczających ilościach. Ilość odzyskanej energii będzie się zmieniać w miarę upływu czasu, jeśli sprężarka będzie dociążyć się w sposób zmienny. Aby odzysk był możliwy do zrealizowania, potrzebne jest odpowiednie stosunkowo stabilne zapotrzebowanie na energię termiczną. Odzyskiwana energia ciepła odpadowego jest najlepiej wykorzystywana w celu uzupełnienia energii dostarczanej do systemu. W ten sposób dostępna energia jest zawsze wykorzystywana podczas pracy sprężarki. Opcje sprężarek z chłodnicą powietrza, które zapewniają wysoki przepływ gorącego powietrza przy stosunkowo niskiej temperaturze, to bezpośrednie ogrzewanie budynków lub wymiana ciepła na akumulator podgrzewający. Ogrzewane powietrze jest następnie rozdzielane za pomocą wentylatora.Gdy budynki nie wymagają dodatkowego ciepła, gorące powietrze jest odprowadzane do atmosfery, automatycznie poprzez sterowanie termostatem lub ręcznie poprzez sterowanie przepustnicą powietrza. Czynnikiem ograniczającym jest odległość między sprężarkami a budynkiem, który wymaga ogrzewania. Odległość ta powinna być ograniczona (najlepiej odległość między sąsiednimi budynkami). Ponadto możliwość odzyskania może być ograniczona do chłodniejszych okresów w roku. Odzyskiwanie energii w powietrzu jest bardziej powszechne w przypadku małych i średnich sprężarek. Odzyskiwanie ciepła odpadowego z układów chłodzenia powietrzem sprężarki powoduje jedynie niewielkie straty z dystrybucji i wymaga niewielkich nakładów inwestycyjnych.

Woda chłodnicza ze sprężarki chłodzonej wodą o temperaturze do 90° może stanowić uzupełnienie systemu ogrzewania gorącą wodą. Jeśli zamiast tego używana jest gorąca woda do mycia, czyszczenia lub pryszniców, nadal wymagany jest zwykły kocioł ciepłej wody użytkowej. Energia odzyskiwana z układu sprężonego powietrza stanowi dodatkowe źródło ciepła, które zmniejsza obciążenie kotła, obniża zużycie paliwa grzewczego i może potencjalnie spowodować użycie mniejszego kotła. Wymagania wstępne dotyczące odzyskiwania energii ze sprężarek sprężonego powietrza różnią się w zależności od typu sprężarki. Standardowe sprężarki bezolejowe można łatwo modyfikować w celu odzyskiwania energii. Ten typ sprężarki jest idealny do integracji z systemem podgrzewania ciepłej wody, ponieważ zapewnia temperaturę wody (90°C) wymaganą do efektywnego odzyskiwania energii. W sprężarkach smarowanych olejem olej, który bierze udział w procesie sprężania, jest czynnikiem ograniczającym możliwości wysokich temperatur wody chłodzącej. W sprężarkach odśrodkowychpoziomy temperatury są zazwyczaj niższe ze względu na niższy współczynnik ciśnienia na stopień sprężania, co ogranicza stopień odzysku. Odzyskiwanie energii odpadowej z wody najlepiej nadaje się do sprężarek o mocy silnika elektrycznego powyżej 10 kW. Odzyskiwanie energii odpadowej przy użyciu wody wymaga bardziej skomplikowanej instalacji niż odzyskiwanie energii z odpadów w powietrzu. Wyposażenie podstawowe obejmuje pompy płynu, wymienniki ciepła i zawory regulacyjne. Ciepło może być również rozprowadzane do odległych budynków przy użyciu rur o stosunkowo małych średnicach (40-80 mm) bez znacznych strat ciepła przy użyciu odzyskiwania energii z wody. Wysoka początkowa temperatura wody oznacza, że energię odpadową można wykorzystać do zwiększenia temperatury wody powrotnej z kotła na gorącą wodę. W związku z tym normalne źródło ciepła może być okresowo wyłączane i wymieniane przez układ odzyskiwania ciepła odpadowego sprężarki. Ciepło odpadowe ze sprężarek w przemyśle przetwórczym może być również wykorzystane do zwiększenia temperatury procesu. Można również użyć sprężarek śrubowych ze smarowaniem olejowym, które są chłodne powietrzem, aby zapewnić odzyskiwanie energii z odpadów przenoszonych przez wodę. Wymaga to zastosowania wymiennika ciepła w obwodzie olejowym, a układ zapewni wodę w niższych temperaturach (50° - 60°) niż w przypadku sprężarek bezolejowych.