综述
SUMMARY

压缩机实现精准节能浅议

  前言

  随着“双碳经济”指标的提出,减碳技术势必会催生一些新兴的产业,也势必会推动传统行业的结构转型。作为传统耗电大户的通用机械——压缩机行业将面临重大挑战。根据相关调研报告的估算,我国空压机的耗电量约占全国工业耗电量的10-15%左右,全年耗电超过5000亿度电以上。试想,全国的压缩用能单位整体节能10%以上,可以节约多少电、减少多少碳排放。本文就压缩机如何精准节能做一浅析,希望给压缩行业从业者带来有益的思考。

  压缩机的能耗非常巨大,据美欧及日本的工业数据统计能耗约占工业用电10-15%左右。对于工业企业来说,空气压缩机用电约占其总电量的25%左右,因此压缩机的节能改善,可为企业带来巨大的经济效益。从单机选型、方案设计、联网控制、物联智能等都可以在应用层面节能,如何在应用层面节能,以下进行详细介绍。

  1、单机选型原则

  1、1 气量选型

  一般在选择气量的时候建议综合考虑用气量波动、白天和夜间用气分布、最大气量和最小气量、管路损耗、产能扩能等因素。整体气量已定的情况,建议尽量多台联控、工频+变频等方案。变频机建议尽量选用恒压后频率波动范围在60-100%之间,可以兼顾效率和调节功能。在选型的时候,一些经销商会有一个误区:能选用1台机器不选2台,客户承受的范围内能选多大就选多大的机器。这样会造成单台机器在使用中没有备用机器的情况发生;机器选型过大会频繁加卸载造成水分析出导致机油乳化失效,严重时会影响主机寿命。

  1.2 压力选择

  压力选择建议按照压力高低,线路分开的原则。比如5bar走低压管路,8bar走常压管路。分压供气可以避免用气终端形成二次“增压”和“减压”造成的浪费。现在大多用户会在6-8bar之间选一款机器通用,但“过压缩”和“欠压缩”的机器都会额外耗能,导致机组不节能。

  1.3 启动方式选择

  由于市场炒作,现在一窝蜂推荐变频螺杆机的做法不尽可取,就如汽车一样,只有在一定范围下的怠速才是最节能的工况,频繁的起停和过久的空车也费油。工频螺杆机加载率高、变频螺杆机恒压的频率适中可以保证压缩机处于最佳使用工况。以此为选型原则,建议多台机器选择工频+变频,多台联控的方式。

  1.4 控制方式选择

  压缩机常见的控制方式有:开/关式、加/卸载式、节流控制式、变速控制、多台空压机联控等。用户可以选择控制方式也可以特制机型。好的控制方式选择可以合理控制空载损耗和压差损耗,这些损耗多发生在高卸载率、高出使用压力的情况。

  2、站房选型

  2.1 整机选型

  选用比功率低的节能型压缩机,根据气量范围、波动情况、间歇用气等情况选用合适型式的压缩机。一般超过4台以上的压缩机不建议全部或过多数量应用变频调节。

  2.2 后处理选型

  目前应用的后处理设备种类繁多:冷干机、加热再生吸干机、无热吸干机、鼓风加热吸干机等,应综合比较耗电量和耗气量参数,合理选用节能型的后处理设备,优选变频控制的后处理设备。

  2.3 管路选型

  管路连接处的直角弯头对能效具有很大的破坏作用,直角弯头造成流动阻力加大,形成附加的做功点;直角弯头形成气体冲击,局部压力增大,造成压缩机持续运行于高气压状态,且容易卸载。对管路驳接点进行合理优化,能够显著降低能源损耗,该部分损耗几乎可以消除。

  压缩空气从统一的储气罐送出之后,经过各条管路向用气环节输送,高效的输送形式有单点菊花链状、多点环状,但一般情况下,用户因为考虑一次性投资的节省等原因,空气管路的走向往往不合理,造成压力损失过大,导致必须供应更高的气体压力。管路应满足用户对流量、压力的要求,在全生命周期内综合考虑成本因素的情况下,尽量降低管路的压力损失,同时尽量减少弯头、阀门、变径的应用。一般从整机到终端排气压力损失尽量控制在10%以内为佳。

  2.4 储气罐的选择

  通常螺杆空压机已经配备后冷却器,空压机排气为饱和压缩空气。常规配置是在干燥机和空压机之间配备储气罐和初滤器,那么压缩空气在储气罐中冷却后有冷凝水析出,因此最好将储气罐放在阴凉处并将冷凝水有效排出。储气罐的容量大小根据压缩机的输出量调节范围和用气量的变化需求来共同确定。

  在应用现场中,常常发生的问题是储气罐容量不足,由于容量较小,储能作用较差,气压波动大,造成压缩机反复加载和卸载,形成大量的能源浪费。通过增大储气罐,单次卸载时间超过一定时长,那么压缩机的卸载功耗会下降,达到节能效果。

  2.5 压缩机余热利用

  压缩空气的产生过程是较为复杂的,在气体压缩的过程中,发热程度较高,无油压缩机可达到100摄氏度以上,压缩机消耗的电能只有约20%转换为压缩空气动力,其余80%皆转换为热量,故压缩机的余热利用价值常常较高。

  使用压缩机运行过程中的热油、热空气进行换热,将热量传递到软水介质中,然后再将软水介质的热量再次换热,传递到用户所用的热水中实现余热的利用。 使用压缩机运行过程中的热能,产生高温热水,然后使用高温热水作为热源,驱动溴化锂机组制冷,能够产生冷冻水供应生产环节。

  3、智能节能

  3.1 监测项目

  压缩机排气量、排气压力、功率;干燥机的输出气量、露点、压力降;冷却水系统进/出水温度和压力,风机水泵的能耗;管网的压力、压力降、泄漏量等。

  3.2 节能控制点

  节能可以通过流量控制技术、变频调速、单点/多点压力调节控制、集中控制系统、干燥工艺改进、热回收、管网优化、泄漏监控、废气回收等多种方式的并用,做到最大程度的节能。

  3.3 节能控制

  通过数据采集建立起庞大的数据库,进而建立数学模型进行分析,找出内在的逻辑关系和相互之间的联系。系统可以通过采集的数据准确计算空压站的能效等级。根据不断的数据提取分析在哪个时段是用气的高峰,用气的波动范围是多少,压力露点波动等,利用大数据计算后给出预警,并提供合理的调整报告,设定压缩机一定范围内的气量、进出水量等参数调整,这样就可以做到精准节能。如果超出预定调整范围会推送给用户征得同意后自动调整。

  节能是一门很深的“学问”,需要多学科专业知识的支撑,理论和逻辑相对容易理解,但要做到实处并不断挖潜,则需要技术的沉淀和应用数据的收集和转化。



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