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摘要：空壓機的運行消耗大量電能，原因包括空載能耗、壓差能耗、運行管理不規(guī)范、空壓站設計不合理、維護不到位及管線泄露等。綜合采用多種先進技術，實施能源合同模式，是未來空壓機節(jié)能改造的主流方向。

關鍵詞：空壓機;節(jié)能變頻;調速余熱;回收多機組群控

0引言

壓縮空氣是僅次于電力的第二大動力源，空壓機作為氣源裝置的主體，是工業(yè)領域的核心設備。空壓機電耗巨大，占到整個壓縮空氣系統(tǒng)能耗的90%以上[1]。能耗原因包括空載率高、壓差能耗大、運行管理不規(guī)范、管線設計不科學、氣動元器件的氣蝕等[2]。壓縮機有12%-50%的節(jié)能空間，2017年全國空壓機系統(tǒng)能耗約四千億千瓦時，按節(jié)能15%計算，節(jié)能量為600億千瓦時。在“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案中，工業(yè)節(jié)能設備被排在首位，未來高能耗空壓機的節(jié)能步伐將加快。空載能耗是最常見的原因。由于生產中實際用氣量的波動，空壓機經常處于空載狀態(tài)，此時運行功率為滿載的20%-40%，即卸載的電耗占到總能耗的9%-18%，浪費極其嚴重[3-4]。雖然可以采取優(yōu)化管道、合理選擇傳動帶、加強設備日常維護等常規(guī)措施[5]，但節(jié)能效果并不明顯。歸納起來，當前空壓機節(jié)能的創(chuàng)新技術有變頻調速、余熱回收、聯(lián)控器控制、新材料管路優(yōu)化等，節(jié)能率分別為:變頻調速10%-35%，熱回收20%-40%，群控技術5%-15%，新材料管路5%-15%[6]。

1變頻調速技術

變頻恒壓供氣指根據(jù)管網瞬時用氣量的變化來自動調節(jié)空壓機的轉速和運轉臺數(shù)，使管網保持恒定壓力。其原理是通過變頻器來調整電機轉速，使輸出功率與流量需求成正比，減少電動機的加、卸載次數(shù)，降低功耗。空壓機的改造集中在此領域。對螺桿式空壓機進行變頻改造，實現(xiàn)帶載軟啟動，能耗下降8.95%，節(jié)約潤滑油20%[7]。茍新超采用變頻一級能效兩級替換工頻三級能效單級壓縮螺桿壓縮機，節(jié)電率達40.85%[8]。李木進結合PLC和變頻技術，節(jié)能顯著，且性能穩(wěn)定、編程簡單、易于推廣[9]。梁南丁將變頻調速與變極電動機、串極調速等方案相比較，認為前者有無極調速、自動控制、方便改造等優(yōu)勢[10]。甘方成設計了以變頻器為核心的恒壓供氣系統(tǒng),把原有的控制系統(tǒng)作為旁路，節(jié)電效果明顯[11]。王冠宇從流體力學的角度分析變頻機理，認為其通過維護供氣系統(tǒng)的平衡來降低能耗，合理有效[12]。王艷等選用ABBAC變頻器，有良好的節(jié)電效果，還降低了維護費用[13]。徐忠君用S350變頻恒壓控制系統(tǒng)實施改造，年節(jié)能51萬千瓦時[14]。邵燕清加裝壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，設置了工頻/變頻轉換開關，節(jié)電30%[15]。謝水英等提出注意事項:1.選用高起動轉矩的無速度傳感器矢量變頻器;2.工作下限頻應≥20Hz;3.選用比空壓機功率大一等級的變頻器[16]。洪天星指出使用變頻器后會產生諧波，并提出解決方法[17]。綜合文獻來看，利用變頻調速技術是降低空壓機組能耗的最佳手段之一，有顯著的節(jié)電效果、優(yōu)良的調速性能，安裝簡便[18]。變頻改造還使自動化程度提升，延長了設備壽命。

2余熱回收技術

壓縮機運行會產生熱能，為保證其正常工作，熱量必須及時導走。據(jù)美國能源署統(tǒng)計，真正用于空氣壓縮所消耗的電能在總耗電量中僅占15%，85%則轉化為熱能被排放。國內也認為空壓機輸入電能的有用功只占總能量的20%，無用功達80%[19]。實施余熱回收已是比較成熟和普遍的作法，把多余的熱量通過回收裝置轉移到儲熱設備上，以此降低燃料成本。如何最大限度地回收熱量并確保壓縮機正常運行是技術關鍵[20]。姚晶宏采用全自動余熱利用系統(tǒng)把多余的熱量轉換到水箱，降低了空壓機溫度;回收的熱水可用于金屬涂裝清潔處理、無塵室恒溫恒濕車間[21]。白玉仙等在冷卻系統(tǒng)中安裝熱交換器，高溫的潤滑油經過交換器時將水加熱，供生產生活使用[22]。張智斌通過加裝熱回收系統(tǒng)，節(jié)約燃煤191.844噸/年[23]。李強改造油氣冷卻系統(tǒng)，回收熱量85%，大幅減少燃煤和鍋爐運行費用[24]。姚嵐采用同程截流式反串換熱技術，產生40-50oC的熱水，節(jié)省大量天然氣[25]。余熱回收技術降低了空壓機的溫度，提高運行效率;提供無成本熱水，降低燃料成本;減少CO2的排放，且回報周期短，是一種立竿見影的節(jié)能方式。

3多機組群控技術

空壓機群控技術引領了節(jié)能的新趨勢，大大提高了空壓機運行的匹配性。其原理在于:根據(jù)壓力需求變化，集中控制空壓機的啟停及加、卸載，保證一直有合適數(shù)量和容量的空壓機運轉。用氣量增加時自動開啟其它空壓機，用氣量減少時則關停多余空壓機[26]。衛(wèi)文明通過安裝監(jiān)測系統(tǒng)，精細化管理管道供氣、節(jié)能輔控系統(tǒng)和電力計量系統(tǒng)，實現(xiàn)機群聯(lián)控，節(jié)電率達14.20%[27]。廖日忠優(yōu)化空壓機組的調節(jié)方式及流量、壓力控制系統(tǒng)，有效節(jié)電[28]。胡櫻子等采用壓力梯度調節(jié)和集控系統(tǒng)，確保空壓機組節(jié)能運行及更穩(wěn)定的壓力輸出[29]。

4其它節(jié)能技術

4.1改造空壓機關鍵部件

改造冷凍與吸附干燥器，利用壓縮機出口的熱風取代電加熱器，工藝簡單，投入少，經濟效益可觀[30]。對止回閥、放氣閥改造，減少空載運行，節(jié)電降噪[31-32]。結合軟件分析不同缸徑和行程的氣缸的耗氣量，選用最適合的單作用或雙作用氣缸[33]。

4.2優(yōu)化管線材料

管路優(yōu)化經常被企業(yè)忽略，目前使用的管路材料有碳鋼、不銹鋼和各類新材料。碳鋼管路投資成本較低，但后期會出現(xiàn)銹蝕和泄漏的現(xiàn)象，導致壓縮空氣阻力增大，還影響氣體品質;不銹鋼管路前期成本較高，但不會出現(xiàn)銹蝕的現(xiàn)象，保證了生產的長期穩(wěn)定性[6]。陳小靈也提到，不管采用何種方式改造，都要考慮管線的優(yōu)化[34]。孫蘭英認為管道如果必須拐彎，拐彎半徑應≥3D[35]。

4.3能源合同模式

能源合同模式改造是一種新型市場化節(jié)能機制，正被越來越多的企業(yè)接受。其實質是以減少的能源費用來支付節(jié)能成本。用戶與節(jié)能服務公司(EMC)簽訂能源合同,EMC公司帶資為用戶實施節(jié)能改造，提高能源利用率，降低運營成本，而用戶無需資金投入，還實現(xiàn)了設備的以新替老，同時獲得了穩(wěn)定的節(jié)能收益[25][36]。

5結語

綜上所述，以變頻調速、余熱回收及多機組群控為代表的新型節(jié)能技術顯示了多重功效如壓力控制精度高，保證了空氣品質;降低設備維護費用，延長使用壽命;運行參數(shù)、故障診斷等數(shù)據(jù)實時報送;實現(xiàn)自動化管理，提高工作效率，降噪減排等。根據(jù)客戶的實際情況，個體化制定方案，綜合采用先進技術，實施能源合同模式，這是未來空壓機節(jié)能改造的主流方向。

作者:相宇 茍義昌 單位:成都市科技情報研究所 四川巨倫科技開發(fā)有限公司