壓縮空氣以其安全、環(huán)保、調(diào)節(jié)性能好、傳輸方便、便于集中管理和應(yīng)用等特點(diǎn),在工業(yè)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用,隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和設(shè)備的更新?lián)Q代,自動化程度越來越高,壓縮空氣在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用越來越廣泛,在很多工業(yè)企業(yè)中已經(jīng)成為了繼電力能源后第二大動力能源。壓縮空氣作為能源雖具有上述特點(diǎn),但其能耗的產(chǎn)出比約為1：7,屬于耗能大戶。
一、空壓機(jī)的節(jié)能潛力分析
空壓站設(shè)備主要由空壓機(jī)、干燥機(jī)過濾裝置、排污裝置組成。而空壓機(jī)作為壓縮空氣的制造設(shè)備,其節(jié)能潛力也是最大的。在設(shè)備的運(yùn)行過程中一定要根據(jù)具體的空壓機(jī)類型及具體的用氣環(huán)境考慮空壓機(jī)的節(jié)能潛力。下面對空壓站最常見的螺桿機(jī)和離心機(jī)這兩種機(jī)型節(jié)能潛力進(jìn)行分析。
首先要考慮的是降低空壓機(jī)的排氣壓力。由于空壓站建設(shè)的目的是為了體現(xiàn)集中供氣的優(yōu)勢,所以首先要根據(jù)企業(yè)內(nèi)各用氣元的最低實(shí)際需求壓力來設(shè)定排氣壓力點(diǎn),盡可能地降低空壓機(jī)的排氣壓力。在空壓機(jī)的產(chǎn)氣范圍內(nèi),其產(chǎn)氣量是與排氣壓力成反比的。所以降低壓力也就意味著提高空壓機(jī)的產(chǎn)氣量。壓力每降低0.01MPa,其產(chǎn)氣能耗可降低3%-5%。
螺桿式空壓機(jī)為容積型壓縮機(jī),在節(jié)能上首選加裝變頻器,有可能的條件下,在空壓站初期建設(shè)時可優(yōu)先考慮變頻式螺桿機(jī)由于變頻式螺桿機(jī)的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍雖可達(dá)到30%～100%,所以不論前期的變頻壓縮機(jī)的選擇，還是后期壓縮機(jī)的變頻改造,一定要考慮好所需調(diào)節(jié)氣量范圍,進(jìn)行針對性的選擇和改造。
離心機(jī)控制模式主要有兩種,一種是恒壓控制,另一種為加卸載控制。雖然加卸載為運(yùn)行方式相對節(jié)能,但是由于加卸載控制方式運(yùn)行時,在加卸載過程轉(zhuǎn)換時,離心機(jī)的軸承受力方向發(fā)生相反的變化,對空壓機(jī)的損害較大,且對供氣壓力會產(chǎn)生一定的波動,所以一般情況下,離心機(jī)運(yùn)行方式都選擇恒壓控制模式。在恒壓控制模式下,離心機(jī)的節(jié)能調(diào)節(jié)空間約在產(chǎn)氣量的70%-100%。當(dāng)超出此范圍時,空壓機(jī)將進(jìn)行放空以實(shí)現(xiàn)恒壓控制,造成很大的浪費(fèi)。當(dāng)使用其環(huán)境較穩(wěn)定時,可以通過對其中1臺或多臺空壓機(jī)實(shí)現(xiàn)上限電流控制,人為地降低產(chǎn)氣量。同時使其中1臺空壓機(jī)壓力在70%-100%范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒壓調(diào)節(jié)控制,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行的目的。通過此功能控制方式,可很好地?cái)U(kuò)大離心機(jī)的恒壓控制調(diào)節(jié)范圍,在多臺離心機(jī)并聯(lián)集中供氣環(huán)境節(jié)能潛力很大。
二、后處理設(shè)備的節(jié)能潛力分析
后處理設(shè)備作為空壓機(jī)配套的設(shè)備,主要對壓縮空氣進(jìn)行干燥處理,進(jìn)而降低壓縮空氣的露點(diǎn)溫度。根據(jù)露點(diǎn)溫度的需求不同,目前企業(yè)內(nèi)最常見的后處理設(shè)備有冷凍式干燥機(jī)、吸附式干燥機(jī)及組合式干燥機(jī)。冷凍式干燥機(jī)的露點(diǎn)溫度一般在2℃～10℃,吸附式干燥機(jī)的露點(diǎn)溫度可達(dá)到一40℃,而組合式干燥機(jī)的露點(diǎn)溫度可達(dá)到一70℃。而在實(shí)際的壓縮空氣供應(yīng)過程中,實(shí)際供應(yīng)壓縮空氣露點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際需求露點(diǎn),而露點(diǎn)的獲得是通過能源的消耗獲得。所以后處理設(shè)備的節(jié)能潛力就是要考慮通過采取措施，適當(dāng)?shù)靥岣呗饵c(diǎn)溫度實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。在對露點(diǎn)溫度無要求或者要求不高的環(huán)境,可直接選擇冷凍式干燥機(jī),與吸附式干燥機(jī)相比,經(jīng)過后處理設(shè)備時的壓差可降低0.03MPa。僅此一項(xiàng),可降低能耗的9%-15%。
對于露點(diǎn)溫度要求較高的用氣環(huán)境,一般大部分都使用的是吸附式干燥機(jī)。吸附式干燥機(jī)按再生方式又分為無熱再生和加熱再生。對于無熱再生吸附干燥機(jī),其再生用壓縮空氣可達(dá)到處理氣量的15%,可以通過降低再生壓力或者延長再生周期來降低再生用氣量,從而實(shí)現(xiàn)降低能源消耗的目的。
同樣加熱再生吸附式干燥機(jī)可通過降低再生的溫度來降低電能的消耗。由冷凍式干燥機(jī)與吸附式干燥機(jī)組合而成的組合式干燥機(jī),除了上述的節(jié)能措施調(diào)整外,在冬季時,由于環(huán)境空氣溫度已經(jīng)在0℃以下，所以可以選擇降低冷干機(jī)的負(fù)荷或停運(yùn)冷干機(jī)的方式進(jìn)行節(jié)能運(yùn)行。
在使用離心機(jī)或無油螺桿機(jī)處,由于其末級排氣溫度可達(dá)到125-145℃,所以可以通過余熱利用的方式,改變壓吸附式干燥機(jī)為變溫吸附式干燥機(jī)。通過此項(xiàng)改造,最大可以節(jié)約15%的再生用氣。同時可降低離心機(jī)或螺桿機(jī)的末級排氣壓差0.01MPa,可節(jié)約空壓機(jī)能耗3%～5%。
三、過濾裝置的節(jié)能潛力分析
壓力降一般指從空壓機(jī)排氣到用戶單元的整個輸送過程中產(chǎn)生的壓力降低總和。壓力降每增加0.01MPa,其功耗就會增加3%～5%,所以怎樣降低壓縮空氣系統(tǒng)輸送過程中的壓力降，是降低壓縮空氣系統(tǒng)功耗的一個重點(diǎn)工作。在壓縮空氣制造過程中,其壓力降主要體現(xiàn)在后處理設(shè)備及壓縮空氣系統(tǒng)各油氣分離器、氣水分離器、精密過濾器等各類過濾裝置上。過濾器是為了保證輸送壓縮空氣的潔凈度、露點(diǎn)溫度、含油量所必須具有的設(shè)備,所以過濾裝置濾芯要根據(jù)不同時期壓縮空氣的質(zhì)量定期更換。延長各類過濾器芯的做法并不是節(jié)約成本,相反會增加能耗成本。以一臺90kW的壓縮機(jī)為例,在濾芯的壓差為0.07MPa時將濾芯的壽命每增加1個月,其相應(yīng)的能耗增加為950×0.005×7×550=18287kWh,按照每度電0.7元計(jì)算,其每月增加能耗為12801元。
四、排凝裝置節(jié)能潛力分析
在壓縮空氣的制造過程中,由于空氣被壓縮后會達(dá)到飽和狀態(tài),在一定的壓力溫度條件下,會有很多的液態(tài)水出現(xiàn),這樣在整個壓縮空氣系統(tǒng)過程中就需要及時排出液態(tài)水,否則會造成設(shè)備的嚴(yán)重故障。在排出冷凝水的過程中,會伴隨排出壓縮空氣而排出去的這部分壓縮空氣就是排凝裝置的節(jié)能潛力所在。根據(jù)氣體動力的放空量計(jì)算公式：
Qv=113SP×sqrt (273/T)(L/min)(1)
式中:S-面積,mm2P-絕壓,MPaT-溫度,K
通過公式(1)可以算出,假設(shè)直徑為4mm,在0MPa排空時,每分鐘排氣量約lm3相當(dāng)于每分鐘浪費(fèi)約7kW的電量。在整個壓縮空氣的制造工藝過程中,基本上每個壓力容器底部都有排凝口,如壓縮機(jī)的各級冷凝器、儲氣罐、各精密過濾器等,這些容器的排污都是通過排水器實(shí)現(xiàn),因此都或多或少存在著能源浪費(fèi)現(xiàn)象。如何選擇排水器很大程度上決定排凝過程中能源的浪費(fèi)情況。排污閥門的控制形式常見的有閥門直排、時間控制排污、浮球控制排污、電子控制排水污。每個排污閥門的控制方式都有自己的特點(diǎn),在保證設(shè)備的正常工作狀態(tài)下首選無壓力損失、無能源損耗排水方式。通過降低壓力損失達(dá)到節(jié)能的目的。
常見排污方式對比見表1
根據(jù)表1可以看出,常見的冷凝水的排放設(shè)施以選擇浮球控制調(diào)節(jié)的排污裝置相對節(jié)能,但常見的浮球閥由于排污口和排污量較小,使用場合有一定的局限性。目前美國Ingersollrand公司開發(fā)的氣動無損閥及德國BEKO開發(fā)的電容式自動疏水器都是為了在使用防堵塞、排凝量大、防腐蝕的環(huán)境設(shè)計(jì),在排水過程中只排水不排壓縮空氣,杜絕了因排凝造成的壓縮空氣浪費(fèi)。
五、結(jié)語
空壓站作為壓縮空氣生產(chǎn)和供應(yīng)站房,是壓縮空氣系統(tǒng)中節(jié)能的重要的環(huán)節(jié)。在保證設(shè)備安全,穩(wěn)定供氣的過程中,要通過技術(shù)的角度去分析各生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)中存在節(jié)能潛力,使壓縮空氣的制作成本能耗降到更低。
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