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摘要：本文介紹并分析了影響壓縮空氣系統功耗的主要因素，針對化纖工廠壓縮空氣系統特性，對各因素提出了在設計過程應采取的措施，達到降低化纖工廠壓縮空氣系統功耗目的。

關鍵詞：壓縮空氣系統;功耗影響因素;節能設計

壓縮空氣是化纖企業生產中的重要的動力源，壓縮空氣系統的功耗占化纖企業總功耗的比例相當大。以浙江某年產40萬噸差別化纖維項目為例，正常滿負荷運行時，全廠每小時耗電量約37MWh，其中壓縮空氣系統耗電量約14MWh，占全廠耗電量的37.8%。因此，在壓縮空氣系統設計時，提高空氣壓縮系統的能源利用水平，對于化纖企業的節能降耗、降低碳排放、提高產品的競爭力具有非常重要的意義。

1化纖工廠壓縮空氣系統簡介

壓縮空氣系統通常由空氣進氣過濾器、空氣壓縮機、冷卻器、干燥機、儲氣罐和氣體輸送管道及部件組成。空氣壓縮機是壓縮空氣系統的核心設備，空氣經壓縮機壓縮后成為高壓的壓縮空氣，經干燥機和過濾器處理，達到終端用戶的使用標準后，進入氣體儲氣罐緩沖備用。隨著化纖工程規模的擴大，壓縮空氣需求量不斷增大，目前壓縮空氣系統中空壓機多采用離心式或螺桿式空壓機。

2壓縮空氣系統功耗的主要影響因素

壓縮空氣系統功耗主要由以下幾個部分組成，1）空壓機的功耗；2）后處理設備的功耗；3)輸送用管道損耗。其中，空壓機的功耗占整個壓縮空氣系統功耗的90%以上。因此降低空氣壓縮機的功耗，又是壓縮空氣系統節能設計過程中的重中之重。

2.1空氣壓縮機功耗影響因素

1）空氣壓縮的的理論多變功率計算公式。2）部分載荷時壓縮機效率下降帶來的功耗增加根據美國能源部2003年的一份“全球各地區空壓機負荷的百分比”調查報告，全球各地區空壓機負荷的百分比平均值79%，其中，美國83%，英國79%，新加坡90%，中國僅66%[2]，遠低于發達國家的平均水平，說明我國壓縮空氣系統存在著系統調節方式和機組與負荷匹配不合理的問題。圖2是壓縮機在不同的負荷率時壓縮空氣功率占滿負荷壓縮機功率的百分比[3]（此曲線壓縮機為進氣導葉調節的負荷控制方式）。由圖2可知，當壓縮機處于部分載荷時，其壓縮機效率要低于其額定載荷的效率。而且隨著載荷的偏離增大，壓縮機的功率效率越低,單位壓縮空氣耗功量就越大。

2.2壓縮空氣后處理設備的功耗壓縮空氣后處理設備消耗的能量常常占壓縮系統功耗量的3～10%。目前常常采用的后處理方式有：冷凍式干燥法和吸附式干燥法。1）冷凍式干燥法通常只能將壓縮空氣干燥至壓力露點3～8℃。冷凍式干燥法主要功耗在于制取將壓縮空氣冷卻并把壓縮空氣中的水凝結所需冷量。2）吸附法干燥通常能得到壓力露點-20～-70的干燥壓縮空氣。常見的吸附法有無熱再生、微熱再生、余熱再生干燥法（含零自耗余熱再生干燥）。吸附式干燥主要的功耗包括：（1）無熱再生干燥系統需10%~30%的再生耗氣量；（2）微熱再生干燥系統所需的加熱器耗電量及再生所需的5%~10%的自耗氣量；（3）余熱再生干燥法功耗在再生所需的約3%的自耗氣量或零自耗余熱再生系統的引風機耗電量。干燥系統的功耗主要受最終用戶所需的壓力露點溫度影響，所需壓縮空氣壓力露點越低，功耗越大。

3壓縮空氣系統節能設計

在設計過程中充分考慮影響壓縮空氣系統的能耗因素，更有利于降低生產過程中的能耗，減少不必要的能源浪費。

3.1進氣壓力及進氣溫度為了減少空壓機進氣時的不必要的能耗增加，設計時應考慮減少環境引起的進氣溫度增加，減小進氣管道系統的壓力損失。

3.1.1降低進氣系統的壓力損失：設計過程中降低進氣系統損失的主要方法有;1）進氣管道應盡量短，且設計過程中盡量避免彎頭連接。如不能避免，應選用局部阻力更低的45度彎頭；2）進氣管道管徑應選擇合理的經濟管徑。3）進氣過濾設備應設置壓差報警。避免由于進氣過濾器阻力過大造成壓縮機功耗增加。

3.1.2空壓機進氣溫度：1）由于壓縮機廠房一般設置環境空調，因此壓縮機的進氣宜為室外進氣，避免吸入室內較高溫度的空氣造成壓縮機功耗增加，甚至壓縮空氣流量不夠；2）廠房布置是應注意朝向，避免進氣側為西曬造成進氣溫度增高；

3.2排氣壓力

在滿足生產需求的條件下，降低壓縮機的排氣壓力對于壓縮空氣系統能耗來說有顯著的降低。因此設計過程中應從以下幾個方面考慮降壓縮機的排氣壓力。1）供氣壓力等級化纖工廠中，不同的工藝對壓縮空氣的壓力需求不一致，但差距又不大。以往設計中，往往以滿足最大壓力需求的工藝，設置一個壓縮空氣系統或兩個壓縮空氣系統，局部減壓使用。這樣造成空壓系統的能耗有很多浪費。因此根據壓縮空氣系統的流量，將壓縮空氣系統劃分的足夠細致，分為多個等級壓縮空氣，分級供給，這樣能很大程度上避免由于壓縮空氣減壓帶來的不必要的浪費。2）空壓站方布置全廠集中供氣的壓縮空氣站應布置在用氣負荷中心，而不是廠區的位置中心。減少工廠主要壓縮空氣輸送過程中沿程損失。以聚酯加熔體直紡化纖企業為例，壓縮空氣的主要用戶為紡絲裝置，因此空壓站在總體布置時因選擇靠近紡絲裝置，并且供電供水合理的位置。3）輸送用管道管徑選擇合理的輸送管徑，降低輸送管道阻力，也可以降低壓縮機的排氣壓力，達到節能的效果。在設計時，不能盲目的遵從GB50029-2014《壓縮空氣站設計規范》“最遠點最不利條件下，壓力損失小于10%”的規定，應充分的考慮輸送壓損降低帶來的運行費用減少和輸送用管道增大帶來的初投資費用增加的合理，做好經濟性分析。

3.3空壓機的設備選型及變載荷控制方法

選擇與壓縮空氣負荷相匹配的壓縮機，優化設計壓縮空氣系統的負荷控制方式，對于空氣壓縮系統的節能設計是至關重要的。結合化纖工程壓縮空氣負荷特點，選型設計時需注意以下幾個問題：1）對于用氣量大且用氣負荷比較穩定的網絡用壓縮空氣，可采用多臺離心式空壓機并聯的設備配臺。而由于設計過程中，設備廠商、工藝專業為保證使用氣量充足，提交設計資料過程中往往會給予一定的安全系數，使得工藝條件參數往往與實際運行狀況不匹配。因此在無相關準確用量的參考情況下，可以考慮增設一臺小排氣量離心機，作為系統的調峰使用，使得盡可能多的設備處于最佳運行點。2）對于用氣負荷波動范圍很大，但負荷波動頻次不高的吸槍用壓縮空氣，可采用多臺螺桿機并聯，或離心機和螺桿機并聯的設備配臺。在最大高峰量時，使用離心機，當正常運行波動時，使用螺桿機，以達到設備運行在較高效率的負荷點。3）對于波動范圍不大，但是波動頻次高的工廠風和儀表用氣，可采用大加小空壓機或變頻螺桿機的設備配臺，并使用流量與壓力共同控制的原理，使得空壓機都在高的運行效率點工作，達到節能的效果。3.4壓縮空氣干燥設備方案設計干燥機的運行經濟性比較可參見文獻“化纖廠離心空壓機壓縮熱利用分析”[5]：設計時，1）若壓縮機末級排氣溫度低于余熱干燥設備再生溫度，且用戶對壓力露點只要求在3℃左右時，應配置冷凍式干燥設備。當用戶要求壓力露點在-20℃，應選用壓縮熱吸附式干燥設備。2）當壓縮空氣末級排氣溫度高于余熱干燥設備再生溫度，優先考慮余熱再生干燥機。

4結語

本文分析了壓縮空氣系統的功耗增加的影響因素，主要有壓縮機的部分載荷時運行效率、壓縮機進氣溫度、進氣壓力、級間進氣溫度、排氣壓力、干燥設備的選型等。分析了對于各影響因素設計時應如何考慮降低其對系統能耗的影響，提出了設計時的應對方案。

參考文獻:

[1]李化治.制氧技術[M].北京.冶金工業出版社.2010.

[2]蘇勇.陜汽壓縮空氣系統節能技術研究.碩士學位論文.2014.

作者：周玉明 單位：中國昆侖工程有限公司