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空壓機節(jié)能減排改造與實踐

    【壓縮機網(wǎng)空壓機是工廠里最重要的機器設(shè)備之一,空壓機供氣領(lǐng)域能否應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù),在節(jié)省電能的同時改善空壓機性能,提高供氣品質(zhì),降低生產(chǎn)設(shè)備故障率,延長設(shè)備的使用壽命備受社會各界關(guān)注。為了節(jié)約能源,對企業(yè)原有的空壓站進行節(jié)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過程:1)吸氣過程; 2)封閉及輸送過程;3)壓縮及噴油過程;4)排氣過程
 
空壓機節(jié)能減排改造與實踐
 
  空氣壓縮機在出廠時配套的排氣壓力調(diào)節(jié)裝置,多數(shù)為關(guān)閉進氣管式壓力調(diào)節(jié)器。其工作原理是當儲氣罐(風包)內(nèi)空氣壓力超過設(shè)定的壓力時,壓縮機進氣管上碟自動關(guān)閉,壓縮機進入空轉(zhuǎn)卸荷狀態(tài);當儲氣罐內(nèi)的空氣壓力低于設(shè)定壓力時,壓縮機進氣管碟自動開啟,壓縮機又進入到滿載工作狀態(tài)??諝鈮嚎s機的排氣量和壓力,在運轉(zhuǎn)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總是在重復滿載-卸荷工作方式。滿載時的工作電流接近電動機的額定電流,卸荷時的空轉(zhuǎn)電流約為30-50%電動機額定電流,這部分電流不是做有用功,而是機械在額定轉(zhuǎn)速下的空轉(zhuǎn)損耗。
 
  這種機械式調(diào)節(jié)裝置雖然也能起到壓力調(diào)節(jié)作用,但是壓力調(diào)節(jié)精度低,壓力波動大。壓縮機總是在額定轉(zhuǎn)速下工作,機械磨損大,電耗高。空壓機自身存在著以下幾個缺點: (1) 當輸出壓力大于一定值時,自動打開泄載閥,使異步電動機空轉(zhuǎn),嚴重浪費能源; (2) 異步電動機易頻繁的啟動、停止,影響電機的使用壽命; (3) 工作條件惡劣,噪音大; (4) 自動化程度低,輸出壓力的調(diào)節(jié)是靠人為調(diào)節(jié)閥的開度來實現(xiàn)的,調(diào)節(jié)速度慢,波動大,不穩(wěn)定,精度低; (5) 空壓機工頻啟動電流大,對電網(wǎng)沖擊大,電機軸承磨損大,設(shè)備維護量大。針對以上存在的問題,采用變頻器對空壓機進行調(diào)節(jié),實現(xiàn)空壓機恒壓運行勢在必行。
 
  二、公司螺桿式空壓機現(xiàn)狀
 
  2.1 空壓站分布情況
 
  空壓站主要工作是供應(yīng)全廠壓縮空氣生產(chǎn)用氣。班組生產(chǎn)運作為常年二二制運行。班組有兩個站房輪流使用,每個站房各由三臺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(xiàn)狀
 
  據(jù)調(diào)研,目前是工廠的生產(chǎn)淡季,空壓站運轉(zhuǎn)情況如下:
 
空壓機節(jié)能減排改造與實踐
 
  3#空壓站配有壓力監(jiān)控設(shè)備,實時監(jiān)控廠里用氣情況,空壓站必須保證廠內(nèi)管網(wǎng)的壓力。兩個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月開始使用的是2站,如果遇到故障、檢修等情況會暫時使用另一個站點。
 
  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電機本身不能調(diào)速,因此就不能直接使用壓力或流量的變動來實現(xiàn)降速調(diào)節(jié)輸出功率的匹配,導致在用氣量少的時候電機仍然要空載運行,電能浪費巨大。
 
  2.3 壓縮機出口點壓力控制
 
  目前,壓縮機的出口點壓力控制是操作員根據(jù)工作經(jīng)驗,手動控制壓縮機的開啟和關(guān)閉,來滿足廠內(nèi)用氣需要。現(xiàn)在,一般設(shè)定壓縮機出口壓力不超過0.78MPa,正常運行保持在0.76MPa左右。2#站的設(shè)備帶有自動卸載功能,壓力到了警戒值會自動放氣減壓,到達0.71MPa會再次加載,這之間有0.05MPa的壓差。3#站的設(shè)備的減壓方式是采用自動減小進氣口,來減小出口壓力。另外,高峰用能時間段,設(shè)備保持在加載狀態(tài),夜班時段,設(shè)備加減載頻繁。
 
  若能采用自動控制和變頻調(diào)速技術(shù),將四臺空壓機實行自動控制,可以實現(xiàn)互為熱備自動運行,穩(wěn)定輸出生產(chǎn)要求所需的穩(wěn)定氣壓,減少機械維修工作量,延長空壓機的使用壽命。另外,當流量需要量減少時,就可降低電動機的轉(zhuǎn)速,從而較大幅度減小電動機的運行功率,也可以實現(xiàn)節(jié)能的目的。
 
  三、變頻改造的嘗試
 
  3.1 空氣壓縮機變頻節(jié)能原理
 
  經(jīng)常卸載和加載導致整個氣網(wǎng)壓力經(jīng)常變化,不能保持恒定的工作壓力延長壓縮機的使用壽命。空壓機的有些調(diào)節(jié)方式(如調(diào)節(jié)閥門或調(diào)節(jié)卸載等方式)即使在需要流量較小的情況下,由于電機轉(zhuǎn)速不變,電機功率下降幅度比較小。根據(jù)空氣壓縮理論,壓縮機的軸功率、排氣量和軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩(N.m)
 
  n-壓縮機的軸轉(zhuǎn)速(r/min)
 
  Vd1-在n2轉(zhuǎn)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(shù)
 
  Vh1-一級缸容積(m3 )
 
  n2-調(diào)節(jié)后的壓縮機轉(zhuǎn)速(r/min)
 
  根據(jù)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(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速才能改變排氣量;空氣壓縮機是恒轉(zhuǎn)矩負載,壓縮機軸功率與轉(zhuǎn)速呈正比變化。在壓縮機總排氣量大于總用氣量時,通過降低壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)供風壓力,是達到壓縮機經(jīng)濟運行的有效方法。
 
空壓機節(jié)能減排改造與實踐
 
  3.2 可行性分析
 
  3.2.1 編制依據(jù)
 
  節(jié)能減排改造項目工程總投資預算123.4萬元,概況如表3。
 
 
  3.2.2 預計節(jié)能情況
 
  設(shè)備用電情況,其中包括空壓站3年的用電用能情況。根據(jù)企業(yè)內(nèi)部成本核算,電費單價為0.8元/kWh。希望能計算出,節(jié)能改造后每月的節(jié)能量和節(jié)能費用,以便計算投資回收期。
 
  依據(jù)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(jié)約電費21萬元。
 
  3.2.3 投資收益分析
 
  (1)節(jié)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,在改造中會根據(jù)實際情況有變化。
 
  節(jié)能中心的場地需要上電公司提供。
 
  節(jié)能中心的裝修預算將根據(jù)場地的情況再做計劃,費用另計。
 
  3.2.4 投資和收益分享
 
  3.2.4.1 項目投資
 
  節(jié)能減排改造項目擬采用合同能源管理模式的節(jié)能效益分享型實施,該項目投資資金甲乙雙方承擔如表4:
 
空壓機節(jié)能減排改造與實踐
 
  3.2.4.2 合同期收益
 
  計劃合同期為八年,在此期間內(nèi)雙方各自分享項目年節(jié)電效益,乙方通過部分分享項目的年節(jié)電效益來回收該項目的投資及合理利潤。同時,由于乙方承擔額外的能源檢測中心建設(shè)費用,乙方分享的節(jié)能效益比例合同期內(nèi)較高,如表5。
空壓機節(jié)能減排改造與實踐
 
  四、改造方案實施
 
  空壓機采用變頻調(diào)速技術(shù)進行恒壓供氣控制時,系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。
 
空壓機節(jié)能減排改造與實踐
 
  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(zhuǎn)變?yōu)?-20mA電信號送到變頻器內(nèi)部,與壓力給定值進行比較,并根據(jù)差值的大小進行運算,產(chǎn)生控制信號去控制變頻器的運行頻率,從而調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速。那么空壓機輸出相應(yīng)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,從而使實際壓力始終維持在給定壓力。整個控制過程如下:用氣需求↑—管路氣壓↓—壓力設(shè)定值與返饋值的差值↑—變頻器輸出頻率↑—空壓機電機轉(zhuǎn)速↑—供氣流量↑—管路氣壓趨于穩(wěn)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足用氣需求,這就是恒壓供氣系統(tǒng)所要達到的目的。
 
  五、空壓機變頻改造總結(jié)的分析
 
  經(jīng)過改造后,空壓機電機從靜止到旋轉(zhuǎn)工作可由變頻器來啟動,實現(xiàn)了軟啟動,避免了啟動沖擊電流和啟動給空壓機帶來的機械沖擊,從而達到空壓機省電、節(jié)能、環(huán)保、減排、降低磨損、延長壽命、安全可靠的目的。
 
  4.1 節(jié)約能源
 
  變頻器控制壓縮機與傳統(tǒng)控制的壓縮機比較,能源節(jié)約是最有實際意義的,根據(jù)空氣量需求來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(tǒng)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。通過能源成本降低,再加上變頻起動后對設(shè)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(wěn)定
 
  變頻控制系統(tǒng)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空氣系統(tǒng)所需的氣量相匹配。變頻控制空壓機的輸出氣量隨著電機轉(zhuǎn)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(tǒng)壓力變化保持在穩(wěn)定的變化范圍,有效地提高了工況的質(zhì)量。
 
  4.4 延長空壓機的使用壽命
 
  變頻器從0Hz起動空壓機,它的起動加速時間可以調(diào)整,從而減少起動時對壓縮機的電器部件和機械部件所造成的沖擊,增強系統(tǒng)的可靠性,使壓縮機的使用壽命延長。此外,變頻控制能夠減少機組起動時電流波動,這一波動電流會影響電網(wǎng)和其它設(shè)備的用電,變頻器能夠有效的將起動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(jù)壓縮機的工況要求,變頻調(diào)速改造后,電機運轉(zhuǎn)速度明顯減慢,因此有效地降低了空壓機運行時的噪音。
 
  參考文獻
 
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來源:本站原創(chuàng)

標簽: 減排空壓機節(jié)能  

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