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浅析影响空压机经济性运行因素

   压缩机以其种类多样,用途广泛被称为“通用机械”,常应用于石油、化工、冶金以及国防工业中。如何高效运行空气压缩机是研究者共同的目的,为此,国内外很多学者对此进行探索。通过一定的试验检测,分析变速压缩机电流频率并对其效能、能量消耗以及经济性能进行评价及优化,进而确定了压缩机最佳工况。根据热力学第一定律,建立空气压缩机能耗模型,计算了空气压缩机进口空气湿度和温度对空气压缩机运行能耗的影响,旨在探究外界因素对空气压缩机经济性运行的影响程度。
 
  1. 空气压缩机能耗模型建立
 
  为了分析干、湿空气对空气压缩机运行能耗的影响,假设空气压缩机压缩前后没有相态的改变;压缩过程极短;空气压缩过程中不与外界换热,绝热压缩。基于以上假设,空气压缩时可视为压缩理想气体,若干、湿空气具有相同的初始状态,并且在相同大气压,增压比不变的情况下,有理想气体状态方程,即:PV干=R干T PV湿=R湿T
 
  式中:P为空气的进口压力,MPa;V干,V湿分别为湿空气和干空气的比容,m3/kg;R干、R湿分别为湿空气和干空气气体常数,J/(KgK);T为干,湿空气的进口温度,K。
 
  2. 理论分析
 
  基于压缩前后无相态变化,压缩过程极短等假设,此时干、湿空气可认为是理想气体。当初始温度、压力相同时,湿空气气体常数较干空气大,因此湿空气的比热容较干空气小。此时,初始状态相同,相等质量和压缩比的干湿状态,绝热压缩过程,湿空气要比干空气多耗一定的功耗,用干湿空气单位耗能计算公式。
 
  3. 空气湿度对空气压缩机能耗影响
 
  在实际工程中,空气压缩机大多直接吸入大气中的空气很少做除湿前处理,因此,空气压缩机吸入湿空气量大。以陕西地区空气压缩机为例,根据有关文献方法计算,计算结果见表1。空气压缩机流量Q=2298m3/h,大气压力Pd=0.1MPa,大气温度t=29℃,空气含湿量d=60%,空气压缩机压缩比P2/P1=8.3。
 
浅析影响空压机经济性运行因素
 
  由表1可知,相同条件下湿空气(相对湿度为60%)比干空气每小时多耗能1.23kWH。每天按24小时运行,1年假设运行300天,可知干空气比湿空气(相对湿度60%)每年少耗能15225kWH,比湿空气(相对湿度70%)每年少耗能25995kWH,比湿空气(相对湿度90%)每年少耗能15551kWH,节能效果非常明显。
 
  通过进一步分析可知,空气的湿度进一步增大,空气压缩机的单位能耗也将进一步增大。但实际上相对湿度在10%~50%之间,能耗随相对湿度增大几乎呈线性关系,增长速率较为均匀;相对湿度在50%~60%之间,能耗随相对湿度的增大骤然增大;在相对湿度大于60%时,随着相对湿度的增大,能耗变化趋势有所变缓。
 
  4. 空气湿度对空气压缩机的其它影响
 
  空气的湿度是随空气状态的改变而改变的,在空气受到压缩时,其温度上升,相对湿度降低;当压缩后的空气膨胀,空气的温度下降,其相对湿度增大,并通常将有水分析出(表2)。
浅析影响空压机经济性运行因素
 
  5. 进口温度对空气压缩机能耗影响
 
  在出口温度及压力不变的情况下,即增压比以及出口温度不变时,-40℃较40℃每小时多耗能高达66.49kWh,通过对比可以看出进口温度对压缩机的能耗影响更加明显。
 
  当空气压缩机的出口温度不变以及压缩比不变的情况下,空气压缩机的能耗随进口温度的增加急剧减小,几乎呈线性状态。由此可以得出结论,提高空气压缩机的进口温度有利于空气压缩机的节能运行。
 
浅析影响空压机经济性运行因素
 
  6. 结论
 
  空气压缩机运行时,在相同条件下干空气较湿空气节能;在出口温度以及增压比不变的情况下,提高空气压缩机的进口温度有利于空气压缩机经济运行。因此,建议在空气压缩机进口处加装空气干燥装置以及空气预热装置,以降低空气的相对湿度和提高进口空气温度保证空气压缩机经济运行。
 
  实际上,压缩空气实际运行的经济性不仅和自身设计密切相关,还和大气的相对湿度以及温度有很大关系。因此,空气压缩机在不同的地区和不同的季节使用中,压缩空气要想取得最佳的运行效果,空气压缩机在设计上要综合考虑各种因素对空气压缩机的性能影响。压缩空气站点选择也是非常重要的,良好的通风环境,空气压缩机能够吸入自然界新鲜舒适的空气,才能提高效率,减少能源的消耗,取得最大经济性运行。
 
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