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    壓縮機網(wǎng) >維修>維修技術(shù)>正文

    空壓機節能減排改造與實(shí)踐

        【壓縮機網(wǎng)空壓機是工廠(chǎng)里最重要的機器設備之一,空壓機供氣領(lǐng)域能否應用變頻調速技術(shù),在節省電能的同時(shí)改善空壓機性能,提高供氣品質(zhì),降低生產(chǎn)設備故障率,延長(cháng)設備的使用壽命備受社會(huì )各界關(guān)注。為了節約能源,對企業(yè)原有的空壓站進(jìn)行節能減排技術(shù)改造,非常有必要。
     
      一、空壓機工作原理
     
      壓縮機是一種將氣體壓縮從而提高氣體壓力或輸送氣體的機器,螺桿式空壓機的工作原理包含四個(gè)過(guò)程:1)吸氣過(guò)程; 2)封閉及輸送過(guò)程;3)壓縮及噴油過(guò)程;4)排氣過(guò)程
     
    空壓機節能減排改造與實(shí)踐
     
      空氣壓縮機在出廠(chǎng)時(shí)配套的排氣壓力調節裝置,多數為關(guān)閉進(jìn)氣管式壓力調節器。其工作原理是當儲氣罐(風(fēng)包)內空氣壓力超過(guò)設定的壓力時(shí),壓縮機進(jìn)氣管上碟自動(dòng)關(guān)閉,壓縮機進(jìn)入空轉卸荷狀態(tài);當儲氣罐內的空氣壓力低于設定壓力時(shí),壓縮機進(jìn)氣管碟自動(dòng)開(kāi)啟,壓縮機又進(jìn)入到滿(mǎn)載工作狀態(tài)??諝鈮嚎s機的排氣量和壓力,在運轉中也不是不變的,常因工況變化導致用氣量變化,所以空氣壓縮機工作時(shí)總是在重復滿(mǎn)載-卸荷工作方式。滿(mǎn)載時(shí)的工作電流接近電動(dòng)機的額定電流,卸荷時(shí)的空轉電流約為30-50%電動(dòng)機額定電流,這部分電流不是做有用功,而是機械在額定轉速下的空轉損耗。
     
      這種機械式調節裝置雖然也能起到壓力調節作用,但是壓力調節精度低,壓力波動(dòng)大。壓縮機總是在額定轉速下工作,機械磨損大,電耗高??諌簷C自身存在著(zhù)以下幾個(gè)缺點(diǎn): (1) 當輸出壓力大于一定值時(shí),自動(dòng)打開(kāi)泄載閥,使異步電動(dòng)機空轉,嚴重浪費能源; (2) 異步電動(dòng)機易頻繁的啟動(dòng)、停止,影響電機的使用壽命; (3) 工作條件惡劣,噪音大; (4) 自動(dòng)化程度低,輸出壓力的調節是靠人為調節閥的開(kāi)度來(lái)實(shí)現的,調節速度慢,波動(dòng)大,不穩定,精度低; (5) 空壓機工頻啟動(dòng)電流大,對電網(wǎng)沖擊大,電機軸承磨損大,設備維護量大。針對以上存在的問(wèn)題,采用變頻器對空壓機進(jìn)行調節,實(shí)現空壓機恒壓運行勢在必行。
     
      二、公司螺桿式空壓機現狀
     
      2.1 空壓站分布情況
     
      空壓站主要工作是供應全廠(chǎng)壓縮空氣生產(chǎn)用氣。班組生產(chǎn)運作為常年二二制運行。班組有兩個(gè)站房輪流使用,每個(gè)站房各由三臺40立方螺桿式壓縮機和一臺20立方螺桿式壓縮機組成。
     
      2.2 空壓站現狀
     
      據調研,目前是工廠(chǎng)的生產(chǎn)淡季,空壓站運轉情況如下:
     
    空壓機節能減排改造與實(shí)踐
     
      3#空壓站配有壓力監控設備,實(shí)時(shí)監控廠(chǎng)里用氣情況,空壓站必須保證廠(chǎng)內管網(wǎng)的壓力。兩個(gè)空壓站的輪換使用周期為一年,2017年3月至2018年3月使用的是3站,2018年3月開(kāi)始使用的是2站,如果遇到故障、檢修等情況會(huì )暫時(shí)使用另一個(gè)站點(diǎn)。
     
      高壓站2、3、4號機,共有3臺高壓螺桿式空氣壓縮機,由于空氣壓縮機的拖動(dòng)電機本身不能調速,因此就不能直接使用壓力或流量的變動(dòng)來(lái)實(shí)現降速調節輸出功率的匹配,導致在用氣量少的時(shí)候電機仍然要空載運行,電能浪費巨大。
     
      2.3 壓縮機出口點(diǎn)壓力控制
     
      目前,壓縮機的出口點(diǎn)壓力控制是操作員根據工作經(jīng)驗,手動(dòng)控制壓縮機的開(kāi)啟和關(guān)閉,來(lái)滿(mǎn)足廠(chǎng)內用氣需要?,F在,一般設定壓縮機出口壓力不超過(guò)0.78MPa,正常運行保持在0.76MPa左右。2#站的設備帶有自動(dòng)卸載功能,壓力到了警戒值會(huì )自動(dòng)放氣減壓,到達0.71MPa會(huì )再次加載,這之間有0.05MPa的壓差。3#站的設備的減壓方式是采用自動(dòng)減小進(jìn)氣口,來(lái)減小出口壓力。另外,高峰用能時(shí)間段,設備保持在加載狀態(tài),夜班時(shí)段,設備加減載頻繁。
     
      若能采用自動(dòng)控制和變頻調速技術(shù),將四臺空壓機實(shí)行自動(dòng)控制,可以實(shí)現互為熱備自動(dòng)運行,穩定輸出生產(chǎn)要求所需的穩定氣壓,減少機械維修工作量,延長(cháng)空壓機的使用壽命。另外,當流量需要量減少時(shí),就可降低電動(dòng)機的轉速,從而較大幅度減小電動(dòng)機的運行功率,也可以實(shí)現節能的目的。
     
      三、變頻改造的嘗試
     
      3.1 空氣壓縮機變頻節能原理
     
      經(jīng)常卸載和加載導致整個(gè)氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化,不能保持恒定的工作壓力延長(cháng)壓縮機的使用壽命??諌簷C的有些調節方式(如調節閥門(mén)或調節卸載等方式)即使在需要流量較小的情況下,由于電機轉速不變,電機功率下降幅度比較小。根據空氣壓縮理論,壓縮機的軸功率、排氣量和軸轉速符合下列公式:
     
      N=Mr×n/9553(kW)      (1-1)
     
      Vd1=K×Vh1×n2(m3/min)  (1-2)
     
      式中:N-壓縮機的軸功率(kW)
     
      Mr-壓縮機輸入的平均軸轉矩(N.m)
     
      n-壓縮機的軸轉速(r/min)
     
      Vd1-在n2轉速下的排氣量(m3/min)
     
      K-與汽缸容積、壓力、溫度和泄漏有關(guān)的系數
     
      Vh1-一級缸容積(m3 )
     
      n2-調節后的壓縮機轉速(r/min)
     
      根據上述理論分析,在空氣壓縮機的汽缸容積不能改變的條件下,只有調節壓縮機的轉速才能改變排氣量;空氣壓縮機是恒轉矩負載,壓縮機軸功率與轉速呈正比變化。在壓縮機總排氣量大于總用氣量時(shí),通過(guò)降低壓縮機轉速調節供風(fēng)壓力,是達到壓縮機經(jīng)濟運行的有效方法。
     
    空壓機節能減排改造與實(shí)踐
     
      3.2 可行性分析
     
      3.2.1 編制依據
     
      節能減排改造項目工程總投資預算123.4萬(wàn)元,概況如表3。
     
     
      3.2.2 預計節能情況
     
      設備用電情況,其中包括空壓站3年的用電用能情況。根據企業(yè)內部成本核算,電費單價(jià)為0.8元/kWh。希望能計算出,節能改造后每月的節能量和節能費用,以便計算投資回收期。
     
      依據前面分析,空壓站3年平均電費2489992.3 元,改造后保守預計年節約電費21萬(wàn)元。
     
      3.2.3 投資收益分析
     
     ?。?)節能改造靜態(tài)投資回收期=91.28/21=4.3年;
     
     ?。?)工程總投資靜態(tài)投資回收期=123.4/21=5.8年。
     
      備注:
     
      以上預算是估計值,在改造中會(huì )根據實(shí)際情況有變化。
     
      節能中心的場(chǎng)地需要上電公司提供。
     
      節能中心的裝修預算將根據場(chǎng)地的情況再做計劃,費用另計。
     
      3.2.4 投資和收益分享
     
      3.2.4.1 項目投資
     
      節能減排改造項目擬采用合同能源管理模式的節能效益分享型實(shí)施,該項目投資資金甲乙雙方承擔如表4:
     
    空壓機節能減排改造與實(shí)踐
     
      3.2.4.2 合同期收益
     
      計劃合同期為八年,在此期間內雙方各自分享項目年節電效益,乙方通過(guò)部分分享項目的年節電效益來(lái)回收該項目的投資及合理利潤。同時(shí),由于乙方承擔額外的能源檢測中心建設費用,乙方分享的節能效益比例合同期內較高,如表5。
    空壓機節能減排改造與實(shí)踐
     
      四、改造方案實(shí)施
     
      空壓機采用變頻調速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣控制時(shí),系統原理框圖如圖2所示。
     
    空壓機節能減排改造與實(shí)踐
     
      變頻器將管網(wǎng)壓力作為控制對象,裝在儲氣管出氣口的壓力變送器將儲氣罐的壓力轉變?yōu)?-20mA電信號送到變頻器內部,與壓力給定值進(jìn)行比較,并根據差值的大小進(jìn)行運算,產(chǎn)生控制信號去控制變頻器的運行頻率,從而調整電動(dòng)機的轉速。那么空壓機輸出相應的壓縮空氣至儲氣罐,使之壓力變化,直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同,從而使實(shí)際壓力始終維持在給定壓力。整個(gè)控制過(guò)程如下:用氣需求↑—管路氣壓↓—壓力設定值與返饋值的差值↑—變頻器輸出頻率↑—空壓機電機轉速↑—供氣流量↑—管路氣壓趨于穩定。
     
      所以,保持管道中的氣壓恒定,就可保證該處供氣能力恰好滿(mǎn)足用氣需求,這就是恒壓供氣系統所要達到的目的。
     
      五、空壓機變頻改造總結的分析
     
      經(jīng)過(guò)改造后,空壓機電機從靜止到旋轉工作可由變頻器來(lái)啟動(dòng),實(shí)現了軟啟動(dòng),避免了啟動(dòng)沖擊電流和啟動(dòng)給空壓機帶來(lái)的機械沖擊,從而達到空壓機省電、節能、環(huán)保、減排、降低磨損、延長(cháng)壽命、安全可靠的目的。
     
      4.1 節約能源
     
      變頻器控制壓縮機與傳統控制的壓縮機比較,能源節約是最有實(shí)際意義的,根據空氣量需求來(lái)供給的壓縮機工況是經(jīng)濟的運行狀態(tài)。
     
      4.2 運行成本降低
     
      傳統壓縮機的運行成本由三項組成:初始采購成本、維護成本和能源成本。其中能源成本和維護成本占壓縮機運行成本的主要部分。通過(guò)能源成本降低,再加上變頻起動(dòng)后對設備的沖擊減少,維護和維修量也跟隨降低,所以運行成本將大大降低。
     
      4.3 輸出壓力穩定
     
      變頻控制系統具有精確的壓力控制能力,使空壓機的空氣壓力輸出與用戶(hù)空氣系統所需的氣量相匹配。變頻控制空壓機的輸出氣量隨著(zhù)電機轉速的改變而改變。由于變頻控制電機速度的精度提高,所以它可以使管網(wǎng)的系統壓力變化保持在穩定的變化范圍,有效地提高了工況的質(zhì)量。
     
      4.4 延長(cháng)空壓機的使用壽命
     
      變頻器從0Hz起動(dòng)空壓機,它的起動(dòng)加速時(shí)間可以調整,從而減少起動(dòng)時(shí)對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊,增強系統的可靠性,使壓縮機的使用壽命延長(cháng)。此外,變頻控制能夠減少機組起動(dòng)時(shí)電流波動(dòng),這一波動(dòng)電流會(huì )影響電網(wǎng)和其它設備的用電,變頻器能夠有效的將起動(dòng)電流的峰值減少到最低程度。
     
      4.5、降低了空壓機的噪音
     
      根據壓縮機的工況要求,變頻調速改造后,電機運轉速度明顯減慢,因此有效地降低了空壓機運行時(shí)的噪音。
     
      參考文獻
     
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      [2] 中國空壓機網(wǎng)站
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