空壓機節(jié)能控制技術發(fā)展趨勢

1、冶金自動化"#*年0"空壓機節(jié)能控制技術發(fā)展趨勢李！桂！紅（寶山鋼鐵股份有限公司不銹鋼分公司能環(huán)部，上海"#$%&摘要：結合不銹鋼分公司空壓機控制技術的應用，分析幾個不同空壓機控制技術在節(jié)能方面的應用特點，根據現(xiàn)今控制技術的發(fā)展對今后進一步提高空壓機節(jié)能效果將采用的控制技術進行了探討。關鍵詞：空壓機；節(jié)能；優(yōu)化；控制；趨勢! !為防止全球變暖，世界性節(jié)能導向極為必要。 節(jié)能減排工作目前已成為全球關注的熱點。國家 發(fā)改委"# '年將采取八項措施推動節(jié)能減排工 作，措施之一即推動技術進步， 全面實施十大重點 節(jié)能工程，其中包括電機系統(tǒng)節(jié)能工程

2、。電機系統(tǒng)包括電動機、被拖動裝置、傳動控制 系統(tǒng)及管網負荷。電機系統(tǒng)用電量約占全國用電 量的（#），其中壓縮機用電量占全國用電量的*+$）。我國#）以上的電機產品效率比國外先 進水平低”，-個百分點；風機、泵、壓縮機產品效 率比國外先進水平低”，$個百分點；電機傳動調 速及系統(tǒng)控制技術差距較大，產品效率比國外先進水平低"#）, %#）?？梢?，解決電機系統(tǒng)尤其是系統(tǒng)匹配不合理、設備長期低負荷運行、系統(tǒng)控 制方式落后問題，挖掘能源節(jié)約將有巨大的潛力。!"空壓機主要控制技術的應用在壓縮空氣系統(tǒng)中一方面由于生產過程的用 氣量、用氣壓力的變化引起管網的流量、壓力不斷變化要求壓縮機的運

3、行工況不斷的變化；另一方面，用氣量、用氣壓力的變化對壓縮機的效率也會 產生一定的影響。為了保持壓縮機經濟運行，充分發(fā)揮壓縮機組的潛能，需要對其進行調節(jié)。離心壓縮機、活塞式壓縮機、螺桿壓縮機是現(xiàn) 代企業(yè)大中型壓縮機的主流。離心式、螺桿式和活塞式壓縮機組在運行過程中常用控制技術包括 以下幾種。!# !"電氣聯(lián)鎖控制技術電氣聯(lián)鎖控制即當空壓機供氣流量大于用戶 使用量使管網壓力上升、壓力值超過設定壓力上 限時聯(lián)鎖信號控制壓縮機停機,隨著壓縮空氣消耗，管網壓力下降，當壓力下降至設定壓力下限 時，連鎖信號控制壓縮機啟動。這種控制在負荷 變化較大且儲氣罐容量較小的情況下，將會引起電動機的頻繁啟停。

4、由于空壓機的空載啟動電流 大約是額定電流的-,.倍，對電網及其它用電設 備沖擊較大，電能消耗較大，同時，空壓機的電機 使用壽命也會縮短。!#$"自動加卸載控制技術自動加卸載控制是當總管管網壓力大于設定 壓力值時自動調節(jié)進口導葉關小，若進口導葉閥關至開度下限設定值、管網壓力仍繼續(xù)上升達到 卸載壓力時，空壓機進入卸載狀態(tài)， 空壓機主電機 與壓縮機部分自動脫離。此時電動機處于空載運 轉狀態(tài)，空壓機幾乎不向管網輸送壓縮空氣，以此起到降低管網壓力的作用。隨著壓縮空氣的消 耗，壓縮空氣管網壓力逐步下降至加載壓力時，空壓機主電機與壓縮機部分自動對接，進口導葉閥逐步打開，達到管網供用氣平衡， 管網壓

5、力恒定。 自動加卸載控制方式是一種有級控制，其卸載狀態(tài)的耗電量大約為額定運行的&#）左右，這部分的電能實際被無償消耗掉了。!#%"恒壓變頻控制技術空壓機的恒壓變頻調節(jié)控制即通過采集供氣 管網壓力信號的變化，調節(jié)變頻器輸出電源的頻 率以改變電動機的轉速來控制空壓機單位時間的 出氣量，從而達到調節(jié)總管管網壓力的目的。當 供氣總管管網向一個區(qū)域用戶供氣，該用戶為不同負荷要求不同用氣壓力時，即負荷斷續(xù)用氣且壓力高，連續(xù)用氣且壓力低時恒壓變頻控制不能 隨著用氣負荷和壓力的要求變化而自動進行調收稿日期："#*/#(/& '作者簡介：李桂紅(&*(#/),

6、女，江蘇南通人，高級工程師，主要從事能源管理工作。1994-2014 Clima Academic Journal Elcctionic PublihiiiiE Housei All riifhts resenFed- hltr ki Jicl ? . $%?冶金自動化#$%年&#節(jié)，壓力設定值往往是整條管路用氣的最高等級， 從而造成能源浪費。!"空壓機節(jié)能控制技術的展望 !#$"空壓站機群運行時間的優(yōu)化控制為了應對壓縮空氣系統(tǒng)中用氣量、用氣壓力的變化引起管網的流量、壓力不斷變化，壓縮機運 行工況不斷調節(jié)，以滿足用戶用氣的要求同時保 持壓縮機經濟運行，空壓站聯(lián)網將成

7、為一種發(fā)展 趨勢，空壓站機群運行時間的優(yōu)化控制應運而生?？諌赫緳C群運行時間的優(yōu)化控制系統(tǒng)可以根 據系統(tǒng)的壓力和流量等參數(shù)的變化，運行合適數(shù)量和容量的空壓機，使盡可能少的空壓機處于部 分負荷狀態(tài)，同時使平均每臺空壓機的運行時間 降低，減少空壓機的運行和維護費用?？諌赫緳C群運行時間的優(yōu)化控制既要保證用 氣要求，又要避免浪費。這需要在壓縮機運行系 統(tǒng)中多區(qū)域測控，實時地了解各區(qū)域當前空壓機 的運行情況、壓縮空氣管網壓力以及各儲罐的儲 存情況等。若以壓縮空氣管網的壓力為控制指 標，壓力點降低的位置優(yōu)先啟動就近的壓縮機，這樣可以減小壓縮空氣管路壓力損失。!#!"預測調壓控制針對區(qū)域用戶為不同負

8、荷要求不同用氣壓力 而以整條管路用氣的最高等級壓力設定進行恒壓 控制造成能源浪費，預測調壓控制將是一種很好 的解決方案。預測調壓控制技術是采用基于預測控制器作 為前級控制平衡調節(jié)空壓機出口壓力的智能控制 應用技術。預測控制器算法是基于預測控制理論的模型 算法，預測控制由！個基本模塊組成。主要包括 內部模型、反饋校正、滾動優(yōu)化計算和參考輸入軌 跡等幾部分。它采用基于脈沖響應的非參數(shù)模型 作為內部模型，用過去和未來的壓力輸入輸出信 息，根據內部模型，預測系統(tǒng)未來的壓力輸出狀 態(tài)，經過用模型輸出誤差進行反饋校正以后，再與參考輸入軌跡進行比較，應用二次型性能指標進 行滾動優(yōu)化，然后再計算當前時刻應加于

9、系統(tǒng)的 控制動作，完成整個控制循環(huán)。由于這種算法的 基本思想是：首先預測系統(tǒng)未來的輸出狀態(tài)，再去確定當前時刻的控制動作， 即先預測后控制，所以 具有預見性。預測調壓控制通過自動檢測各空壓機電機電流、放空閥開度、輸出流量，采用預測調壓方法獲 得空壓機運行狀態(tài)與壓縮空氣壓力設定值，達到空壓站管網壓力平衡調節(jié)，同時有效避免空壓機卸載操作和管路放空操作， 達到節(jié)能的控制目的。 !#%"基于智能算法的優(yōu)化調度控制策略優(yōu)化調度策略的實施建立在廠區(qū)管網信息化 的基礎上，針對管網負荷的變化，實時調整并保證 產氣與供氣的平衡，通過自動化的手段，既保證用 戶用氣需求，又避免人為操作過程中的過剩浪費。對于

10、壓縮空氣系統(tǒng)多目標優(yōu)化調度的遺傳算 法的核心技術是控制系統(tǒng)根據遺傳算法每代產生 大量可行解和隱含的并行性這一特點設計一種決 策優(yōu)化方法，基于排序的表現(xiàn)矩陣測度可行解，對所有目標總體表現(xiàn)好壞的向量進行比較。另外引 入個體適應度定標保持種群的多樣性，采用自適應變化的方式確定交叉和變異概率。該算法通過 一次計算即可得到問題的非劣解集，簡化了多目標問題的優(yōu)化求解步驟。優(yōu)化算法的主要步驟有適應度計算、 交叉和 變異概率計算和最優(yōu)解保存策略。最終的結果為 各系統(tǒng)的用電量與產氣量的非劣解關系， 用于指 導全系統(tǒng)或子系統(tǒng)的空壓機運行管理， 達到經濟 合理的節(jié)能目的。優(yōu)化調度控制策略通過全廠區(qū)的站點網絡信 息互連，實現(xiàn)了集中管理、分散控制的先進管理與 控制策略，推進空氣壓縮機運行的節(jié)能工作，使企業(yè)成為信息化高效管理提高經濟效益和社會效益 的典型，也反映了企業(yè)管理的現(xiàn)代化水平。%"結束語鋼鐵行業(yè)是用能大戶， 節(jié)能已引起各方面的 高度重視，但節(jié)能重點除了關注消耗一次能源量 大的高爐、轉爐和加熱爐等爐窯設備， 以及與這些 爐窯設備相關的煉鐵、煉鋼與軋鋼工藝等以外，也 要關注輔助工藝及其設備?？諌簷C在鋼鐵行業(yè)應 用十分普遍，使用量大面廣，電機容量一般都較 大，而且大多