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摘要：空壓機(jī)的運(yùn)行消耗大量電能，原因包括空載能耗、壓差能耗、運(yùn)行管理不規(guī)范、空壓站設(shè)計(jì)不合理、維護(hù)不到位及管線泄露等。綜合采用多種先進(jìn)技術(shù)，實(shí)施能源合同模式，是未來(lái)空壓機(jī)節(jié)能改造的主流方向。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī)節(jié)能變頻調(diào)速余熱回收多機(jī)組群控

0引言

壓縮空氣是僅次于電力的第二大動(dòng)力源，空壓機(jī)作為氣源裝置的主體，是工業(yè)領(lǐng)域的核心設(shè)備?？諌簷C(jī)電耗巨大，占到整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)能耗的90%以上[1]。能耗原因包括空載率高、壓差能耗大、運(yùn)行管理不規(guī)范、管線設(shè)計(jì)不科學(xué)、氣動(dòng)元器件的氣蝕等[2]。壓縮機(jī)有12%-50%的節(jié)能空間，2017年全國(guó)空壓機(jī)系統(tǒng)能耗約四千億千瓦時(shí)，按節(jié)能15%計(jì)算，節(jié)能量為600億千瓦時(shí)。在“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案中，工業(yè)節(jié)能設(shè)備被排在首位，未來(lái)高能耗空壓機(jī)的節(jié)能步伐將加快?？蛰d能耗是最常見(jiàn)的原因。由于生產(chǎn)中實(shí)際用氣量的波動(dòng)，空壓機(jī)經(jīng)常處于空載狀態(tài)，此時(shí)運(yùn)行功率為滿(mǎn)載的20%-40%，即卸載的電耗占到總能耗的9%-18%，浪費(fèi)極其嚴(yán)重[3-4]。雖然可以采取優(yōu)化管道、合理選擇傳動(dòng)帶、加強(qiáng)設(shè)備日常維護(hù)等常規(guī)措施[5]，但節(jié)能效果并不明顯。歸納起來(lái)，當(dāng)前空壓機(jī)節(jié)能的創(chuàng)新技術(shù)有變頻調(diào)速、余熱回收、聯(lián)控器控制、新材料管路優(yōu)化等，節(jié)能率分別為:變頻調(diào)速10%-35%，熱回收20%-40%，群控技術(shù)5%-15%，新材料管路5%-15%[6]。

1變頻調(diào)速技術(shù)

變頻恒壓供氣指根據(jù)管網(wǎng)瞬時(shí)用氣量的變化來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速和運(yùn)轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)，使管網(wǎng)保持恒定壓力。其原理是通過(guò)變頻器來(lái)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，使輸出功率與流量需求成正比，減少電動(dòng)機(jī)的加、卸載次數(shù)，降低功耗?？諌簷C(jī)的改造集中在此領(lǐng)域。對(duì)螺桿式空壓機(jī)進(jìn)行變頻改造，實(shí)現(xiàn)帶載軟啟動(dòng)，能耗下降8.95%，節(jié)約潤(rùn)滑油20%[7]。茍新超采用變頻一級(jí)能效兩級(jí)替換工頻三級(jí)能效單級(jí)壓縮螺桿壓縮機(jī)，節(jié)電率達(dá)40.85%[8]。李木進(jìn)結(jié)合PLC和變頻技術(shù)，節(jié)能顯著，且性能穩(wěn)定、編程簡(jiǎn)單、易于推廣[9]。梁南丁將變頻調(diào)速與變極電動(dòng)機(jī)、串極調(diào)速等方案相比較，認(rèn)為前者有無(wú)極調(diào)速、自動(dòng)控制、方便改造等優(yōu)勢(shì)[10]。甘方成設(shè)計(jì)了以變頻器為核心的恒壓供氣系統(tǒng),把原有的控制系統(tǒng)作為旁路，節(jié)電效果明顯[11]。王冠宇從流體力學(xué)的角度分析變頻機(jī)理，認(rèn)為其通過(guò)維護(hù)供氣系統(tǒng)的平衡來(lái)降低能耗，合理有效[12]。王艷等選用ABBAC變頻器，有良好的節(jié)電效果，還降低了維護(hù)費(fèi)用[13]。徐忠君用S350變頻恒壓控制系統(tǒng)實(shí)施改造，年節(jié)能51萬(wàn)千瓦時(shí)[14]。邵燕清加裝壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，設(shè)置了工頻/變頻轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，節(jié)電30%[15]。謝水英等提出注意事項(xiàng):1.選用高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的無(wú)速度傳感器矢量變頻器;2.工作下限頻應(yīng)≥20Hz;3.選用比空壓機(jī)功率大一等級(jí)的變頻器[16]。洪天星指出使用變頻器后會(huì)產(chǎn)生諧波，并提出解決方法[17]。綜合文獻(xiàn)來(lái)看，利用變頻調(diào)速技術(shù)是降低空壓機(jī)組能耗的最佳手段之一，有顯著的節(jié)電效果、優(yōu)良的調(diào)速性能，安裝簡(jiǎn)便[18]。變頻改造還使自動(dòng)化程度提升，延長(zhǎng)了設(shè)備壽命。

2余熱回收技術(shù)

壓縮機(jī)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生熱能，為保證其正常工作，熱量必須及時(shí)導(dǎo)走。據(jù)美國(guó)能源署統(tǒng)計(jì)，真正用于空氣壓縮所消耗的電能在總耗電量中僅占15%，85%則轉(zhuǎn)化為熱能被排放。國(guó)內(nèi)也認(rèn)為空壓機(jī)輸入電能的有用功只占總能量的20%，無(wú)用功達(dá)80%[19]。實(shí)施余熱回收已是比較成熟和普遍的作法，把多余的熱量通過(guò)回收裝置轉(zhuǎn)移到儲(chǔ)熱設(shè)備上，以此降低燃料成本。如何最大限度地回收熱量并確保壓縮機(jī)正常運(yùn)行是技術(shù)關(guān)鍵[20]。姚晶宏采用全自動(dòng)余熱利用系統(tǒng)把多余的熱量轉(zhuǎn)換到水箱，降低了空壓機(jī)溫度;回收的熱水可用于金屬涂裝清潔處理、無(wú)塵室恒溫恒濕車(chē)間[21]。白玉仙等在冷卻系統(tǒng)中安裝熱交換器，高溫的潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)交換器時(shí)將水加熱，供生產(chǎn)生活使用[22]。張智斌通過(guò)加裝熱回收系統(tǒng)，節(jié)約燃煤191.844噸/年[23]。李強(qiáng)改造油氣冷卻系統(tǒng)，回收熱量85%，大幅減少燃煤和鍋爐運(yùn)行費(fèi)用[24]。姚嵐采用同程截流式反串換熱技術(shù)，產(chǎn)生40-50oC的熱水，節(jié)省大量天然氣[25]。余熱回收技術(shù)降低了空壓機(jī)的溫度，提高運(yùn)行效率;提供無(wú)成本熱水，降低燃料成本;減少CO2的排放，且回報(bào)周期短，是一種立竿見(jiàn)影的節(jié)能方式。

3多機(jī)組群控技術(shù)

空壓機(jī)群控技術(shù)引領(lǐng)了節(jié)能的新趨勢(shì)，大大提高了空壓機(jī)運(yùn)行的匹配性。其原理在于:根據(jù)壓力需求變化，集中控制空壓機(jī)的啟停及加、卸載，保證一直有合適數(shù)量和容量的空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。用氣量增加時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟其它空壓機(jī)，用氣量減少時(shí)則關(guān)停多余空壓機(jī)[26]。衛(wèi)文明通過(guò)安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，精細(xì)化管理管道供氣、節(jié)能輔控系統(tǒng)和電力計(jì)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)群聯(lián)控，節(jié)電率達(dá)14.20%[27]。廖日忠優(yōu)化空壓機(jī)組的調(diào)節(jié)方式及流量、壓力控制系統(tǒng)，有效節(jié)電[28]。胡櫻子等采用壓力梯度調(diào)節(jié)和集控系統(tǒng)，確保空壓機(jī)組節(jié)能運(yùn)行及更穩(wěn)定的壓力輸出[29]。

4其它節(jié)能技術(shù)

4.1改造空壓機(jī)關(guān)鍵部件改造冷凍與吸附干燥器，利用壓縮機(jī)出口的熱風(fēng)取代電加熱器，工藝簡(jiǎn)單，投入少，經(jīng)濟(jì)效益可觀[30]。對(duì)止回閥、放氣閥改造，減少空載運(yùn)行，節(jié)電降噪[31-32]。結(jié)合軟件分析不同缸徑和行程的氣缸的耗氣量，選用最適合的單作用或雙作用氣缸[33]。

4.2優(yōu)化管線材料管路優(yōu)化經(jīng)常被企業(yè)忽略，目前使用的管路材料有碳鋼、不銹鋼和各類(lèi)新材料。碳鋼管路投資成本較低，但后期會(huì)出現(xiàn)銹蝕和泄漏的現(xiàn)象，導(dǎo)致壓縮空氣阻力增大，還影響氣體品質(zhì);不銹鋼管路前期成本較高，但不會(huì)出現(xiàn)銹蝕的現(xiàn)象，保證了生產(chǎn)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性[6]。陳小靈也提到，不管采用何種方式改造，都要考慮管線的優(yōu)化[34]。孫蘭英認(rèn)為管道如果必須拐彎，拐彎半徑應(yīng)≥3D[35]。

4.3能源合同模式能源合同模式改造是一種新型市場(chǎng)化節(jié)能機(jī)制，正被越來(lái)越多的企業(yè)接受。其實(shí)質(zhì)是以減少的能源費(fèi)用來(lái)支付節(jié)能成本。用戶(hù)與節(jié)能服務(wù)公司(EMC)簽訂能源合同,EMC公司帶資為用戶(hù)實(shí)施節(jié)能改造，提高能源利用率，降低運(yùn)營(yíng)成本，而用戶(hù)無(wú)需資金投入，還實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的以新替老，同時(shí)獲得了穩(wěn)定的節(jié)能收益[25][36]。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，以變頻調(diào)速、余熱回收及多機(jī)組群控為代表的新型節(jié)能技術(shù)顯示了多重功效如壓力控制精度高，保證了空氣品質(zhì);降低設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，延長(zhǎng)使用壽命;運(yùn)行參數(shù)、故障診斷等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)報(bào)送;實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，提高工作效率，降噪減排等。根據(jù)客戶(hù)的實(shí)際情況，個(gè)體化制定方案，綜合采用先進(jìn)技術(shù)，實(shí)施能源合同模式，這是未來(lái)空壓機(jī)節(jié)能改造的主流方向。

作者：相宇1茍義昌2單位：1.成都市科技情報(bào)研究所,2.四川巨倫科技開(kāi)發(fā)有限公司