壓縮空氣在工業(yè)領(lǐng)域用途廣泛，是優(yōu)秀的動(dòng)力源，在機(jī)械、化工、水泥、裝備、鋼鐵等行業(yè)能耗占比較高。

 

空壓機(jī)系統(tǒng)電能消耗占工業(yè)能耗的8～10%左右，2018年全國空壓機(jī)耗電量約為4200億kW·h，其中有效能耗只占66%，其余34%的能量（約1420.4億kW·h）被白白浪費(fèi)，通常認(rèn)為空壓機(jī)能耗成本占工廠的20%左右，空壓系統(tǒng)節(jié)能亟待全面開展。

 

壓縮空氣系統(tǒng)組成

壓縮空氣系統(tǒng)的有哪些部件組成呢？小編帶大家來解剖分析一下吧～首先說一下它的組成成分：氣源、輸送管網(wǎng)和用氣末端設(shè)備三大部分組成了壓縮空氣系統(tǒng)的主軀干。

 

其中，氣源一般為空壓站，內(nèi)含空壓機(jī)、干燥機(jī)、儲(chǔ)氣罐和凈化過濾裝置（除油、除塵等）。壓縮空氣系統(tǒng)示意圖如下。

 

壓縮空氣（空壓機(jī)）系統(tǒng)節(jié)能教科書式講解

（空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)示意圖）

 

壓縮空氣系統(tǒng)工作原理

知道壓縮空氣系統(tǒng)的組成部分之后，我們來了解一下它們各自的功能。

 

空壓機(jī)

 

目前工礦企業(yè)常用的空壓機(jī)多為雙螺桿式，空壓機(jī)主要有以下系統(tǒng)組成：空氣流程系統(tǒng)、潤滑油流程系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及電氣線路，如圖所示：

 

壓縮空氣（空壓機(jī)）系統(tǒng)節(jié)能教科書式講解

（空壓機(jī)工作原理示意圖）

 

干燥凈化裝置（后處理設(shè)備）

 

干燥凈化裝置的作用是對空壓機(jī)排出的壓縮空氣進(jìn)行凈化：干燥（除水）、過濾（除油、除塵等）。通常設(shè)備有干燥機(jī)（冷凍式干燥機(jī)、吸附式干燥機(jī)等）、過濾器等。

 

壓縮空氣（空壓機(jī)）系統(tǒng)節(jié)能教科書式講解

輸送管網(wǎng)

 

輸送管網(wǎng)的作用是將氣源（空壓站）產(chǎn)生壓縮空氣利用自身的壓力送至用氣終端，輸送管網(wǎng)含管道、閥門、儀表和過濾裝置，管道一般采用金屬管道。

 

用氣末端系統(tǒng)

 

包含用氣支管閥門、分氣筒、儀表和末端過濾器等，管道壓縮空氣經(jīng)末端進(jìn)入用氣設(shè)備或系統(tǒng)。

壓縮空氣系統(tǒng)低效運(yùn)行原因

大量數(shù)據(jù)表明，壓縮空氣系統(tǒng)主要費(fèi)用都耗費(fèi)在運(yùn)行環(huán)節(jié)上，在其生命周期中，運(yùn)行費(fèi)用(電費(fèi))占比高達(dá)78～92%。因此，如何通過精細(xì)化管理，對能耗深入挖潛，提高能源使用效率，是每個(gè)企業(yè)都要面臨的一個(gè)課題。對此，根據(jù)項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)大部分壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行能耗高的主要原因如下：

 

設(shè)備效率低

 

很多年前配置的空壓機(jī)大多屬于低能效設(shè)備，與終端等設(shè)備匹配不合理，僅僅為了滿足生產(chǎn)的基本需求；空壓機(jī)調(diào)節(jié)方式落后、無集中控制，用氣量隨機(jī)變化時(shí)，空壓機(jī)因卸載而浪費(fèi)嚴(yán)重；末端設(shè)備用氣不合理、效率低，設(shè)備用氣存在浪費(fèi)。

 

供氣壓力不合理

 

沒有對供氣壓力進(jìn)行分級(jí)規(guī)劃，而是簡單采用高壓供氣外加機(jī)械自力式減壓閥來滿足不同的壓力需求，大量的能源浪費(fèi)在閥門上。此外，當(dāng)需求側(cè)用氣量變化引起管網(wǎng)壓力的隨機(jī)波動(dòng)，為了避免機(jī)組的頻繁啟停，需要設(shè)定一個(gè)很寬的壓力變化范圍，造成空壓機(jī)出口壓力的大幅波動(dòng)，增加了空壓系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。

能源浪費(fèi)的原因

?空載能耗高

 

目前多數(shù)企業(yè)壓縮機(jī)為單臺(tái)N立方，壓縮機(jī)開停只有N或N的倍數(shù)，空壓機(jī)設(shè)備開停依賴人工管理。

 

尤其在用氣負(fù)載頻繁變化時(shí)，系統(tǒng)不能快速反應(yīng)，也不能實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排量的微調(diào)，這形成了空壓站各空壓機(jī)的空載?？諌簷C(jī)空載時(shí)的能耗高達(dá)其滿載運(yùn)行時(shí)的40%～70%。

?爬升能耗高

 

螺桿壓縮機(jī)有兩種運(yùn)行模式：加、卸載運(yùn)行模式或空載、滿載運(yùn)行模式。

 

加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在最低工作壓力值（即能夠保證用戶正常工作的最低壓力-加載壓力）和最高工作壓力（卸載壓力）之間運(yùn)行。壓差一般在1bar以上。通過理論計(jì)算和實(shí)際檢測，得知空壓機(jī)壓力每增加1公斤，能耗增加4-8%。

 

?傳統(tǒng)管理方式

 

在空壓站的使用管理過程中，存在兩種不可避免的矛盾：

 

一種是企業(yè)對空壓機(jī)管理人員有明確的考核，那么會(huì)出現(xiàn)氣壓經(jīng)常不夠或能少開就少開的習(xí)慣，不利于生產(chǎn)線的正常運(yùn)行，或出現(xiàn)壓力達(dá)不到設(shè)備使用要求導(dǎo)致用氣終端故障增加。

 

一種是對空壓機(jī)管理人員沒有明確的考核，這就會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)多開、空壓站空載能耗高的結(jié)果。無論哪種管理模式，其結(jié)果都會(huì)是空壓站電能浪費(fèi)增大，而且不利于安全生產(chǎn)。

 

壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能手段

空壓機(jī)節(jié)能

 

空壓機(jī)是壓縮空氣系統(tǒng)中能耗最高的設(shè)備，占總系統(tǒng)能耗的90%以上，因此空壓機(jī)的節(jié)能至關(guān)重要，以下為常用的空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)。

高效機(jī)組替代

一般情況下，在壓縮空氣的節(jié)能改造過程中，出于成本的考慮，不會(huì)采用空壓機(jī)替代的方案，但在特點(diǎn)的場合，如空壓機(jī)運(yùn)行周期過長（8年），能耗明顯增加，維修費(fèi)用明顯增加的情況下，可以考慮進(jìn)行高效空壓機(jī)替代。

近兩年，國內(nèi)各大空壓機(jī)廠商先后推出了永磁變頻空壓機(jī)、兩級(jí)壓縮空壓機(jī)，一級(jí)能效壓縮機(jī)等，對于空壓機(jī)的能效提升、電耗降低，市場用戶給予了極高的贊譽(yù)。

機(jī)組合理搭配

 

空壓機(jī)的合理配置及合理運(yùn)行對節(jié)省用電非常重要。機(jī)組選型一般最大設(shè)計(jì)負(fù)荷除以臺(tái)數(shù)來確定，如機(jī)組臺(tái)數(shù)過少，當(dāng)在低負(fù)荷時(shí)，通過主機(jī)調(diào)節(jié)不能滿足機(jī)組高效運(yùn)行，或者導(dǎo)致機(jī)組頻繁加減機(jī)和加卸載時(shí)，可以考慮增設(shè)一套變流量的小機(jī)組，增加負(fù)荷的可調(diào)性。同時(shí)盡量使得各機(jī)組在高效去運(yùn)行。其中變?nèi)萘慷酁槁輻U式。

 

另外，由于管道壓力損失不確定，設(shè)備啟動(dòng)存在流量高峰等原因，壓縮機(jī)的供氣壓力有時(shí)比現(xiàn)場要求壓力高出0.2MPa～0.3MPa。而末端設(shè)備每提高0.1MPa，壓縮機(jī)的耗電就提高4%～8%，造成了巨大的能源浪費(fèi)。有時(shí)也會(huì)為了少數(shù)幾臺(tái)壓力要求高的設(shè)備，而整個(gè)調(diào)高供氣的壓力，這在能源使用配置上極其不合理，非明智之舉。

 

 

 

空壓機(jī)變頻運(yùn)行

 

空壓機(jī)最主要的能量浪費(fèi)為卸載能耗（工頻機(jī)），卸載時(shí)電機(jī)空轉(zhuǎn)，不產(chǎn)氣。這種方式在沒有供氣的情況下也仍需消耗40%～70%額定功率的電力，浪費(fèi)非常嚴(yán)重。

 

另外工頻空壓機(jī)在部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，還容易出現(xiàn)頻繁的加載、卸載循環(huán)交替過程，不僅浪費(fèi)了能耗，還使得供氣壓力波動(dòng)，也使電機(jī)和壓縮機(jī)產(chǎn)生交替疲勞，影響使用壽命。

 

因此，對于中低負(fù)載的空壓機(jī)進(jìn)行變頻改造，可大大的削減卸載時(shí)間，極大的減少卸載電耗。空壓機(jī)變頻改造以不改變原有系統(tǒng)為前提，對壓縮機(jī)進(jìn)行變頻升級(jí)，采用先進(jìn)的矢量控制技術(shù)，結(jié)合 PID 算法，對壓縮機(jī)進(jìn)行精確控制。變頻改造出節(jié)能以外，尚有以下優(yōu)點(diǎn)：

 

?延長主電機(jī)軸承使用壽命；

 

?延長機(jī)頭使用壽命，延長皮帶或彈性聯(lián)軸器使用壽命；

 

?延長冷卻油的使用壽命。

 

因此，在實(shí)際的節(jié)能改造工程中，對中低負(fù)載的對空壓機(jī)進(jìn)行變頻改造是最理想的節(jié)能措施。

 

機(jī)組聯(lián)動(dòng)控制

 

變頻改造可以很好地消除單臺(tái)空壓機(jī)的空載，但對于多臺(tái)空壓機(jī)組成的供氣系統(tǒng)，從平衡系統(tǒng)負(fù)荷的角度來講，對每臺(tái)空壓機(jī)都進(jìn)行變頻改造既無必要，也不經(jīng)濟(jì)。因此，確保工頻空壓和變頻空壓機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)行的機(jī)組聯(lián)動(dòng)控制至關(guān)重要。

 

聯(lián)控系統(tǒng)最主要的功能可以實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)機(jī)組（包括每臺(tái)空壓機(jī)的后處理設(shè)備）的聯(lián)鎖控制，能根據(jù)總管壓力和空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)智能地加卸載對應(yīng)的空壓機(jī)等以保證管網(wǎng)的供氣穩(wěn)定和能耗最低。聯(lián)動(dòng)控制+單機(jī)變頻可最大程度的消除系統(tǒng)卸載能耗。

 

 

 

干燥機(jī)節(jié)能

 

對于普通的冷凍式干燥機(jī)，耗電不耗氣，因其電耗占系統(tǒng)電耗的5%左右，一般在節(jié)能改造過程中很少涉及，除非設(shè)備老舊運(yùn)行效果差時(shí)，才考慮以高效設(shè)備進(jìn)行替代。

 

吸附式干燥機(jī)耗電、耗氣。無熱再生型和微熱再生型耗氣量都在10%以上，極大的浪費(fèi)了能源。推薦采用余熱再生型干燥機(jī)進(jìn)行替代，余熱再生型耗氣量不高于2%

 

 

 

管道節(jié)能

 

管道節(jié)能來自兩部分：

 

一是降低管道壓損，通過降低空壓的排氣壓力從而降低空壓電耗，通常情況下，排氣壓力降低0.1MPa，空壓機(jī)可節(jié)能6%~7%；

 

二是杜絕管網(wǎng)泄漏。管網(wǎng)泄漏在老舊的管網(wǎng)中普遍存在。在泄露問題上，工廠中的泄露量通常占供氣量的10%～30%，而管理不善的工廠甚至可能高達(dá) 50%。有時(shí)一個(gè)汽車組裝車間的泄漏點(diǎn)就有2萬個(gè)，其中，泄露量的90%以上來自設(shè)備使用中的零部件老化或破損。

 

而尤為嚴(yán)重的是，現(xiàn)場管理人員遠(yuǎn)遠(yuǎn)地低估了泄漏造成的損失。以1mm直徑的管道腐蝕小孔為例，在0.7MPa工作壓力下，一年浪費(fèi)的電費(fèi)約為4000元。

 

普通的碳鋼管道壓損較大，且隨著年頭的增多，腐蝕造成的泄漏現(xiàn)象嚴(yán)重，因此屬于不節(jié)能管道。而新型的鋁合金快速管道，阻力小，耐腐蝕，無焊縫不易泄露，且施工快速，獲得了越來越多應(yīng)用，因此在節(jié)能改過程中推薦采用鋁合金快速管道替代老舊的碳鋼管道。管道節(jié)能在壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能工程中越來越受重視，應(yīng)用越來越多。

 

 

 

用氣末端節(jié)能

 

用氣末端節(jié)能來自兩部分，一是管理節(jié)能，對于人工控制啟停的吹掃等用氣，做到使用打開，不用及時(shí)關(guān)閉等，杜絕浪費(fèi)；二是替換低效噴嘴或其它用氣設(shè)備，提高氣體利用率。該部分在節(jié)能改造中一般不受重視，除非用氣企業(yè)有強(qiáng)烈的節(jié)能意識(shí)才注重末端節(jié)能。

 

 

 

用余熱回收節(jié)能

 

空氣在壓縮過程中，90%以上的電能轉(zhuǎn)化為熱量散出，在工程中，可回收利用的熱能不小于空壓機(jī)電耗70%，余熱回收的能量相當(dāng)可觀?；厥盏臒崃靠捎糜谏钣脽?、鍋爐給水預(yù)熱、工藝加熱、采暖用熱等多種場合。余熱回收可降低空壓機(jī)排氣溫度、延長空壓機(jī)使用壽命，延長冷卻油的使用周期等諸多優(yōu)點(diǎn)。在節(jié)能工程中應(yīng)用較多。

 

壓縮空氣（空壓機(jī)）系統(tǒng)節(jié)能教科書式講解

（壓機(jī)余熱回收裝置及系統(tǒng)示意圖）

 

壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能解決方案

實(shí)際的節(jié)能改造工程中，主要針對空壓機(jī)、干燥機(jī)和管道部分進(jìn)行節(jié)能改造，用戶末端系統(tǒng)很少涉及。

 

一般的節(jié)能改造，主要對空壓站和輸送管網(wǎng)部分進(jìn)行，節(jié)能目標(biāo)如下：

 

? 穩(wěn)定供氣壓力、減少管網(wǎng)壓力波動(dòng)和確定合理的供氣壓力。

 

? 壓縮空氣供需匹配，盡量減少空壓機(jī)卸載時(shí)間。

 

? 空壓機(jī)余熱回收利用。

 

? 降低干燥機(jī)再生耗氣。

 

??注意啦：為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，需配置一定的硬件和自動(dòng)控制措施。

 

 

 

?數(shù)據(jù)采集與布點(diǎn)

 

對壓縮空氣系統(tǒng)進(jìn)行用電和運(yùn)行參數(shù)的采集，這是節(jié)能分析和節(jié)能改造的基礎(chǔ)。

 

 

 

?數(shù)據(jù)

 

采集數(shù)據(jù)（如下圖）：

 

壓縮空氣（空壓機(jī)）系統(tǒng)節(jié)能教科書式講解

?節(jié)能分析與診斷

 

通過對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算各種評(píng)價(jià)指標(biāo)，并結(jié)合運(yùn)行規(guī)律和設(shè)備基礎(chǔ)資料等，可對壓縮空氣系統(tǒng)和其中的設(shè)備進(jìn)行能效評(píng)價(jià)。

 

?節(jié)能改造措施介紹

 

? 壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能改造通常以設(shè)備的改造（硬件）和系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化控制（軟件）相結(jié)合的方式進(jìn)行，力求以最小的投入產(chǎn)生最大的節(jié)能效益。

 

? 設(shè)備改造通常空壓機(jī)變頻改造、增加余熱利用系統(tǒng)和節(jié)能管道替換為主。

 

? 系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化控制主要是采用聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)。

 

?節(jié)能改造所需硬件配置

 

變頻器：變頻器為調(diào)速的主要設(shè)備，多臺(tái)空壓機(jī)時(shí)，通常只需對其中的一臺(tái)進(jìn)行變頻改造即可。

 

測量儀表：測量儀表用于采集運(yùn)行參數(shù)，為調(diào)節(jié)之依據(jù)。常用儀表為三線多功能電表、溫度表、壓力表、流量表，上述儀表均應(yīng)為遠(yuǎn)傳型。

 

余熱回收系統(tǒng)：含油/水板換，循環(huán)泵、蓄水箱、管路和控制系統(tǒng)等。

 

 

 

結(jié)束語

空壓機(jī)行業(yè)這些年高速發(fā)展，市場用戶對設(shè)備的選型及使用維護(hù)卻沒有足夠的專業(yè)認(rèn)知，90%的企業(yè)依然使用著不達(dá)標(biāo)的壓縮空氣。因此，為了幫助用戶提高能源利用效率，降低能耗，節(jié)能服務(wù)企業(yè)要從技術(shù)節(jié)能和管理節(jié)能等多種節(jié)能手段上尋求突破，根據(jù)用戶不同需求提供多層次的定制性服務(wù)。