技术
TECHNIQUE

变频压缩机在制模吹塑领域的节能应用

  模塑和吹塑塑料应用
 
  该工厂每周5天,三班制地生产模制和吹塑塑料部件。生产和维护有时会在周末进行,需要空气压缩机以24×7的频率运行,因此通常的做法是使压缩空气系统始终处于加压状态。该系统由三台定频螺杆压缩机组成,一台功率为150匹,其它两台为125匹,每台均由自身压缩机控制器控制。该系统还配备了冷冻式空气干燥机。流量曲线基本稳定,但偶尔也会因生产负荷起伏而变化很大。
 
  压缩空气系统的初步评估
 
  应当地能源公司要求,该企业对系统进行了节能评估,用数据记录仪测试689.5KPa的系统,显示由于压缩机的进气调节,导致该压缩空气系统运行效率低下。在进气调节控制中,进气阀控制压缩机的进气,从而响应系统压力变化而调节压缩机的供气量。如图1所示,随着系统压力的升高时,压缩机进气阀开度减小,使压缩机的电流也随之减少,但其它几台125匹功率的压缩机的电流则随系统压力升高而升高,在压力降低时降低。这说明功率小的这几台压缩机没有调节,而处于最大容量,进气阀处于完全打开状态。
 
变频压缩机在制模吹塑领域的节能应用
 
  在图表的中心,对应于一个周末,随着压力的升高,125匹压缩机的电流开始下降。这是进气阀在低负载下关闭的信号,也是最坏的情况,两个调节压缩机分担负载。图2是这种类型压缩机的进气阀处于完全关闭位置的照片。
 
  此外,现场发现,第三台压缩机的电流要低得多。该压缩机在配置文件的前三分之一处空载运行,并且已部分手动关闭,可以看到即使电动机未运行,该装置仍在消耗电流。这是由于安装的功率因数校正电容器在通电时消耗电流(而不是功率)。
 
  像这样的配置在基于电流(当时未安装流量计)估算流量方面存在着问题,因为电流的降低可能意味着两种不同的情况,即压降时满负荷或调节压缩机在部分载荷下运行。在这种情况下,必须谨慎模拟流量曲线,以便可以准确计算估计的节省量。
 
变频压缩机在制模吹塑领域的节能应用
 
  系统评估员发现,每年的能耗为274万千瓦时,按每千瓦时10美分的成本,每年相当于267,000美元,同时产量约38.92m3/min。该能耗约占设施总电力消耗的10%。计算得出的系统比功率为8.036kW/m3·min-1,该数值与相同大小的空气压缩系统处于同等量级。
 
  该能源公司计算出,通过对工厂采取各种节能措施,可以节省约35%的成本,而且节省的成本可以用来承担实行这些节能措施的费用。
 
变频压缩机在制模吹塑领域的节能应用
 
  变频压缩机的集中控制
 
  能源公司的第一个建议是控制压缩机。调节是在部分负载下运行压缩机的最差方法之一,而改善措施包括三项保护措施。首先是将一台较旧的压缩机升级为效率更高的两级变频压缩机。这有可能更新空气压缩生产系统,提供更高的效率,并提供出色的部分负荷调节能力以适应变工况。能源公司建议使用压缩机变频器,以对其余的基本压缩机(包括其余的150匹和125匹)进行良好的控制。同时,增加了一个大型储罐,其大小为7.57m3,使得控制压缩机变得更容易。
 
  所选的控制器具有节能模式,能够根据系统负载选择合适尺寸的压缩机运行,变频压缩机在部分负载的时候,控制器始终会保持这种能效模式。控制器监测空气干燥器出口的压力,并控制由干燥器和过滤器压差引起的典型压降。控制器以这种方式连接到主控压缩机,以便在设备运行时强制它们达到满负荷。相反,如果不需要压缩机,则设备将通过其自身的自动启动控件卸载并关闭压缩机。实际加载验证显示该控制方法非常有效,主控压缩机在整个最终配置中的空载运行时间仅为1%。
变频压缩机在制模吹塑领域的节能应用
 
  应对空气压缩干燥器和过滤器的人工需求
 
  能源公司建议对系统进行其它更改。空气干燥器为非循环装置,始终消耗约8kW的电量,即使关闭相关的空气压缩机,这也几乎是满额定功率。能源公司建议购买一台新的热质干燥器,该干燥器的尺寸适用于所有压缩机,以与压缩空气生产中的湿气负荷成比例地降低功率。图4显示了其控制跟踪节能情况。与类似规模的非循环设备相比,总体节省了78%。
 
  通过安装平均压降约为3.45KPa的除雾式主过滤器可解决通常20.69~34.48KPa的过滤器压力损失。在过滤器,干燥机和压缩机上安装了无空气的排水口,以减少压缩空气的损失。
 
  生产负荷与压力相关,因此工厂压力越高,机器所需的空气就越多(称为人工需求)。该能源公司建议安装流量控制器(图5),以将设备压力调节至较低水平,同时保持压缩机压力稍高一些。这样可以对压缩机进行良好的控制,同时也不会影响工厂的生产水平。
变频压缩机在制模吹塑领域的节能应用
 
  能源审计节省结果
 
  改造完成安装后,能源公司返回并查看数据记录。记录表明该系统的能耗约1242200kWh,同时产生约29.4m3/min的压缩空气。这样可以节省55%的能源,与预测值有很大不同,最大的变化是该工厂在周末关闭系统以节省能源。系统运行时的比功率现在为6.6kW/m3·min-1,这意味着压缩空气生产能耗可节省约18%。节省的其余部分归因于压缩空气流量的减少和运行时间的减少。在这种情况下,能源公司奖励其超过100,000美元,并将新设备的简单投资回收率降低到3年以下的可接受水平。
 
变频压缩机在制模吹塑领域的节能应用
 
  后续的压缩空气数据记录发现问题
 
  数年后,能源公司批准了压缩空气供应商的另一次数据记录,以检查原始验证中的节能是否还在持续。评估发现,大多数压缩空气生产设备运行正常,但不幸的是,压缩机控制器出现故障,而工厂操作人员却不知道。这就说明,即使有可用的高效两级压缩机,压缩机控制器维护不当,也会导致其中一台压缩机在周末继续运行,该工厂无法监控压缩空气系统的效率,因此能源效率不经意间下降了。工厂与能源公司讨论后意识到了这一点,并纠正了情况。
 
变频压缩机在制模吹塑领域的节能应用
 
  结论
 
  该项目表明,不仅可以更换压缩机,而且可以通过使用智能控制器和增加存储容量来校正控制,从而可以节省大量成本。另外,高效的空气干燥器和流量控制可以带来更多的节省,而且仅在非生产时间内关闭压缩机这一项措施就可以节省大量资金。但需要注意的是,尽管工厂已经进行了良好的控制,但数据记录表明,如果不监视系统效率,则随着时间的推移,系统的运行效率可能会降低或者失效,这需要企业特别注意。
 
 

  • 温馨提示:如果您喜欢本文,请与我们联系索取原文。
    E-mail: magazine@compressor.cn