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壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能總結(jié)及改造
作為工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用泛的動力源，壓縮空氣在工業(yè)生產(chǎn)中占總能耗的10%~35%。壓縮空氣系統(tǒng)能耗的96%為工業(yè)壓縮機(jī)的耗電，我國工業(yè)壓縮機(jī)每年的電耗占全國總電耗的6%以上?？諌簷C(jī)運(yùn)行成本由采購成本、維護(hù)成本和能源運(yùn)行成本組成，由全生命周期評價理論，采購成本僅占10%左右，而能源成本卻高達(dá)77%。說明我國在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的同時，還需大力提高壓1縮空氣系統(tǒng)的能源利用效率
隨著企業(yè)對壓縮空氣認(rèn)識的深入和節(jié)能減排的需求，亟待選擇適合的技術(shù)對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造已達(dá)到好的節(jié)能效果。近兩年來對中國工業(yè)企業(yè)調(diào)研得出，節(jié)能改造需求主要來自以下3個方面：
（1）空壓機(jī)能耗占企業(yè)用電比例比例過高；
（2）壓縮空氣系統(tǒng)供氣不穩(wěn)定、壓力波動等影響設(shè)備的正常工作；
（3）隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，企業(yè)對原有壓縮空氣系統(tǒng)改造優(yōu)化以適應(yīng)增長需求。
因企業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)的特點(diǎn)和適用的節(jié)能技術(shù)不同，為提高改造成功率，節(jié)能改造不能盲目實(shí)施。在對整個系統(tǒng)進(jìn)行全面分析、測試和評估的基礎(chǔ)上，選擇適合的節(jié)能措施顯得尤為重要。作者通過對大量工業(yè)企業(yè)壓縮空氣使用情況的調(diào)查，對目前存在的和新興的一些節(jié)能技術(shù)的特點(diǎn)和適用范圍進(jìn)行了分析和探討。
一.系統(tǒng)節(jié)能策略
1??系統(tǒng)節(jié)能策略
基于氣動系統(tǒng)能量消耗評價及能量損失分析理論，從系統(tǒng)構(gòu)成的各個環(huán)節(jié)入手，總體采取如下節(jié)能措施：
（1）壓縮空氣的產(chǎn)生。不同類型壓縮機(jī)的合理配置和維護(hù)，運(yùn)行模式的優(yōu)化，空氣凈化設(shè)備的日常管理。
（2）壓縮空氣的輸送。管網(wǎng)配置的優(yōu)化，高低壓供氣管道分離；耗氣量分配的實(shí)時監(jiān)管，泄露的日常點(diǎn)檢與小化，接頭處的壓損改進(jìn)。
（3）壓縮空氣的使用。氣缸驅(qū)動回路的改進(jìn)，使用針對本行業(yè)開發(fā)的節(jié)能產(chǎn)品，如電解鋁行業(yè)打殼缸專用節(jié)氣閥，以及節(jié)能型氣槍、噴嘴等。
（4）壓縮機(jī)余熱回收。通過熱交換等手段將空氣壓縮過程中產(chǎn)生的熱量回收，用于輔助采暖和工藝加熱等。
二.壓縮空氣的產(chǎn)生
2.1??單臺空壓機(jī)節(jié)能
目前工業(yè)中應(yīng)用泛的空壓機(jī)主要分為往復(fù)式、離心式和螺桿式。往復(fù)式在一些老企業(yè)仍大量使用；離心式在紡織企業(yè)應(yīng)用泛，運(yùn)行穩(wěn)定，效率高，但系統(tǒng)壓力突變時容易發(fā)生喘振。采用的主要節(jié)能措施有：
（1）保證進(jìn)口空氣潔凈度，尤其是紡織企業(yè)做好一級粗濾，以濾掉空氣中大量的短纖維。
（2）降低空壓機(jī)進(jìn)氣溫度，提高有效率。
（3）潤滑油油壓對離心機(jī)轉(zhuǎn)子振動影響大，選用含消泡劑和氧化穩(wěn)定劑的潤滑油。
（4）重視冷卻水水質(zhì)，合理冷卻水排污量，有計劃地補(bǔ)水。
（5）空壓機(jī)、干燥器、儲氣罐及管網(wǎng)的冷凝水排放點(diǎn)要定期排放。
（6）為防止空氣需求變化快等引起喘振，注意調(diào)整機(jī)組設(shè)定的比例帶和積分時間，盡量避免用氣突減。
（7）選用節(jié)能效果著的三級離心機(jī)，盡量使用高壓電機(jī)，減少線損，使空壓站溫升低。
螺桿式空壓機(jī)應(yīng)用泛，下面重點(diǎn)對螺桿式空壓機(jī)控制方式進(jìn)行比較總結(jié)：
分析當(dāng)前空壓機(jī)加/卸載和恒壓調(diào)節(jié)方式存在的問題，可以得出：
（1）靠機(jī)械方式調(diào)節(jié)進(jìn)氣閥，供氣量無法快速連續(xù)調(diào)節(jié)。當(dāng)用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動。
（2）單純變頻控制通過加裝變頻器調(diào)節(jié)空壓機(jī)的產(chǎn)氣量，來匹配工廠用氣的波動。不足之處在于該系統(tǒng)適用于工廠用氣量波動不大的情況（波動在單機(jī)產(chǎn)氣量的40%~70%節(jié)能效果著）。
2.2??空壓機(jī)群專家控制系統(tǒng)
空壓機(jī)群專家控制系統(tǒng)成為目前空壓機(jī)群控制節(jié)能新技術(shù)。該控制系統(tǒng)根據(jù)壓力需求變化，金鐘控制不同空壓機(jī)的啟停、加卸載等，保持系統(tǒng)一直有合適數(shù)量和容量的壓縮機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)。
專家控制系統(tǒng)通過控制變頻器改變工廠低壓供氣系統(tǒng)中單臺空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制空壓機(jī)單位時間內(nèi)的產(chǎn)氣量，匹配工廠低壓供氣系統(tǒng)用氣量小的波動。一般選擇對哪一臺空壓機(jī)變頻改造，需要專業(yè)人員對系統(tǒng)進(jìn)行全面的測試計算才能決定。
通過以上分析比較，可以發(fā)現(xiàn)：
（1）我國很多壓縮空氣系統(tǒng)能效有很大的提升空間。
（2）壓縮機(jī)變頻改造只有結(jié)合企業(yè)自身壓縮空氣系統(tǒng)的運(yùn)行情況才能達(dá)到節(jié)能效果，需要經(jīng)過專業(yè)人員全面測試和評估后才能使用。
（3）空壓機(jī)群專家控制系統(tǒng)特別適合于多臺空壓機(jī)同時運(yùn)行的場合，實(shí)行階梯組合配置，可以很好滿足企業(yè)需求。
2.3???壓縮空氣干燥工藝的改進(jìn)
目前企業(yè)常用的壓縮空氣干燥處理設(shè)備為冷凍式、無熱再生式和微熱再生復(fù)合式，
主要性能比較如下表所示。
節(jié)能改造防線遵循以下原則：
（1）若原系統(tǒng)對空氣進(jìn)行過高純度處理時，改成較低的匹配的處理方式。
（2）改進(jìn)干燥工藝，減少干燥處理環(huán)節(jié)的壓損（某些系統(tǒng)干燥器處壓損達(dá)0.05~0.1MPa），減少能量消耗。
三.壓縮空氣的輸送
3.1??管路系統(tǒng)
管路系統(tǒng)的雅江不應(yīng)超過工作壓力的1.5%。當(dāng)前很多空壓站的輸氣管道沒有主次之分，不必要的彎頭、彎管過多，壓力脈動頻繁，壓損嚴(yán)重。氣動管道有的埋于地溝，無法監(jiān)測泄漏。為保證任何情況下系統(tǒng)壓力需求，運(yùn)行管理人員提高整個系統(tǒng)的運(yùn)行壓力0.1~0.2MPa，引入人為壓力損失?？諌簷C(jī)排氣壓力每增加0.1MPa，空壓機(jī)功耗將增加7%~10%。同時系統(tǒng)壓力的提高，使空氣泄漏量增加。
節(jié)能改造措施：
（1）將支路布置的管線改成環(huán)路布置，實(shí)行高低壓供氣分離，并安裝高低壓精密溢流單元；
（2）節(jié)能改造時更改局部阻力偏大的管線，降低管道阻力，對管內(nèi)壁酸洗、除銹等凈化處理，保證管壁光滑。
3.2???泄漏、檢漏和堵漏
大部分工廠泄漏嚴(yán)重，泄漏量達(dá)到20%~35%，主要發(fā)生在各用氣設(shè)備的閥門、接頭、三聯(lián)件、電磁閥、螺紋連接和氣缸前端蓋等處；有的設(shè)備超壓工作，自動卸荷，頻繁排氣。泄漏造成的損失幾乎超出大多數(shù)人的想象。如汽車點(diǎn)焊工位的一個焊渣在氣管上造成一個直徑1mm的小孔，每年電費(fèi)損失高達(dá)355kWh，幾乎相當(dāng)于兩個三口之家的全年家庭用電。
節(jié)能措施：
（1）對主要產(chǎn)生車間的供氣管道安裝流量計量管理系統(tǒng)，確定工藝用量限額。
（2）調(diào)整工藝用氣量，盡可能減少閥門、接頭的數(shù)量，減少泄漏點(diǎn)。
（3）加強(qiáng)管理，使用專業(yè)工具定期巡檢。
總之，企業(yè)可以采用一些專業(yè)檢測設(shè)備如并聯(lián)接入式智能氣體泄漏檢測儀、泄漏點(diǎn)掃描槍等，采取措施防止壓縮空氣系統(tǒng)的跑、冒、滴、漏，據(jù)此開展維修工作和元器件更換工作。
四.壓縮空氣的使用
氣槍在制造加工的精修工序、機(jī)加工等工藝現(xiàn)場被泛使用，其耗氣量在某些產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域達(dá)到總供氣量的50%。使用過程中存在供氣管道過長、供給壓力過高、用直銅管做噴嘴以及一線工人擅自提高工作壓力等現(xiàn)象，造成巨大的用氣浪費(fèi)。
在氣動設(shè)備中用氣不合理現(xiàn)象也較突出，例如確定工件是否卡到位的氣體背壓檢測、真空發(fā)生器給氣等尊在不工作時不間斷供氣現(xiàn)象。尤其在化學(xué)藥液槽等用于攪拌的用氣、輪胎制造中的定型充氣等都存在這些問題。
節(jié)能改造措施：使用新型氣動噴嘴節(jié)能裝置和脈沖式氣槍。在特定行業(yè)采用專業(yè)氣動設(shè)備，如電解鋁行業(yè)推廣使用的打殼缸專用節(jié)氣閥等。
五.空壓機(jī)余熱回收
根據(jù)全生命周期評價，空壓機(jī)消耗的電能有80%~90%轉(zhuǎn)化成熱的形式散失掉了?？諌簷C(jī)的電熱消耗分布如下圖所示，除去輻射到環(huán)境中和存于壓縮空氣自身的熱量外，剩余94%的能量均可以采用余熱回收的方式加以利用。
余熱回收就是通過換熱器等合適的手段將空氣壓縮過程中產(chǎn)生的熱量回收用來加熱空氣或水，典型的使用如輔助采暖、工藝加熱和鍋爐補(bǔ)水預(yù)熱等。通過合理改進(jìn)，50%~90%的熱能可以回收并利用。安裝熱能回收裝置可以將空壓機(jī)運(yùn)行溫度有效控制在佳運(yùn)行溫度，使?jié)櫥凸ぷ鳡顟B(tài)更良好，空壓機(jī)排氣量會增加2%~6%。對于空冷式空壓機(jī)，可以停止空壓機(jī)自身的冷卻風(fēng)機(jī)，采用循環(huán)水泵回收熱量；水冷式空壓機(jī)可以用來加熱冷水或空間加熱，回收率在50%~60%。余熱回收相對電熱設(shè)備幾乎無需能耗；相對于燃油燃?xì)庠O(shè)備零排放，是清潔環(huán)保的節(jié)能方式。
基于壓縮空氣系統(tǒng)能量損失分析理論，對企業(yè)現(xiàn)存不合理用氣現(xiàn)象和節(jié)能措施作了分析和總結(jié)。在企業(yè)節(jié)能改造時，首先針對不同的系統(tǒng)做詳細(xì)的測試評估，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用適合的優(yōu)化措施以達(dá)到節(jié)能目標(biāo)，可以提高整個壓縮空氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率。
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