【壓縮機網(wǎng)】壓縮空氣技術(shù)走向高效時(shí)代

　　——2019壓縮空氣技術(shù)的發(fā)展趨勢報告

　　壓縮空氣是除電力之外，在工業(yè)和商貿領(lǐng)域中使用最廣泛的能源。它的廣泛應用是源于其易于操作、速度快、功率密度高、安全且具有很好的兼容性等特點(diǎn)，但它較高的成本也不容忽視……

　　壓縮空氣是除電力之外，在工業(yè)和商貿領(lǐng)域中使用最廣泛的能源。它的廣泛應用是源于其易于操作、速度快、功率密度高、安全且具有很好的兼容性等特點(diǎn)，但它較高的成本也不容忽視。因此，了解并最大程度地利用好所有的節約潛力十分重要。實(shí)現這一目標最快捷有效的辦法就是解決泄露的問(wèn)題。毫無(wú)泄露的密封對于壓縮空氣用戶(hù)一般是做不到的，約有30%的壓縮空氣都是無(wú)意地逃逸到環(huán)境中去的。

　　無(wú)論是空壓機站的設備還是控制軟件的更新升級，Boge公司都會(huì )從壓縮空氣系統的審核檢驗開(kāi)始，了解空壓機站的當前實(shí)際狀況，并在用戶(hù)現場(chǎng)安裝箱式測量?jì)x，以及用兩周的時(shí)間采集、記錄用戶(hù)空壓機站的壓縮空氣使用和控制狀況的數據，最終專(zhuān)家根據采集的數據估算出優(yōu)化的潛力大小。優(yōu)化的重點(diǎn)是余熱利用、使用更高級別的控制系統、調節各臺空壓機的轉速（變頻）和利用更加高效的壓縮空氣制備。

 

　　壓縮空氣的分配網(wǎng)絡(luò )

　　合理的壓縮空氣分配網(wǎng)絡(luò )對于提高壓縮空氣利用的經(jīng)濟性是至關(guān)重要的。德國機械制造業(yè)協(xié)會(huì )VDMA于2018年夏季起草了行業(yè)標準15391-1“壓縮空氣分配—經(jīng)濟和安全規劃—第1部分：規劃設計和新安裝設備”，該部分共計86頁(yè)，為廣大壓縮空氣系統設計者提供了內容豐富的輔助設計工具。

　　通過(guò)本文介紹的實(shí)例，用戶(hù)可以清楚地了解壓縮空氣分配網(wǎng)絡(luò )的重要性。Bode Chemie公司通過(guò)空壓機站的技術(shù)改造每年能減少30多萬(wàn)kW的電力消耗和160t左右的CO2排放量。例如將某公司原來(lái)分布在2座廠(chǎng)房建筑中（安裝使用了共計3臺空壓機）的分散式壓縮空氣供應網(wǎng)絡(luò )也被全部重新改造。新建的壓縮空氣系統的核心是將所有的空壓機都放置在一個(gè)房間里進(jìn)行控制管理，并使用Atlas公司研發(fā)生產(chǎn)的可調轉速的、噴油潤滑的GA 45 VSD型螺桿式空氣壓縮機。原來(lái)的3臺空壓機也移到新的空壓機站，并納入到新的壓縮空氣供應系統中，因此整個(gè)壓縮空氣供應系統有著(zhù)很高的峰值緩沖性能和所需的冗余儲備。所采用的技術(shù)改造措施也將工作壓力從原來(lái)的0.95MPa降低到了0.7MPa。壓縮和發(fā)熱是緊密相關(guān)的，正如這次技術(shù)改造再次證實(shí)的那樣，由altAIRnetive 公司研發(fā)的“壓縮空氣+熱電廠(chǎng)”技術(shù)原理是利用燃燒天然氣的內燃機產(chǎn)生驅動(dòng)空氣壓縮機的工作動(dòng)力 ，這一做法的機械功率為26～300kW，始流溫度為108℃，其有效地將空氣壓縮和生產(chǎn)熱能結合到了一起。其優(yōu)點(diǎn)是幾乎沒(méi)有效率損失，因為壓縮空氣時(shí)產(chǎn)生的熱量幾乎全部被利用于生產(chǎn)過(guò)程，而不是像傳統的空壓機那樣釋放到環(huán)境大氣中?？諝鈮嚎s時(shí)產(chǎn)生的熱與內燃機產(chǎn)生的熱相結合產(chǎn)生的熱效率與現代化加熱系統相當，據供應商介紹說(shuō)如今幾乎是“零損耗”地使用壓縮空氣了，整套設備的投資回收期平均不到兩年半。

 

　　壓縮空氣的綠色電力

　　此外，“壓縮空氣+蓄能發(fā)電廠(chǎng)”（簡(jiǎn)稱(chēng)為CAES）的技術(shù)模式也十分重要。盡管我們對壓縮空氣+蓄能發(fā)電的理解還不夠深刻全面，但這一技術(shù)能夠長(cháng)期和經(jīng)濟的儲存綠色電力。Atlas公司介紹說(shuō)其工作原理相當于抽水蓄能發(fā)電廠(chǎng)，在電力供應過(guò)剩時(shí)，空壓機將空氣壓縮成很高壓縮比的壓縮空氣。在1～20MPa之間，根據這一系統的不同類(lèi)型，可以達到不同的壓力。同時(shí)，這種方式壓縮的空氣暫時(shí)存放在合適的容器中。

　　在使用這些壓縮空氣時(shí)，利用儲存的壓縮空氣驅動(dòng)渦輪機組（渦輪機加發(fā)電機）減壓，產(chǎn)生的電力可以饋送到電網(wǎng)中去。為了能夠在實(shí)踐中直接應用這種新技術(shù)，Atlas公司與Schleswig-Holstein地區的社區風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)進(jìn)行了合作，總結出了A-CAES（絕熱式）壓縮空氣蓄能發(fā)電系統的關(guān)鍵數據。得出的結論是與其它電力儲存系統相比，這一系統更加經(jīng)濟。此外，A-CAES還具有理論上無(wú)限次循環(huán)利用的優(yōu)勢。傳統的電力儲存方式會(huì )出現蓄電池和氫燃料電池老化的問(wèn)題，并因其老化而失去儲存電力的能力，從而降低了儲存電力的性能，但A-CAES系統的使用壽命僅受機械零部件和很小的縮水因素的影響。

 

　　發(fā)散式的空壓網(wǎng)絡(luò )

　　Boge公司還提供全新的檢測分析服務(wù)，并將這種檢測分析服務(wù)作為公司持續改進(jìn)計劃中（簡(jiǎn)稱(chēng)CIP）的一個(gè)部分。這么做是為了使聯(lián)網(wǎng)的空氣壓縮機連續不斷地提供傳感器檢測到的空壓機工作狀況數據，然后氣動(dòng)技術(shù)軟件可以對這些數據進(jìn)行評判。例如當空壓機動(dòng)力裝置出現異常時(shí)，用戶(hù)的移動(dòng)終端設備就會(huì )收到提示消息。這一軟件系統還能夠提供空壓機工作運行情況的預報，即空壓機可能出現的磨損警報。

　　CIP不斷地驗證空壓機的機械性能，并向生產(chǎn)廠(chǎng)家提供相應的數據。生產(chǎn)廠(chǎng)家對這些數據進(jìn)行分析，從而找出改進(jìn)優(yōu)化的潛力，例如找出進(jìn)一步降低能耗的措施。Boge公司在CIP的框架內，為用戶(hù)提供了免費的空壓機硬件和軟件升級服務(wù)。Aerzen公司最新推出了AERaudit污水處理廠(chǎng)能效分析的技術(shù)服務(wù)。污水凈化處理廠(chǎng)總的能源需求中有80%用于生物曝氣，因為那里有著(zhù)耗能很高的鼓風(fēng)機站。如今，用戶(hù)利用一臺移動(dòng)式的測量裝備就可以實(shí)時(shí)地采集到通風(fēng)曝氣的能源消耗數據。這臺儀器能夠實(shí)時(shí)地檢測到流量、系統壓力、溫度和功耗等數據，并根據污水凈化設備的負載情況記錄下來(lái)。在這些數據的基礎上，Aerzen公司會(huì )為用戶(hù)提供更加高效的節能方案。

　　按照ISO 8573.1標準的規定，Aerzen公司使用3位數字表示壓縮空氣的質(zhì)量，第1個(gè)數字表示壓縮空氣中的顆粒濃度，第2個(gè)數字表示其中的水分，第3個(gè)數字表示壓縮空氣中的殘余油蒸汽含量。針對殘余油蒸汽的檢測，Beko公司正在擴大其測量技術(shù)領(lǐng)域中的產(chǎn)品范圍。與以前的檢測儀器相比，新的Metpoint OCV compact 檢測儀有著(zhù)更短的檢測周期和模塊化的結構設計。因此，新儀器具有裝置緊湊、安裝使用方便和性能更加強大的特點(diǎn)，同時(shí)也有著(zhù)更高的壓縮空氣殘余油蒸汽檢測精度。

　　有些生產(chǎn)過(guò)程中，例如ACU Pharma und Chemie公司要求壓縮空氣中不能有殘余油蒸汽，其使用的是特殊的噴射磨機，它需要非常干凈和干燥的壓縮空氣來(lái)實(shí)現最佳的微粉化工藝。該公司過(guò)去使用的是3臺潤滑油潤滑的螺桿式空氣壓縮機，采用的是復雜的集中控制與分散控制相結合的壓縮空氣無(wú)油處理系統，其中包括了吸附殘余油蒸汽的活性炭吸附器。在擴建空壓機站時(shí)，企業(yè)對所有的空壓機進(jìn)行更新?lián)Q代，其目的是為了經(jīng)濟、靈活并高可靠性地生產(chǎn)無(wú)油和干燥的壓縮空氣。經(jīng)過(guò)慎重考慮最終選擇了Gardner Denver公司研發(fā)生產(chǎn)的4臺DH型無(wú)油空壓機，其中包括了壓縮空氣處理系統。DH系列空壓機采用的全新空氣壓縮技術(shù)值得信任。其空壓機缸體所需的潤滑、密封和冷卻都是用水來(lái)完成的。這不僅實(shí)現了清潔、無(wú)油的壓縮過(guò)程，而且還能夠高效地生產(chǎn)壓縮空氣。

 

　　低損耗的設計原理

　　空壓機站通常都是按照模塊化原理設計的，其利用IE3和IE4級的節能電機保障基本的壓縮空氣供氣，在用氣高峰時(shí)，則可以靈活地使用峰值負載空壓機來(lái)滿(mǎn)足增加了的壓縮空氣需求。未來(lái)，在部分負載工況下會(huì )用高效率的空壓機來(lái)保證供氣。Kaeser公司研發(fā)生產(chǎn)的ASD系列轉速可調的螺桿式空壓機提供了很高的性能和工作可靠性，容積流量為3.15～5.5m3/min，擁有能源消耗很低、占地面積小的特點(diǎn)。該系列空壓機使用的是西門(mén)子公司研發(fā)生產(chǎn)的同步磁阻電動(dòng)機，在部分負載工況時(shí)，這種電動(dòng)機比感應電動(dòng)機的效率提高了10%。節能型的變頻電動(dòng)機還能驅動(dòng)Renner公司研發(fā)生產(chǎn)的RSF 87D型螺桿式空壓機，這種空壓機的核心部件是壓縮模塊，它能與模塊化設計的其他空壓機部件最佳地匹配在一起。因此，整臺空壓機就可以準確地按照用戶(hù)對壓縮空氣的要求來(lái)設計制造。

　　最后，需注意，在購買(mǎi)空壓機時(shí)僅看中采購成本，就背離了最有利的解決方案，各個(gè)高效的組成部分之和也并不一定能夠得到合理的整體效益。