朱彭杰1，李荫彪1，贺福祥2，段耀强3，魏鹏彦3，武世韬3，高永3，王亚3
（1陕西延长石油兴化化工有限公司，陕西 兴平713100；
2 鄂尔多斯市翰峡新能源有限公司，内蒙古 鄂尔多斯017000；
3 陕西精益化工有限公司，陕西 神木719319）
［摘 要］现阶段低温空分系统压缩余热回收利用技术主要包括机械压缩余热回收利用技术（含润滑油余热回收利用技术、活塞环余热回收利用技术）、换热器余热回收利用技术和膨胀机余热回收利用技术等。对比分析不同的压缩余热回收利用技术在能效、运行成本、实用性及环境影响等方面的优劣势，评估其经济性，并探讨这些技术未来的发展趋势及其研究方向。综合来看，不同的压缩余热回收利用技术各有千秋，应根据具体的应用场景和需求来选择合适的技术方案；压缩余热回收利用技术在低温空分系统中的应用前景广阔，尚需进一步完善现有技术并开发新技术，提高能源利用效率，降低系统运行成本，助力企业降本增效，实现可持续发展。
［关键词］低温空分系统；压缩余热回收利用技术；机械压缩余热回收利用技术；换热器余热回收利用技术；膨胀机余热回收利用技术；经济性分析；发展趋势；研究方向
［中图分类号］TK11+5 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）04-0074-03
0 引 言
低温空分系统是工业中常用的一种空气分离装置，广泛应用于空气分离、氧气制备、液氮生产等领域。在低温空分系统中，压缩机是主要耗能设备之一，同时也会产生大量的余热[1]，为提高能源利用效率、减少能耗，压缩余热回收利用技术应运而生。现阶段，压缩余热回收利用技术主要包括机械压缩余热回收利用技术、换热器余热回收利用技术和膨胀机余热回收利用技术等[2]。机械压缩余热回收利用技术是通过改善压缩机部分工作条件，提高其效率来回收余热[3]；换热器余热回收利用技术是通过在系统中增设换热设备，将余热传递给工作流体来实现余热回收[4]；膨胀机余热回收利用技术则是通过将余热用于驱动膨胀机来回收能量[5]。对比分析不同的压缩余热回收利用技术在能效（能量回收效率）、运行成本、实用性及环境影响等方面的优劣势，评估其经济性（投资回报率和经济效益），并探讨这些技术未来的发展趋势及其研究方向，可为低温空分系统中压缩余热回收利用技术的选择与优化提供一些参考。
1 压缩余热回收利用技术研究背景及其意义
压缩余热回收利用技术在低温空分系统中的应用具有广阔潜力和重要意义。机械压缩余热回收利用技术可以有效地提高低温空分系统的能效，减少能源消耗和碳排放量；换热器余热回收利用技术能够在系统运行过程中将废热转化为有用的能量，提高系统的整体效率；膨胀机余热回收利用技术可以实现能量的再生利用，降低系统的运行成本和维护费用。实际应用中，压缩余热回收利用技术可以提高低温空分系统的效能，延长设备使用寿命，减少系统的停机维护时间，从而提升生产效率和经济效益[6]。随着环保意识的提升与政策的支持，压缩余热回收利用技术在低温空分系统中的应用前景广阔。
压缩余热回收利用技术研究，应重点关注技术的改进与创新，提高系统的能效与运行稳定性，推动其应用与推广。同时，还需加强对压缩余热回收利用技术的经济性分析，全面评估其在工程实践中的效益与优势，为其未来的发展提供更加可靠的理论依据与技术支持。通过有效利用余热，不仅可以节约能源与生产成本，还能减少温室气体排放，促进可持续发展。
2 典型压缩余热回收利用技术优劣势分析
2.1 机械压缩余热回收利用技术
润滑油余热回收利用技术是一种利用低温空分系统中润滑油的余热来提高系统能效的技术[7]。在低温空分系统中，润滑油在机械设备运转时会受热而产生余热，润滑油余热回收利用技术的主要原理是，通过设计相应的热交换器和管道系统，将润滑油余热传递给工质或空气，实现能量的转移和利用。实际应用中，可采用不同的装置和技术来实现润滑油余热的回收利用，如换热器、热管等。然而，润滑油余热回收利用技术的应用也面临着一些挑战，如设计和设备安装成本较高、技术要求较高等，需在实际应用中予以克服。总之，润滑油余热回收利用技术是低温空分系统中压缩余热回收利用（机械压缩余热回收利用）技术之一，具有较大的潜力和发展空间，随着技术的不断进步与完善，将会得到更广泛的应用与推广。
活塞环余热回收利用技术是低温空分系统中应用广泛的又一种机械压缩余热回收利用技术，通过改进活塞环的设计，可有效提高能量回收利用效率，减少能源消耗[8]。其在降低系统运行成本和提高能源利用率方面具有明显优势，是未来低温空分系统压缩余热回收利用（机械压缩余热回收利用）技术发展的重要方向之一。
2.2 换热器余热回收利用技术
换热器是一种常见的热量回收设备，通常由管束（管壳式换热器等）或板束（板式换热器）等构成，介质在管束或板束内外流动，利用热传导实现热交换[9]。换热器包括壳体、管束（换热管）、隔板等部件，壳体是换热器的外壳，内部通常设置多个管束，用于流体在管束内外进行热交换；管束（或板束）是换热器内部的主要传热部件，通常由多根管子或板束组成，流体在其中流动，通过管壁或板壁进行热交换，换热管的设计型式（如单管、双管、螺旋管等）和排列方式会影响换热器的换热效率；隔板的作用是分隔壳体内的流体，防止其混合。
通过对换热器结构和工作原理进行分析与优化，可以进一步提高系统的能源利用效率[10]。实际应用中，应根据系统需求和性能要求选择合适的换热器类型与设计参数，以达到最佳的热量回收效果。在低温空分系统中，换热器余热回收利用技术是一种常见的能量回收手段，通过对其进行充分的评估，可以确定其在系统中的实际节能效果，利于系统的优化改进。
2.3 膨胀机余热回收利用技术
膨胀机余热回收利用技术是低温空分系统中一种较为常见的余热回收方式。其工艺原理为，高温高压的气体（压缩机排气）通过膨胀机膨胀放空过程中产生的冷却效果（膨胀机排气时释放高温余热）实现能量的有效利用与节能减排[11]。具体而言，当高压气体通过膨胀机膨胀放空时，气体的温度和压力都会降低，同时释放出的冷气通过换热器进行换热，从而提高系统的能效。相较于其他余热回收利用方式，膨胀机余热回收利用技术具有诸多优势，如节能效果明显、操作简单、可靠性高、运行成本较低等；但其也存在一些缺点，如需考虑系统的整体设计和布局、对工作环境的要求较高等。
对于低温空分系统而言，膨胀机余热回收利用技术是一种十分有效的方式，可以实现节能减排，具有较高的研究和应用价值。今后的研究中，可以进一步探讨膨胀机余热回收利用技术在不同工况下的表现，优化系统设计，提高能源利用效率，促进其应用与推广。
3 压缩余热回收利用技术经济性分析
更多内容详见《中氮肥》2025年第4期