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    壓縮機網(wǎng) >雜志精華>正文

    壓縮空氣系統節能認知誤區淺議<上>

      【壓縮機網(wǎng)】現代化工業(yè)生產(chǎn)和高品質(zhì)生活都離不開(kāi)壓縮空氣,空壓機作為壓縮空氣的制供設備,對于各行各業(yè)的使用者來(lái)說(shuō)都非常重要,而談?wù)?a href="http://www.668qz.com" target="_blank" class="keylink">空壓機都離不開(kāi)壓力、流量(排氣量)、功率三大性能參數的表現。由于空壓機是耗能大戶(hù),且其廣泛使用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域,空壓機的降耗增效意義非常重大,得到了業(yè)內及客戶(hù)一致認可。筆者通過(guò)設計,制造,使用和服務(wù)(售前、中、后)幾個(gè)方面來(lái)闡述了壓縮空氣節能的秘密,希望您能有所收獲。單一的壓縮空氣設備節能不一定可以使壓縮空氣系統節能,本章節帶您了解壓縮空氣系統的節能誤區。

      一、國家政策導向

      提問(wèn):什么是現階段中國社會(huì )主要矛盾?

      答:人民日益增長(cháng)的美好生活需要和發(fā)展不平衡不充分之間的矛盾。

      十九大報告闡述的新時(shí)代、新征程、新變化,即中國社會(huì )的主要矛盾發(fā)生了變化,由過(guò)去落后的生產(chǎn)力與人民群眾日益增長(cháng)的物質(zhì)文化需要之間的矛盾,轉化為人民日益增長(cháng)的美好生活需要和發(fā)展不平衡不充分之間的矛盾,這一闡述非常明確。

      對于十九大報告提出的關(guān)于增長(cháng)轉型的要求,即由高速增長(cháng)階段向高質(zhì)量發(fā)展階段轉變。第一,要堅持質(zhì)量第一、效益優(yōu)先;第二,要深化供給側結構性改革,推動(dòng)質(zhì)量變革、效率變革和動(dòng)力變革,提高全要素生產(chǎn)力;第三,要建設實(shí)體經(jīng)濟、科技創(chuàng )新、現代金融、人力資源協(xié)同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)體系。

      十九大報告強調要全面推進(jìn)綠色發(fā)展這一闡述,要構建包含生產(chǎn)、生活、技術(shù)、融資等在內的綠色發(fā)展系統;要著(zhù)力解決我國面臨的環(huán)境突出問(wèn)題。因此,高品質(zhì)與節能型產(chǎn)品將是未來(lái)空壓系統設備發(fā)展的方向。

      二、市場(chǎng)導向

      我們的客戶(hù)正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級和供給側改革,因此他們正在或將要做的事情是:品質(zhì)化發(fā)展、淘汰落后產(chǎn)能、節能增效。

      耗能大戶(hù),量大利薄,看重節能增效。而追求高品質(zhì)的客戶(hù),先看品質(zhì),再看節能,最后價(jià)格。見(jiàn)圖1。

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      三、行業(yè)發(fā)展方向

      壓縮空氣是高能產(chǎn)品,根據能量守恒,它的生產(chǎn)注定是高耗能的。如果能從高耗能中省下百分之幾,每年節能量是很可觀(guān)的。

      壓縮空氣的節能已經(jīng)從單一設備節能轉變?yōu)閴嚎s空氣系統節能。討論壓縮空氣系統節能,我們必須要清楚耗功在哪里?壓縮空氣系統耗功我們可以關(guān)注四個(gè)方面:

      1.系統設備耗功

      我們看看壓縮空氣系統能流圖(從能源輸入端和輸出端來(lái)看),見(jiàn)圖2。

      作者在文章《壓縮空氣系統選型對節能影響重要性分析》講到,能源輸入端主要是壓縮空氣系統設備的耗功,見(jiàn)圖3。

     ?、倏諌簷C85%~95%;

     ?、诟稍锲?%~15%:

      2.空壓機耗功

      在壓縮空氣系統中耗功占比最大的是空壓機,因此對空壓機的耗功節省可以立竿見(jiàn)影。圖4為空壓機耗功分解。

      作者在文章《軸功率對噴油螺桿空壓機節能影響》講到空壓機耗功主要在:

      √主機軸功率耗功占比最大;

      √其次是電機效率;

      √再就是傳動(dòng)效率

      3.軸功率耗功

      主機軸功率大小,跟主機選型、設計、制造及系統匹配有關(guān)。在后面的節能誤區會(huì )有詳細描述,見(jiàn)圖5。

      4.電機效率

      電機作為空壓機的主要輸入動(dòng)力,其效率對于空壓機節能也是影響很大。工頻和變頻電機的采用,在后面的節能誤區會(huì )有詳細描述,圖6。

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      四、壓縮空氣系統的節能誤區

      誤區一:空壓機的主機轉數越高或越低越節能

      作者在文章《什么因素會(huì )影響比功率》中講到每檔主機都有一個(gè)最佳轉數,見(jiàn)圖7。

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     ?、佼斵D數低時(shí),泄露會(huì )影響到比功率值上升(左邊曲線(xiàn));

     ?、诋斵D數高時(shí),機械損失也會(huì )影響到比功率值上升(右邊曲線(xiàn));

     ?、鬯?,當空壓機工作在最佳主機轉數時(shí),最節能(曲線(xiàn)最低點(diǎn))。

      通常主機的內泄漏是不可避免的,提高主機轉速可以改善相對泄漏量,提高效率。而增加主機壓力,也會(huì )使主機的內泄露加大,排氣量減少,主機耗能增加。

      主機在高轉速下,軸承和軸封磨損加??;潤滑油的冷卻效果降低,機頭內溫遠高于排氣溫度,潤滑油加速老化,潤滑性能降低。此時(shí)主機機械損失引起的能耗會(huì )隨轉數增加而加大。

      正如圖8所示,當主機在某個(gè)轉數下,其能效值可以達到一個(gè)平衡點(diǎn)(內泄露和機械損失在某段轉數下主機能耗處于低值,某個(gè)轉數點(diǎn)為最佳)。當偏離該區域值時(shí),無(wú)論增加轉數或減少轉數,都會(huì )引起主機增加能耗。

      因此在設計節能型空壓機時(shí),我們設定主機的轉數是根據主機的比功率曲線(xiàn)圖來(lái)選擇而不是轉數越高越好或越多越好!

      另外,不同的空壓機主機由于設計和制造的水平不一樣,也會(huì )出現某些主機的比功率曲線(xiàn)低洼線(xiàn)段較陡,對于變頻空壓機的節能是不利的。

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      因此,在各流量段的空壓機有不同主機來(lái)搭配,同時(shí)工頻和變頻機型也是根據需要來(lái)選型主機。

      市場(chǎng)上,為了競爭的需要,拼命提高主機轉數會(huì )有“小馬拉大車(chē)”的風(fēng)險。同時(shí),一味強調大主機、低轉數,也不一定節能。

      誤區二:推崇兩級壓縮,忽略使用周期成本

      作者在文章《絕熱效率對噴油螺桿空壓機節能影響》中談及:“空壓機組壓縮比增大,容積效率降低,比功率值增高?!?/p>

      從理論上來(lái)說(shuō),兩級壓縮由于級間壓縮比小,主機泄露少(壓力低),同時(shí)第二級進(jìn)氣溫度由于中間冷卻作用變低,因而在相同空壓機能效限定值,兩級比單級壓縮的所需的絕熱效率更低。見(jiàn)圖9為單級和雙級壓縮達到1級能效時(shí)主機所需的絕熱效率。

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      從理論上,兩級壓縮可減小主機能耗,提高絕熱效率,以求達到相關(guān)能效比功率限定值,從而提高空壓機能效等級,但是由于兩級壓縮采用中間冷卻的方式不同卻有可能無(wú)法實(shí)現理論上的等溫壓縮。

      兩級壓縮:當空氣經(jīng)過(guò)兩個(gè)主機壓縮時(shí),級間設有中間冷卻器和汽水分離器。此時(shí),進(jìn)入二級壓縮主機的空氣可以盡量接近環(huán)境溫度,從而使得壓縮更接近等溫壓縮。

      兩段壓縮:當空氣經(jīng)過(guò)兩個(gè)主機壓縮時(shí),級間通過(guò)噴液(油)冷卻,但是由于壓力露點(diǎn)的影響,進(jìn)入二級壓縮主機的空氣不會(huì )低于60℃,此時(shí)壓縮距離等溫壓縮有一定差距。

      無(wú)論是兩級(或兩段)壓縮的耗功小于單級壓縮的耗功,但是其關(guān)鍵零部件數量翻倍(相比單級的2.3倍),零部件越多故障率概率越高,從而導致機器的可靠性和安全性大幅下降。

      從產(chǎn)品的使用生命周期來(lái)看,隨著(zhù)使用時(shí)間的推移,兩級壓縮的性能降低及維護成本也遠大于單級壓縮。犧牲安全性和可靠性換取節能在小型機器上有點(diǎn)得不償失。

      根據國內外螺桿空壓機性能的實(shí)驗研究成果,我們發(fā)現常見(jiàn)主機(7~8bar機組中)250kW以上使用單級壓縮達到1級能效已有較大難度,見(jiàn)圖10。

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      綜合考慮到國內主機的設計及加工水平和能力,建議:

      √在90kW以下機組可采用單級壓縮,

      √而追求1級能效的90kW以上機組則采用兩級壓縮,這將有助于提高機組能效,降低成本,提高穩定性。

      誤區三:變頻空壓機滿(mǎn)載使用

      大多數用戶(hù)使用空壓機時(shí)并不是時(shí)時(shí)刻刻滿(mǎn)負荷工作時(shí),此時(shí)變頻空壓機的參與可以通過(guò)調整主機轉數來(lái)調節氣量,保證管網(wǎng)壓力穩定。從而達到節能的效果。

      然而在市場(chǎng)上,許多供需雙方都認為購買(mǎi)變頻空壓機一定比工頻空壓機節能。即使客戶(hù)大部分時(shí)間其用氣量在滿(mǎn)載的情況下,也在為小部分時(shí)間變負載而糾結。

      例1,某工廠(chǎng)有兩條氣量要求不一樣的生產(chǎn)線(xiàn)。原有空壓機想進(jìn)行節能改造。A生產(chǎn)線(xiàn)的滿(mǎn)載用氣量為10m3/min且幾乎沒(méi)有波動(dòng);而B(niǎo)生產(chǎn)線(xiàn)的滿(mǎn)載用氣量為8m3/min但經(jīng)常波動(dòng),見(jiàn)圖11。

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      由于兩條線(xiàn)都是獨立管網(wǎng)。如果按滿(mǎn)載流量給A和B生產(chǎn)線(xiàn)都改造為變頻空壓機。對于A(yíng)生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)說(shuō),不但不節能,反而更耗能。為什么?

      變頻器自身消耗輸入功率的5%,折算到每一立方壓縮空氣的耗電量和生產(chǎn)成本,明顯大于工頻螺桿機耗能。

      我們再看GB19153-2019《容積式空氣壓縮機能效限定值和能效等級》標準中關(guān)于1級能效空壓機工頻和變頻的限定值比較(10m3/min-7bar):

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      對于B生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)說(shuō),由于氣量變化大,使用變頻空壓機是適合的。

      誤區四:變頻空壓機做主力機型用

      例2,某生產(chǎn)線(xiàn)一天的用氣量在10~12m3/min,見(jiàn)圖12。

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      如果只用一臺12m3/min變頻空壓機,由于變頻器自身消耗輸入功率的5%,機頭和電機偏離設計轉速,效率降低5%左右,電機反復加速和減速(制動(dòng))耗電顯著(zhù)大于恒速運轉,折算到每一立方壓縮空氣的耗電量和生產(chǎn)成本,明顯大于工頻空壓機。

      所以在空壓機配置上,推薦1臺10m3/min工頻機+1臺2m3/min變頻機。工頻空壓機作為主力機型,變頻空壓機為輔助機。

      在2臺空壓機以上的系統,工頻空壓機永遠為主力,變頻為輔助。

      筆者曾經(jīng)看見(jiàn)有些用戶(hù)的空壓機房里十幾臺空壓機全是清一色的變頻空壓機,這是對變頻空壓機節能的誤解。

      <注:本文未完待續,更多精彩內容見(jiàn)下期!>

      作者簡(jiǎn)介

      梁柳生,1968年,男,廣西柳州,大學(xué)本科。

     ?、俑呒壒こ處?,1990開(kāi)始從事空壓機行業(yè)工作。有在國企、合資及外企工作經(jīng)歷,其中22年在A(yíng)C集團工作。先后從事過(guò)空壓機及后處理設備的產(chǎn)品設計、產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤服務(wù)等及全國銷(xiāo)售總監并有在歐洲學(xué)習和工作的經(jīng)歷。2017年創(chuàng )辦上善氣體工作室,專(zhuān)業(yè)從事壓縮空氣系統研究,精益生產(chǎn)管理及銷(xiāo)售的培訓工作

     ?、趪覙藴蔎BT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人

     ?、廴珖?a href="http://www.668qz.com" target="_blank" class="keylink">壓縮機標準化技術(shù)委員會(huì )委員

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    來(lái)源:本站原創(chuàng )

    標簽: 認知誤區節能  

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