往復(fù)式壓縮機(jī)變頻和余熱回收節(jié)能降耗技術(shù)及效果分析

1、往復(fù)式壓縮機(jī)變頻和余熱回收節(jié)能降耗技術(shù)及效果分析摘 要：往復(fù)式壓縮機(jī)是煤化工行業(yè)非常重要的設(shè)備，本文以煤制天然氣加壓輸配工藝中增壓站的核心設(shè)備往復(fù)式壓縮機(jī)為研究對(duì)象，針對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行工況不穩(wěn)定和壓縮過程放熱的特點(diǎn)，提出了采用變頻和余熱回收兩種節(jié)能降耗技術(shù)并進(jìn)行了分析，針對(duì)這兩種節(jié)能技術(shù)提出了相應(yīng)的技術(shù)方案并分析了節(jié)能效果，采用變頻和余熱回收技術(shù)節(jié)能效果顯著。關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機(jī) 節(jié)能降耗 變頻 余熱回收中圖分類號(hào)：TE974          

2、0;     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A            文章編號(hào)：1674-098X202106a-0049-03Abstract：Thereciprocatingcompressorisaveryimportantequipmentinthecoalchemicalindustry.Thearticlestudiesthereciprocatingcompressor，thecoreequipmentoftheboostings

3、tationinthecoal-to-SNGpressurizedtransmissionanddistributionprocess.Regardingthecharacteristicsofunstableoperationconditionandcompressionheatreleaseofreciprocatingcompressor，thearticleproposesandanalyzesenergy-savingandconsumption-reductionofthetwotechnologiesoffrequencyconversionandwasteheatrecover

4、y.basedonthesetwoenergy-savingtechnologies，thearticleproposescorrespondingtechnicalsolutionsandanalyzesenergysavingeffects，andfindsthattheirenergy-savingeffectissignificant.KeyWords：Reciprocatingcompressor;Energy-saving;Frequencyconversion;Wasteheatrecovery在各類煤化工工藝中壓縮機(jī)都屬于關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)于氣體壓縮、提高氣體純度、提高生產(chǎn)質(zhì)量起著至

5、關(guān)重要的作用。通過壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、功能提升，充分發(fā)揮壓縮機(jī)在工藝生產(chǎn)中的作用。往復(fù)式壓縮機(jī)具有效率高、壓比大、對(duì)于壓力和流量的波動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)，工況易于調(diào)節(jié)，無喘振現(xiàn)象，流量變化對(duì)效率的影響較小等特點(diǎn)，往復(fù)式壓縮機(jī)在煤化工行業(yè)應(yīng)用非常廣泛，因此，對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)及效果進(jìn)行分析。1 往復(fù)式壓縮機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)分析1.1變頻煤化工行業(yè)中，壓縮機(jī)作為工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵設(shè)備被廣泛使用。一般根據(jù)最大氣體處理量進(jìn)行選型，如何使壓縮機(jī)既滿足工藝生產(chǎn)需求又能降低能源消耗是大家追求的目標(biāo)。煤制天然氣輸配中的增壓站，承擔(dān)將成品天然氣加壓后輸送至長(zhǎng)輸管線的核心作用。但增壓工藝中的天然氣進(jìn)氣量達(dá)不到設(shè)

6、計(jì)之初的預(yù)算時(shí)，因壓縮工藝中的壓縮機(jī)運(yùn)行中有最低轉(zhuǎn)速要求，就會(huì)形成小馬拉大車的能源浪費(fèi)效應(yīng)。以某個(gè)煤制天然氣工程為例，天然氣增壓站選用2臺(tái)12500Nm3/h的壓縮機(jī)1開1備，電壓等級(jí)為10kV。根據(jù)壓縮機(jī)參數(shù)，壓縮機(jī)單臺(tái)的額定功率為630kW。為了提高壓力及大流量穩(wěn)定供氣，往復(fù)式壓縮機(jī)系統(tǒng)采用變頻調(diào)速。因下游用戶需求量發(fā)生變化時(shí)，需對(duì)壓縮機(jī)排氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)?？筛鶕?jù)用戶對(duì)天然氣的需求量，自動(dòng)調(diào)整高壓變頻器頻率，從而調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速，使進(jìn)氣量、排氣量發(fā)生變化，壓縮機(jī)的能耗也會(huì)隨之變化。采用變頻調(diào)速技術(shù)，通過改變壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，既能滿足工藝需求又能到達(dá)節(jié)能降耗目的。1.2余熱回收

7、往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的壓縮熱非常大，通常這局部熱能通過壓縮機(jī)機(jī)組配置的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。有資料顯示壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)，15%的電力消耗做有用功，85%的電力消耗通過冷卻系統(tǒng)傳入大氣做了無用功。往復(fù)式壓縮機(jī)采用余熱回收，可以增加能源利用率，降低能源消耗。2 方案2.1采用變頻技術(shù)往復(fù)式壓縮機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)，通過使用變頻器對(duì)壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速，通過改變壓縮機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)吸氣量的控制。綜合考慮某煤制天然氣工程壓縮機(jī)運(yùn)行工況，應(yīng)設(shè)置與單臺(tái)壓縮機(jī)電機(jī)功率630kW相匹配的10kV高壓變頻器及配套控制柜。2.2采用壓縮機(jī)余熱回收技術(shù)本工程壓縮機(jī)應(yīng)采用余熱回收技術(shù)回收熱量，產(chǎn)生的熱

8、水可供職工生活用熱水洗浴、采暖等，節(jié)約能源消耗。壓縮機(jī)熱回收流程如圖1所示。壓縮機(jī)吸氣后經(jīng)壓縮產(chǎn)生高溫氣高壓氣體，高溫高壓氣體進(jìn)入余熱回收裝置，與低溫水換熱后，高溫高壓氣體變成低溫高壓氣體，低溫高壓氣體經(jīng)壓縮機(jī)配套冷卻器冷卻后出裝置界區(qū)，而經(jīng)換熱后的冷水變?yōu)闊崴M(jìn)入水箱，供采暖、洗浴等。3 節(jié)能效果分析3.1采用變頻技術(shù)增壓站采用往復(fù)式壓縮機(jī)對(duì)天然氣進(jìn)行增壓，每小時(shí)處理天然氣的流量一般不是恒定的，是有波動(dòng)的，介于此特點(diǎn)，壓縮機(jī)應(yīng)采用變頻技術(shù)。根據(jù)壓縮機(jī)廠家提供的資料，壓縮機(jī)采用變頻節(jié)能技術(shù)不同的負(fù)載率每小時(shí)節(jié)電率是不同的。壓縮機(jī)單臺(tái)的額定功率為630kW，壓縮機(jī)的負(fù)載率為90%，運(yùn)行

9、臺(tái)數(shù)為1臺(tái)，需要系數(shù)取0.8，年運(yùn)行時(shí)間取8400h，那么年可節(jié)約電量為630kW×1×0.8×8400h×7%=29.64×104kW·h/a，依據(jù)?綜合能耗計(jì)算通那么?GB/T2589-2021電的折標(biāo)系數(shù)為0.1229kgce/kW·h當(dāng)量值，折標(biāo)煤36.43tce/a當(dāng)量值。3.2采用壓縮機(jī)余熱回收技術(shù)3.2.1可回收熱量計(jì)算根據(jù)設(shè)備資料可知，壓縮機(jī)的進(jìn)口氣體的溫度為293k，壓力為1.3MPa絕壓，根據(jù)REFPROP軟件REFPROP軟件是一款國際權(quán)威工質(zhì)物性計(jì)算軟件，該軟件是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所NIST研制開

10、發(fā)計(jì)算余熱回收冷卻器進(jìn)口的氣體溫度為371K，壓力為3.6MPa絕壓，余熱回收冷卻器出口的氣體溫度為303K，壓力為3.6MPa絕壓。通過REFPROP軟件計(jì)算出三個(gè)點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)如下表所示。根據(jù)壓縮機(jī)進(jìn)口氣體的溫度為293k，壓力為1.3MPa絕壓，體積15.02m3/min，密度為8.7695kg/m3，那么那么實(shí)際每小時(shí)可回收的熱量Q1為939.6MJ/h，壓縮機(jī)每年運(yùn)行8400h，那么年可回收熱量Q2為7892.64GJ/a，每噸標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值為29307MJ，那么折標(biāo)煤為269.31tce/a。3.2.2余熱回收利用可產(chǎn)生熱水計(jì)算水的比熱容為4.1868kJ/kg·k，即1kg

11、水吸收4.1868kJ的熱量，溫度會(huì)上升1。熱量計(jì)算公式為Q=Cm·t式中C為比熱容，m為水量，t為溫度變化值。冬季冬季以11月到3月共5個(gè)月計(jì)，以入水溫為5計(jì)算，水溫從5提高到55，t為50。壓縮機(jī)每天可回收的熱量Q1為22550.4MJ/d，所以冬天壓縮機(jī)每天熱回收可產(chǎn)生的熱水量B1=Q1÷4.1868kJ/kg·k×50÷1000=107.72t/d。夏季夏季以4月到10月共7個(gè)月計(jì)，以入水溫為15計(jì)算，水溫從15提高到55，t為40。壓縮機(jī)每天可回收的熱量Q1為22550.4MJ/d，所以夏天壓縮機(jī)每天熱回收可產(chǎn)生的熱水量B2=Q1&#

12、247;4.1868kJ/kg·k×40÷1000=134.65t/d按照冬季和夏季回收熱量相同計(jì)。根據(jù)加權(quán)平均算法，1臺(tái)630kW壓縮機(jī)熱回收平均每天可產(chǎn)熱水量B3=B1×5+B2×7÷12=123.43t/d。經(jīng)以上計(jì)算可知該壓縮機(jī)余熱回收平均每天可產(chǎn)123.43t/d熱水。回收的熱水可滿足作為員工生活用熱水以及冬季采暖等，假設(shè)有剩余也可考慮向周邊用戶供應(yīng)。3.3節(jié)能經(jīng)濟(jì)性分析3.3.1采用變頻節(jié)能技術(shù)本工程壓縮機(jī)采用變頻節(jié)能技術(shù)后，年可節(jié)約電力消耗29.64×104kW·h/a，按照所在地區(qū)電價(jià)0.8元/kW·h計(jì)，年可節(jié)約23.71萬元。3.3.2采用壓縮機(jī)熱回收節(jié)能技術(shù)壓縮機(jī)采用熱回收節(jié)能技術(shù)后，年可回收熱量為7892.64GJ/a，按照25元/GJ計(jì)，年可節(jié)約19.73萬元/年。4 結(jié)語1變頻調(diào)速通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)從而降低壓縮機(jī)能耗，節(jié)能效果明顯。2變頻調(diào)速可實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)壓力、流量控制，從而滿足復(fù)雜的工藝需求。3壓縮機(jī)采用余熱回收技術(shù)，回收的熱可用于職工生活用水、采暖等，假設(shè)有余量還可外供。通過技