空壓機(jī)節(jié)能減排改造與實(shí)踐

1、空壓機(jī)節(jié)能減排改造與實(shí)踐文/顧天林空壓機(jī)是工廠里最重要的機(jī)器設(shè)備之一，空壓機(jī)供氣領(lǐng)域能否應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，在節(jié)省電 能的同時改善空壓機(jī)性能，提高供氣品質(zhì)，降低生產(chǎn)設(shè)備故障率，延長設(shè)備的使用壽命備受 社會各界關(guān)注。為了節(jié)約能源，對企業(yè)原有的空壓站進(jìn)行節(jié)能減排技術(shù)改造，非常有必要。一、空壓機(jī)工作原理壓縮機(jī)是一種將氣體壓縮從而提高氣體壓力或輸送氣體的機(jī)器，螺桿式空壓機(jī)的工作原理包 含四個過程：1）吸氣過程；2）封閉及輸送過程；3）壓縮及噴油過程；4）排氣過程圖U螺杵或宅壓機(jī)說程圖空氣壓縮機(jī)在出廠時配套的排氣壓力調(diào)節(jié)裝置，多數(shù)為關(guān)閉進(jìn)氣管式壓力調(diào)節(jié)器。其工作原 理是當(dāng)儲氣罐（風(fēng)包）內(nèi)空氣壓力超過設(shè)定的

2、壓力時，壓縮機(jī)進(jìn)氣管上碟閥自動關(guān)閉，壓縮 機(jī)進(jìn)入空轉(zhuǎn)卸荷狀態(tài);當(dāng)儲氣罐內(nèi)的空氣壓力低于設(shè)定壓力時，壓縮機(jī)進(jìn)氣管碟閥自動開啟， 壓縮機(jī)又進(jìn)入到滿載工作狀態(tài)?？諝鈮嚎s機(jī)的排氣量和壓力，在運(yùn)轉(zhuǎn)中也不是不變的，常因 工況變化導(dǎo)致用氣量變化，所以空氣壓縮機(jī)工作時總是在重復(fù)滿載一卸荷工作方式。滿載時 的工作電流接近電動機(jī)的額定電流，卸荷時的空轉(zhuǎn)電流約為30-50%電動機(jī)額定電流，這部 分電流不是做有用功，而是機(jī)械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗。這種機(jī)械式調(diào)節(jié)裝置雖然也能起到壓力調(diào)節(jié)作用，但是壓力調(diào)節(jié)精度低，壓力波動大。壓縮 機(jī)總是在額定轉(zhuǎn)速下工作，機(jī)械磨損大，電耗高。空壓機(jī)自身存在著以下幾個缺點(diǎn)（1）當(dāng) 輸出壓力

3、大于一定值時，自動打開泄載閥，使異步電動機(jī)空轉(zhuǎn)，嚴(yán)重浪費(fèi)能源（2）異步電 動機(jī)易頻繁的啟動、停止，影響電機(jī)的使用壽命；（3）工作條件惡劣，噪音大；（4）自動化 程度低，輸出壓力的調(diào)節(jié)是靠人為調(diào)節(jié)閥的開度來實(shí)現(xiàn)的，調(diào)節(jié)速度慢，波動大，不穩(wěn)定， 精度低；（5）空壓機(jī)工頻啟動電流大，對電網(wǎng)沖擊大，電機(jī)軸承磨損大，設(shè)備維護(hù)量大。針 對以上存在的問題，采用變頻器對空壓機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)恒壓運(yùn)行勢在必行。二、公司螺桿式空壓機(jī)現(xiàn)狀2.1空壓站分布情況空壓站主要工作是供應(yīng)全廠壓縮空氣生產(chǎn)用氣。班組生產(chǎn)運(yùn)作為常年二二制運(yùn)行。班組有兩 個站房輪流使用，每個站房各由三臺40立方螺桿式壓縮機(jī)和一臺20立方螺桿式壓

4、縮機(jī)組成。2.2空壓站現(xiàn)狀據(jù)調(diào)研，目前是工廠的生產(chǎn)淡季，空壓站運(yùn)轉(zhuǎn)情況如下：空壓姑目前運(yùn)行情況班次正常情況白班1含40和佶網(wǎng)1含疝和1告20W合財?shù)姆戳^高中班1臺40利1合20t臺40和1含202臺4A的壓力過菁1臺401臺啊的壓力過高表蘭州集中打段JF富時度高雄時段上午9-30-11:00住陽1。:3口下午12:30-1.003#空壓站配有壓力監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時監(jiān)控廠里用氣情況，空壓站必須保證廠內(nèi)管網(wǎng)的壓力。兩 個空壓站的輪換使用周期為一年，2017年3月至2018年3月使用的是3站，2018年3月開 始使用的是2站，如果遇到故障、檢修等情況會暫時使用另一個站點(diǎn)。高壓站2、3、4號機(jī)，共有3臺

5、高壓螺桿式空氣壓縮機(jī)，由于空氣壓縮機(jī)的拖動電機(jī)本身不 能調(diào)速，因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實(shí)現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的匹配，導(dǎo)致在用 氣量少的時候電機(jī)仍然要空載運(yùn)行，電能浪費(fèi)巨大。2.3壓縮機(jī)出口點(diǎn)壓力控制目前，壓縮機(jī)的出口點(diǎn)壓力控制是操作員根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，手動控制壓縮機(jī)的開啟和關(guān)閉，來 滿足廠內(nèi)用氣需要?，F(xiàn)在，一般設(shè)定壓縮機(jī)出口壓力不超過 0.78MPa，正常運(yùn)行保持在 0.76MPa左右。2#站的設(shè)備帶有自動卸載功能，壓力到了警戒值會自動放氣減壓，到達(dá) 0.71MPa會再次加載，這之間有0.05MPa的壓差。3#站的設(shè)備的減壓方式是采用自動減小進(jìn) 氣口，來減小出口壓力。另外，高峰用能時間段

6、，設(shè)備保持在加載狀態(tài)，夜班時段，設(shè)備加 減載頻繁。若能采用自動控制和變頻調(diào)速技術(shù)，將四臺空壓機(jī)實(shí)行自動控制，可以實(shí)現(xiàn)互為熱備自動運(yùn) 行，穩(wěn)定輸出生產(chǎn)要求所需的穩(wěn)定氣壓，減少機(jī)械維修工作量，延長空壓機(jī)的使用壽命。另 外，當(dāng)流量需要量減少時，就可降低電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而較大幅度減小電動機(jī)的運(yùn)行功率， 也可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。三、變頻改造的嘗試 3.1空氣壓縮機(jī)變頻節(jié)能原理 經(jīng)常卸載和加載導(dǎo)致整個氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化，不能保持恒定的工作壓力延長壓縮機(jī)的使用壽 命?？諌簷C(jī)的有些調(diào)節(jié)方式（如調(diào)節(jié)閥門或調(diào)節(jié)卸載等方式）即使在需要流量較小的情況下， 由于電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，電機(jī)功率下降幅度比較小。根據(jù)空氣壓縮理論，壓縮機(jī)

7、的軸功率、排氣 量和軸轉(zhuǎn)速符合下列公式：N=MrXn/9553 （kW）（1-1）Vd1=KXVh1Xn2 （m3/min）（1-2）式中：N壓縮機(jī)的軸功率（kW）Mr一壓縮機(jī)輸入的平均軸轉(zhuǎn)矩（N.m）n壓縮機(jī)的軸轉(zhuǎn)速（r/min）Vd1在n2轉(zhuǎn)速下的排氣量（m3/min）K一與汽缸容積、壓力、溫度和泄漏有關(guān)的系數(shù)Vh1 一 一級缸容積（m3 ）n2 調(diào)節(jié)后的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）根據(jù)上述理論分析，在空氣壓縮機(jī)的汽缸容積不能改變的條件下，只有調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速才 能改變排氣量；空氣壓縮機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，壓縮機(jī)軸功率與轉(zhuǎn)速呈正比變化。在壓縮機(jī)總排 氣量大于總用氣量時，通過降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供風(fēng)壓力

8、，是達(dá)到壓縮機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有效方 法。3.2可行性分析3.2.1編制依據(jù)節(jié)能減排改造項目工程總投資預(yù)算123.4萬元，概況如表3。衣3 .匚樓項目鏈況序號按算1:元）占比1 % 1能浦監(jiān)捉中心32L53326.052空任站節(jié)能由沿713.Q7T)&7.773布緩74.802004124.95010.13工程總投滿預(yù)算1.234,3611003.2.2預(yù)計節(jié)能情況設(shè)備用電情況，其中包括空壓站3年的用電用能情況。根據(jù)企業(yè)內(nèi)部成本核算，電費(fèi)單價為 0.8元/kWh。希望能計算出，節(jié)能改造后每月的節(jié)能量和節(jié)能費(fèi)用，以便計算投資回收期。依據(jù)前面分析，空壓站3年平均電費(fèi)2489992.3元，改造后保守預(yù)計年

9、節(jié)約電費(fèi)21萬元。3.2.3投資收益分析（1）節(jié)能改造靜態(tài)投資回收期=91.28/21=4.3年；（2）工程總投資靜態(tài)投資回收期=123.4/21=5.8年。備注：以上預(yù)算是估計值，在改造中會根據(jù)實(shí)際情況有變化。節(jié)能中心的場地需要上電公司提供。節(jié)能中心的裝修預(yù)算將根據(jù)場地的情況再做計劃，費(fèi)用另計。3.2.4投資和收益分享3.2.4.1項目投資節(jié)能減排改造項目擬采用合同能源管理模式的節(jié)能效益分享型實(shí)施，該項目投資資金甲乙雙 方承擔(dān)如表4：覽4樹變弁項目總投資甲方出資泛方出資1Z3.4方元。萬元123.471 jt3.2.4.2合同期收益計劃合同期為八年，在此期間內(nèi)雙方各自分享項目年節(jié)電效益，乙方

10、通過部分分享項目的年 節(jié)電效益來回收該項目的投資及合理利潤。同時，由于乙方承擔(dān)額外的能源檢測中心建設(shè)費(fèi) 用，乙方分享的節(jié)能效益比例合同期內(nèi)較高，如表5。玄三投登藏益表Illi.1年2年3年4年S年S年丁年日年年合計年節(jié)些姓益21212121212121 21315甲方分學(xué)2.62.5 2.62.62.52.62.5 5M7169.61B.51&5 1R51B.51B.51B.518.5 160145.5四、改造方案實(shí)施空壓機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣控制時，系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。變頻器將管網(wǎng)壓力作為控制對象，裝在儲氣管出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)?4-20mA電信號送到變頻器內(nèi)部

11、，與壓力給定值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的大小進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn) 生控制信號去控制變頻器的運(yùn)行頻率，從而調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。那么空壓機(jī)輸出相應(yīng)的壓縮 空氣至儲氣罐，使之壓力變化，直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同，從而使實(shí)際壓力始終維持 在給定壓力。整個控制過程如下：用氣需求f一管路氣壓I一壓力設(shè)定值與返饋值的差值f 一變頻器輸出頻率f一空壓機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速f一供氣流量f一管路氣壓趨于穩(wěn)定 所以，保持管道中的氣壓恒定，就可保證該處供氣能力恰好滿足用氣需求，這就是恒壓供氣 系統(tǒng)所要達(dá)到的目的。五、空壓機(jī)變頻改造總結(jié)的分析經(jīng)過改造后，空壓機(jī)電機(jī)從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來啟動，實(shí)現(xiàn)了軟啟動，避免了啟動 沖擊電流和啟動給空壓

12、機(jī)帶來的機(jī)械沖擊，從而達(dá)到空壓機(jī)省電、節(jié)能、環(huán)保、減排、降低 磨損、延長壽命、安全可靠的目的。4.1節(jié)約能源變頻器控制壓縮機(jī)與傳統(tǒng)控制的壓縮機(jī)比較，能源節(jié)約是最有實(shí)際意義的，根據(jù)空氣量需求 來供給的壓縮機(jī)工況是經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。4.2運(yùn)行成本降低傳統(tǒng)壓縮機(jī)的運(yùn)行成本由三項組成：初始采購成本、維護(hù)成本和能源成本。其中能源成本和 維護(hù)成本占壓縮機(jī)運(yùn)行成本的主要部分。通過能源成本降低，再加上變頻起動后對設(shè)備的沖 擊減少，維護(hù)和維修量也跟隨降低，所以運(yùn)行成本將大大降低。4.3輸出壓力穩(wěn)定變頻控制系統(tǒng)具有精確的壓力控制能力，使空壓機(jī)的空氣壓力輸出與用戶空氣系統(tǒng)所需的氣 量相匹配。變頻控制空壓機(jī)的輸出氣量隨

13、著電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而改變。由于變頻控制電機(jī)速度 的精度提高，所以它可以使管網(wǎng)的系統(tǒng)壓力變化保持在穩(wěn)定的變化范圍，有效地提高了工況 的質(zhì)量。4.4 延長空壓機(jī)的使用壽命變頻器從0Hz起動空壓機(jī)，它的起動加速時間可以調(diào)整，從而減少起動時對壓縮機(jī)的電器部 件和機(jī)械部件所造成的沖擊，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，使壓縮機(jī)的使用壽命延長。此外，變頻控 制能夠減少機(jī)組起動時電流波動，這一波動電流會影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電，變頻器能夠 有效的將起動電流的峰值減少到最低程度。4.5、降低了空壓機(jī)的噪音根據(jù)壓縮機(jī)的工況要求，變頻調(diào)速改造后，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度明顯減慢，因此有效地降低了空壓 機(jī)運(yùn)行時的噪音。參考文獻(xiàn)復(fù)盛空壓機(jī)用戶手冊中國空壓機(jī)網(wǎng)站熱能開發(fā)與與應(yīng)