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空压机智能节能技术应用现状

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摘要:空压机的运行消耗大量电能,原因包括空载能耗、压差能耗、运行管理不规范、空压站设计不合理、维护不到位及管线泄露等。综合采用多种先进技术,实施能源合同模式,是未来空压机节能改造的主流方向。

关键词:空压机节能变频调速余热回收多机组群控

0引言

压缩空气是仅次于电力的第二大动力源,空压机作为气源装置的主体,是工业领域的核心设备。空压机电耗巨大,占到整个压缩空气系统能耗的90%以上[1]。能耗原因包括空载率高、压差能耗大、运行管理不规范、管线设计不科学、气动元器件的气蚀等[2]。压缩机有12%-50%的节能空间,2017年全国空压机系统能耗约四千亿千瓦时,按节能15%计算,节能量为600亿千瓦时。在“十三五”节能减排综合工作方案中,工业节能设备被排在首位,未来高能耗空压机的节能步伐将加快。空载能耗是最常见的原因。由于生产中实际用气量的波动,空压机经常处于空载状态,此时运行功率为满载的20%-40%,即卸载的电耗占到总能耗的9%-18%,浪费极其严重[3-4]。虽然可以采取优化管道、合理选择传动带、加强设备日常维护等常规措施[5],但节能效果并不明显。归纳起来,当前空压机节能的创新技术有变频调速、余热回收、联控器控制、新材料管路优化等,节能率分别为:变频调速10%-35%,热回收20%-40%,群控技术5%-15%,新材料管路5%-15%[6]。

1变频调速技术

变频恒压供气指根据管网瞬时用气量的变化来自动调节空压机的转速和运转台数,使管网保持恒定压力。其原理是通过变频器来调整电机转速,使输出功率与流量需求成正比,减少电动机的加、卸载次数,降低功耗。空压机的改造集中在此领域。对螺杆式空压机进行变频改造,实现带载软启动,能耗下降8.95%,节约润滑油20%[7]。苟新超采用变频一级能效两级替换工频三级能效单级压缩螺杆压缩机,节电率达40.85%[8]。李木进结合PLC和变频技术,节能显著,且性能稳定、编程简单、易于推广[9]。梁南丁将变频调速与变极电动机、串极调速等方案相比较,认为前者有无极调速、自动控制、方便改造等优势[10]。甘方成设计了以变频器为核心的恒压供气系统,把原有的控制系统作为旁路,节电效果明显[11]。王冠宇从流体力学的角度分析变频机理,认为其通过维护供气系统的平衡来降低能耗,合理有效[12]。王艳等选用ABBAC变频器,有良好的节电效果,还降低了维护费用[13]。徐忠君用S350变频恒压控制系统实施改造,年节能51万千瓦时[14]。邵燕清加装压力闭环控制系统,设置了工频/变频转换开关,节电30%[15]。谢水英等提出注意事项:1.选用高起动转矩的无速度传感器矢量变频器;2.工作下限频应≥20Hz;3.选用比空压机功率大一等级的变频器[16]。洪天星指出使用变频器后会产生谐波,并提出解决方法[17]。综合文献来看,利用变频调速技术是降低空压机组能耗的最佳手段之一,有显著的节电效果、优良的调速性能,安装简便[18]。变频改造还使自动化程度提升,延长了设备寿命。

2余热回收技术

压缩机运行会产生热能,为保证其正常工作,热量必须及时导走。据美国能源署统计,真正用于空气压缩所消耗的电能在总耗电量中仅占15%,85%则转化为热能被排放。国内也认为空压机输入电能的有用功只占总能量的20%,无用功达80%[19]。实施余热回收已是比较成熟和普遍的作法,把多余的热量通过回收装置转移到储热设备上,以此降低燃料成本。如何最大限度地回收热量并确保压缩机正常运行是技术关键[20]。姚晶宏采用全自动余热利用系统把多余的热量转换到水箱,降低了空压机温度;回收的热水可用于金属涂装清洁处理、无尘室恒温恒湿车间[21]。白玉仙等在冷却系统中安装热交换器,高温的润滑油经过交换器时将水加热,供生产生活使用[22]。张智斌通过加装热回收系统,节约燃煤191.844吨/年[23]。李强改造油气冷却系统,回收热量85%,大幅减少燃煤和锅炉运行费用[24]。姚岚采用同程截流式反串换热技术,产生40-50oC的热水,节省大量天然气[25]。余热回收技术降低了空压机的温度,提高运行效率;提供无成本热水,降低燃料成本;减少CO2的排放,且回报周期短,是一种立竿见影的节能方式。

3多机组群控技术

空压机群控技术引领了节能的新趋势,大大提高了空压机运行的匹配性。其原理在于:根据压力需求变化,集中控制空压机的启停及加、卸载,保证一直有合适数量和容量的空压机运转。用气量增加时自动开启其它空压机,用气量减少时则关停多余空压机[26]。卫文明通过安装监测系统,精细化管理管道供气、节能辅控系统和电力计量系统,实现机群联控,节电率达14.20%[27]。廖日忠优化空压机组的调节方式及流量、压力控制系统,有效节电[28]。胡樱子等采用压力梯度调节和集控系统,确保空压机组节能运行及更稳定的压力输出[29]。

4其它节能技术

4.1改造空压机关键部件改造冷冻与吸附干燥器,利用压缩机出口的热风取代电加热器,工艺简单,投入少,经济效益可观[30]。对止回阀、放气阀改造,减少空载运行,节电降噪[31-32]。结合软件分析不同缸径和行程的气缸的耗气量,选用最适合的单作用或双作用气缸[33]。

4.2优化管线材料管路优化经常被企业忽略,目前使用的管路材料有碳钢、不锈钢和各类新材料。碳钢管路投资成本较低,但后期会出现锈蚀和泄漏的现象,导致压缩空气阻力增大,还影响气体品质;不锈钢管路前期成本较高,但不会出现锈蚀的现象,保证了生产的长期稳定性[6]。陈小灵也提到,不管采用何种方式改造,都要考虑管线的优化[34]。孙兰英认为管道如果必须拐弯,拐弯半径应≥3D[35]。

4.3能源合同模式能源合同模式改造是一种新型市场化节能机制,正被越来越多的企业接受。其实质是以减少的能源费用来支付节能成本。用户与节能服务公司(EMC)签订能源合同,EMC公司带资为用户实施节能改造,提高能源利用率,降低运营成本,而用户无需资金投入,还实现了设备的以新替老,同时获得了稳定的节能收益[25][36]。

5结语

综上所述,以变频调速、余热回收及多机组群控为代表的新型节能技术显示了多重功效如压力控制精度高,保证了空气品质;降低设备维护费用,延长使用寿命;运行参数、故障诊断等数据实时报送;实现自动化管理,提高工作效率,降噪减排等。根据客户的实际情况,个体化制定方案,综合采用先进技术,实施能源合同模式,这是未来空压机节能改造的主流方向。

作者:相宇1苟义昌2单位:1.成都市科技情报研究所,2.四川巨伦科技开发有限公司

全球能源互联网杂志责任编辑:张雨    阅读:人次