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    壓縮機網(wǎng) >雜志精華>正文

    空氣壓縮機設備節能措施綜述

      1、空氣壓縮機介紹

      【壓縮機網(wǎng)】目前主流空氣壓縮機主要有3種:離心式空壓機、螺桿空壓機、活塞式空壓機。

      1.1 離心式空壓機

      離心式空壓機是由葉輪帶動(dòng)氣體做高速旋轉,使空氣產(chǎn)生離心力,由于空氣經(jīng)過(guò)葉輪的加壓作用,從而使空氣的流速和壓力得到提高,連續地生產(chǎn)出壓縮空氣。

      離心式空氣壓縮機特點(diǎn)有:①設備運行平衡,運轉率高,操作可靠,無(wú)摩擦件,后期維護費用少。②離心式壓縮機可實(shí)現完全無(wú)油壓縮。③設備產(chǎn)氣量大,結構緊湊,質(zhì)量輕,占地面積小。④離心式壓縮機不適用于氣量小場(chǎng)合,壓比也不能太高。⑤離心式壓縮機的穩定運行工況比較窄,且氣量的調節不經(jīng)濟。

      1.2 螺桿式空壓機

      螺桿式空壓機機頭核心部件是成對的互相嚙合的陰陽(yáng)轉子,每對轉子互相反向旋轉,達到壓縮空氣的效果。

      螺桿式空壓機的特點(diǎn)是:①操作簡(jiǎn)便。螺桿式空壓機自動(dòng)化程度高,對操作者要求不高,易實(shí)現遠程操作和無(wú)人值守運轉。②運行可靠。螺桿式空壓機零部件少,維護簡(jiǎn)單,沒(méi)有易損部件,運轉可靠,使用壽命長(cháng)。③適用性強。螺桿式空壓機是強制輸氣,因此容積流量不受排氣壓力影響,能夠適用各種不同的工況,并保持高效運行。④動(dòng)平衡好。螺桿式空壓機無(wú)不平衡慣性力,設備高速運行平穩,對設備基礎要求不高。

      1.3 活塞式壓縮機

      活塞式壓縮機的核心部件是由氣缸、進(jìn)排氣以及在氣缸中重復運動(dòng)的活塞構成的。曲軸旋轉帶動(dòng)活塞在氣缸內往復工作,完成吸氣、壓縮和排氣的過(guò)程?;钊綁嚎s機的優(yōu)點(diǎn):①適用壓力范圍廣,活塞式壓縮機可設計成不同壓力下工作,特別在高壓或者超高壓范圍內是其他壓縮機無(wú)法取代的。②壓縮效率較高,活塞式壓縮機壓縮氣體的過(guò)程屬封閉系統,其壓縮效率較高。③適應性強,活塞式壓縮機排氣量范圍較廣,而且氣體密度對壓縮機性能的影響不如速度式壓縮機那樣顯著(zhù),同一規格的活塞式壓縮機往往只要稍加改造就可以適用于壓縮其他的氣體介質(zhì)。④氣體帶油污,尤其對于有油潤滑更為顯著(zhù)。⑤排氣不連續,氣體壓力有波動(dòng),有可能造成氣流脈動(dòng)共振。⑥易損件較多,維修量較大。

      2、壓縮空氣需求分析

      壓縮空氣需求牽扯多方面因素,如何高效合理滿(mǎn)足生產(chǎn)需求,這里主要從流量、壓力和濕度等方面進(jìn)行分析。

      2.1 流量

      理想的運行情況,生產(chǎn)與消耗相互匹配,壓縮空氣量既滿(mǎn)足需要,又不產(chǎn)生浪費。但實(shí)際運行中,為了滿(mǎn)足生產(chǎn)運行波動(dòng)情況,壓縮機流量會(huì )過(guò)大,用戶(hù)無(wú)法使用過(guò)量的壓縮空氣,設備進(jìn)行減荷運行,此時(shí)設備為空載或半空載,能量被直接消耗,做無(wú)用功。

      2.2 壓力

      空氣壓縮機的排氣壓力每增減0.1MPa 會(huì )使能耗增減6%。為此,排氣壓力一定要根據實(shí)際需要合理選擇,不能留出太多的壓損余量。另外,氣動(dòng)設備的壓縮空氣消耗量與壓力高低也成正比關(guān)系,合理地降低壓力能減少不必要的壓縮空氣消耗。

      2.3 濕度

      由于大多數的設備對壓縮空氣中的含水量有要求,壓縮空氣一般都會(huì )進(jìn)行干燥處理去除冷凝水。壓縮空氣的干燥程度通常用壓力露點(diǎn)溫度衡量,壓力露點(diǎn)溫度越低說(shuō)明壓縮空氣越干燥,相應的也會(huì )消耗更多的能源。冷凍干燥機壓力露點(diǎn)溫度一般為2℃~5℃,消耗的能耗大約是空氣壓縮機的1.5%。吸附式干燥機的壓力露點(diǎn)溫度可以達到-50℃,消耗的能耗相應的高達空壓機的10%~15%。

      2.4 潤滑

      空氣壓縮機在工作的過(guò)程中, 以空氣是否與潤滑油的混合來(lái)分類(lèi),可分成有油式和無(wú)油式 2 大類(lèi)。潤滑油的參與顯著(zhù)提升空壓機的容積效率。因此,從節能的角度分析,有油式空壓機的能效大大高于無(wú)油式空壓機。而更重要的是,無(wú)油機整機價(jià)格上比油潤滑設備貴1倍。除氧壓機等特殊要求的工作情況,壓縮機選擇均應選擇有油潤滑設備,匹配相應的后處理設備,來(lái)滿(mǎn)足氣源用戶(hù)的需要。

      3、空氣壓縮機及后處理設備選型

      3.1 壓縮機類(lèi)型選擇

      低壓壓縮空氣(1.6MPa 以下)的生產(chǎn):當壓縮空氣使用量穩定且≥100m3/min 時(shí),建議使用離心壓縮機,當壓縮空氣量不是持續供應或者壓縮空氣使用量<100m3/min 時(shí),建議使用螺桿式壓縮機。原因是離心壓縮機大流量穩定運行,能耗低,維護簡(jiǎn)單。但是如果用戶(hù)能耗變化時(shí),離心壓縮機容易發(fā)生喘震及氣窒現象,影響設備正常工作。啟停機復雜,不能滿(mǎn)足使用。而螺桿壓縮機便于進(jìn)行自動(dòng)調節,更加靈活。

      中壓壓縮機,選擇比較多樣。由于技術(shù)的不斷進(jìn)步,螺桿壓縮機已經(jīng)能達到4MPa,因此在中壓領(lǐng)域1.6MPa~4MPa,可以根據需要選用螺桿壓縮機、活塞式壓縮機,以及螺桿—活塞組合壓縮機。根據實(shí)際經(jīng)驗,建議優(yōu)先選擇螺桿壓縮機,從而降低運行成本。

      高壓壓縮空氣(4MPa以上)的生產(chǎn)應采用活塞式壓縮機進(jìn)行。建議使用低壓螺桿機生產(chǎn)低壓空氣,進(jìn)行活塞機二次加壓,得到高壓壓縮空氣,從而降低活塞機備件成本。

      3.2 后處理類(lèi)型選擇

      干燥機選擇:冷干機能夠使壓力露點(diǎn)達到3℃~5℃,滿(mǎn)足一般性需求。優(yōu)點(diǎn)是能耗低,處理后壓縮空氣潔凈度高。吸附式干燥機能使壓力露點(diǎn)達到-40℃甚至更低,滿(mǎn)足更苛刻的干燥需要,但是相應的能耗高。由于干燥劑的原因,潔凈度受到影響。需要指出的是,吸附式干燥機需要消耗部分壓縮空氣(無(wú)熱吸干機的再生耗氣量高達12%~15%之間,即便是微熱吸干機再生耗氣量也高達7%~8%),因此選擇吸附式干燥機的用戶(hù),壓縮機選型應留出相應的余量。

      3.3 儲氣罐選擇

      儲氣罐一般放在壓縮機與干燥器之間,其作用為:①使空氣得到預先冷卻,粗分離壓縮空氣中水分和雜質(zhì),減輕后處理設備的工作負荷,提高設備能效,達到節能作用。②消弱活塞式空壓機往復的脈沖氣流,使氣壓穩定,保障供應的壓縮空氣平穩且連續。③儲氣調節,平衡系統內短時(shí)間內出現的耗氣量與供氣量之間的不均衡當空壓機意外停機時(shí),儲氣罐能夠作短時(shí)間的應急氣源。④提供一個(gè)較大的系統容量,防止壓縮機設備頻發(fā)加卸載,提高設備壽命。

      根據壓縮空氣用量,如果用氣量與壓縮機產(chǎn)出匹配時(shí),儲氣罐選擇可以小些;如果壓縮空氣用量與生產(chǎn)不匹配,儲氣罐應選的大些,滿(mǎn)足波動(dòng)時(shí)用戶(hù)需求。 儲氣罐容積選擇經(jīng)驗公式:

      V=10 NQ/P

      式中:V為儲氣罐容積,m3;Q為空氣壓縮機流量,m3/min;P為儲氣罐儲氣壓力(絕對壓力),MPa;N為冗余系數,用氣平穩取值1,波動(dòng)頻繁但幅度不大取值2~3,波動(dòng)頻繁幅度大取值4以上。

      4、節能措施

      針對大用風(fēng)量用戶(hù),建設大型空氣壓縮站,滿(mǎn)足大規??諝忸?lèi)試驗的要求,精準供給。對不同用途的壓縮空氣進(jìn)行分類(lèi),旨在滿(mǎn)足用戶(hù)的需求又不過(guò)分消耗能源。對于分布偏遠或者特殊需要的壓縮空氣(如加工中心等精密設備需要的壓縮空氣壓力低、流量小、潔凈度高),如果從空壓站引出管道進(jìn)行專(zhuān)項輸送,造價(jià)高、壓降大、耗能多。因此針對此類(lèi)設備的低壓氣源供應,宜在設備就近安裝空氣壓縮機及后處理設備,減少沿程損耗,滿(mǎn)足少量壓縮空氣的需要。

      4.1 通信設施

      針對用氣單位與空壓站距離遠,生產(chǎn)與消耗無(wú)法很好地協(xié)調匹配,因此在建設期應建設完善的通信設備,協(xié)調匹配動(dòng)能生產(chǎn)與用戶(hù)需求,包括:流量,壓力,濕度等信息,做到最大限度的精準匹配,依需定支出,達到節能效果。用戶(hù)與空壓站建設信號調控及反饋信息,及時(shí)控制生產(chǎn)運行情況。目前壓縮空氣生產(chǎn)與用戶(hù)之間通過(guò)簡(jiǎn)單的調度,例如某天9時(shí)~12時(shí)用壓縮空氣,用戶(hù)試驗如果在11時(shí)完成,空壓站未收到反饋的情況下,會(huì )持續運行30min才逐步停機,此間造成能源的浪費以一臺300kW設備為例,每次多消耗150kWh電能。

      4.2 設備選型

      壓縮機設備選型的原則,應在能夠滿(mǎn)足用戶(hù)參數需求的基礎上,盡量達到工頻負荷,減少因壓縮機空載后處理設備過(guò)度凈化等造成的能源浪費。例如3℃和10℃的露點(diǎn)溫度極可能在使用上并沒(méi)有明顯的差異。但兩者的能耗卻相差10倍,干燥機的選擇一定要根據實(shí)際情況選用,不必刻意強求過(guò)低的壓力露點(diǎn)溫度,因此針對用戶(hù)試驗需求,匹配合適的壓力及干燥設備,并根據需求合理的進(jìn)行供給才能最大程度的節能。

      結合工業(yè)企業(yè)用能生產(chǎn)波動(dòng)較大的實(shí)際情況,在壓縮機設備選型時(shí),多臺同類(lèi)設備并聯(lián)運行中,宜用1臺變頻壓縮機進(jìn)行負荷調節,保證負荷變化時(shí)也能讓能源得到的高效利用。其余壓縮機設備在工頻情況下工作達到最節能運行效果,用變頻進(jìn)行波動(dòng)調節滿(mǎn)足生產(chǎn)與用戶(hù)之間的匹配問(wèn)題。

      4.3 熱能回收

      壓縮機在運行過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的熱能,壓縮空氣在進(jìn)行試驗過(guò)程中,也經(jīng)常會(huì )被加熱處理。這就使壓縮空氣不僅攜帶壓力勢能,也攜帶大量熱能。但是在目前新航的生產(chǎn)工藝中,壓縮空氣附帶的熱能是被直接排放的。而這部分熱能的回收有很多現實(shí)的應用,例如:冬季采暖需要,熱表處理中清洗加熱等。

      4.4 能源外包模式

      探索能源外包的運行方式,在精準統計動(dòng)能使用量的情況下,尋找整體外包的可能性,從而達到減少運行成本、節約人力的作用。由于各單位情況不同,各類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)用能參差不齊,因此,在能源外包探索中應因地制宜尋找合適本單位的能源外包模式。

      參考資料

      1.魏新利.風(fēng)機節能技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

      2.朱圣東,鄧建,吳家聲.無(wú)油潤滑壓縮機[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000.

      3.張景松.流體力學(xué)與流體機械之流體機械[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2001.

      4.楊立民,邰洪利.淺析工藝氣螺桿空氣壓縮機[J].工程技術(shù),2010(07):55.

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