螺桿式空壓機節(jié)能改造技術(shù)及實施過程的問題探析

■陳小靈，龔千虎 ■．身份證號碼:36079870348;．身份證號碼:360985304

1 空壓機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1．1 一般工藝流程

空壓機系統(tǒng)通常由氣管路、油管路、水管路及電氣裝置組成，從氣管路工藝流程來考慮，通常由空壓機→儲氣罐(濕)→干燥后處理→儲氣罐(干)→用氣崗位構(gòu)成。

1．2 主要耗能設(shè)備

送氣的質(zhì)量根據(jù)行業(yè)特點而定，一般來說，需符合ISO 8573—1∶2001壓縮空氣品質(zhì)2級標準以上，主要能耗產(chǎn)生設(shè)備有空壓機、干燥機。

空壓機系統(tǒng)主要消耗電能，但根據(jù)空壓機機頭形式不同，消耗功率也不同，通常活塞式空壓機＞螺桿式空壓機(最普遍)＞離心式空壓機，南昌HM公司使用的一臺60m3/min的螺桿式空壓機電功率為336kw，配套的干燥后處理設(shè)備消耗16．8kw電能和7%的氣能(以下計算皆按設(shè)備24小時連續(xù)運行為前提)。

2 余熱回收

由于空壓機在壓縮制氣過程中，空氣被強烈地壓縮，進而產(chǎn)生大量熱能，這些熱能若不及時帶走，會使空壓機運行溫度超過規(guī)定值，導(dǎo)致潤滑油氧化、潤滑油的性能降低，這種變化甚至不可逆轉(zhuǎn)，最終導(dǎo)致空壓機損壞，故空壓機系統(tǒng)一般配備通風(fēng)降溫或者冷卻水降溫的裝置將熱量帶走。

試想，如果將這些熱量收集加以利用，那么不僅解決了空壓機系統(tǒng)溫度高的問題，而且給企業(yè)自身創(chuàng)造了利潤。事實上根據(jù)美國能源署發(fā)布的空壓機電能轉(zhuǎn)換效率統(tǒng)計信息，空壓機在運行時真正用于增加空氣勢能所消耗的電能，在總耗電量中只占很小的一部分(約15%)，約85%的耗電轉(zhuǎn)化為熱量。所以“余熱利用”應(yīng)運而生。

2．1 熱量核算

空氣在壓縮過程產(chǎn)生的大量熱能通常通過油冷卻器裝置帶走，以上述南昌HM公司螺桿式空壓機為例，在8月正常運行時，空壓機油冷卻器的進出水溫度分別為32．6℃、40．9℃。則水換熱量Q=C·m·T(其中Q－每小時帶走熱量，kj/h;C－水比熱容，kj/kg·℃;m－每小時流水質(zhì)量，kg/h;T－溫差，℃)。

故 Q=4．2·18000*(40．9 －32．6)=6275kj/h=174kw，占比 = 帶走的熱量/設(shè)備功率=174kw/336=51．8%，其它型號同比類推。可以看出，僅空壓機潤滑油帶走的熱量潛能也是巨大的(還有一部分熱量隨著壓縮空氣被帶走，由于熱量小且施工困難不進行收集)，這些熱量可供鍋爐補水、工人洗浴、冬季供暖、工藝用水等。

2．2 余熱回收實施過程的問題探析

2．2．1 溫控閥的選擇

螺桿式空壓機的潤滑油溫度值要保持一定的范圍，太高會導(dǎo)致油的變質(zhì)、失效，太低會影響油的粘度及功能的發(fā)揮，空壓機自帶的溫控閥作用正是起到了這樣一個調(diào)節(jié)作用，那么當進行余熱改造時，需要再增加一個溫控閥，該溫控閥開啟度的選擇需要進行理論計算和反復(fù)驗證:a，當崗位需熱量大，空壓機的潤滑油能夠大部分流向該余熱回收裝置;b，當崗位需熱量變小，溫控閥能及時將潤滑油逐漸導(dǎo)回原系統(tǒng)，不會致使油的溫度過高而變質(zhì)。

2．2．2 施工過程

由于潤滑油不能含過多雜質(zhì)，余熱回收管路一般使用不銹鋼材料，這樣可以耐壓、耐腐。以南昌HM公司為例，其管路的連接方式采用法蘭或焊接，焊接工藝采用氬弧焊，事實證明這樣既可以保證管路有足夠的強度，又能夠有良好的密封性。

管路優(yōu)化往往被大部分企業(yè)所忽略，在一次與其他企業(yè)節(jié)能負責(zé)人參加南昌市節(jié)能工作會議時了解到，其他企業(yè)使用的壓縮空氣管路主要包括碳鋼管路、不銹鋼管路和進口鋁合金管路。根據(jù)企業(yè)各自的使用效果，探討認為主要有以下區(qū)別:A，使用碳鋼管路在一段時間后會出現(xiàn)銹蝕和不定期泄露的現(xiàn)象，特別是企業(yè)中途停止生產(chǎn)的時候尤為明顯，不僅會造成壓縮空氣的阻力增大，壓降增加，而且有時會積水致使惡性循環(huán)，通常再次開動時需要吹掃管道，優(yōu)點是初期投資成本低;B，不銹鋼的管路正好與碳鋼管路相反，保證了生產(chǎn)用氣的穩(wěn)定性;C，一些醫(yī)藥行業(yè)對壓縮空氣品質(zhì)高，選用了近幾年涌入市場的新型材料，這些行業(yè)企業(yè)透露，該材料的優(yōu)勢是重量輕便，易于安裝且美觀，更重要的是不銹蝕無泄漏，保證了壓縮空氣的露點等品質(zhì)，當然價格也是較貴的。

所以不管是余熱利用還是接下來要講的更換離心式空壓機方式，都要綜合考慮管路的優(yōu)化，這樣才能同時不損害空氣品質(zhì)。

3 更換離心式空壓機

前面章節(jié)1講到空壓機機頭的形式，離心式空壓機在前期一直處于試用階段，技術(shù)并不成熟，而且維修費用高，隨著科技的進步以及離心技術(shù)的不斷發(fā)展，離心電機逐漸運用到空壓機領(lǐng)域，但由于再次置換成離心低壓機設(shè)備的成本較高，目前空壓機廠商如英格索蘭等通常采用“合同能源管理(EMC)模式”與企業(yè)合作。該模式的實質(zhì)是以減少的能源費用來支付節(jié)能項目全部成本的節(jié)能業(yè)務(wù)方式，這樣可以以較少的費用達到設(shè)備升級改造的目的。

3．1 節(jié)能核算

(1)以南昌HM公司目前的空壓機配置為例，2臺60m3/min空壓機消耗功率 =(336+16．8)*2=705．6kw，最終產(chǎn)氣60*(1 －7%)*2=111．6m3/min。

(2)如果置換配套離心機成套設(shè)備(產(chǎn)氣量約為110m3/min)，以英格索蘭品牌為例，其耗電功率為528kw，即節(jié)約電能705．6－528=177．6kw。其它型號同比類推。

3．2 更換離心式空壓機實施過程的問題探析

(1)由于離心低壓機使用高壓電，如果沒有多余的電基本容量，還需向電力公司申請，同時每月產(chǎn)生相應(yīng)的容量費，企業(yè)在做具體的節(jié)能核算時應(yīng)該去掉這筆額外支出的容量費，這樣在做投資回收期等經(jīng)濟指標時才能準確，為公司決策層提供一個正確的參考條件;

(2)離心式空壓機使用的是離心機頭組件，空氣在離心機頭的作用下不斷壓縮，但同時也要避開喘振區(qū)，特別是崗位用氣量不斷波動的情況下，可以考慮利用電子自動控制技術(shù)(或輔以變頻技術(shù))加以規(guī)避，但有的企業(yè)生產(chǎn)需氣量變化較大，建議配備一臺小排氣量空壓機或者變頻的空壓機作為調(diào)節(jié)用，離心低壓機作為常用空壓機，這樣可以發(fā)揮離心低壓機的高效率優(yōu)勢。

4 結(jié)束語

空氣壓縮機是工業(yè)制造行業(yè)的主要動力源，能耗問題越來越受到重視，而我國對空壓機節(jié)能的實際應(yīng)用的經(jīng)驗是不足的，不斷探索、交流諸如余熱回收、更換離心式空壓機等節(jié)能方案，并在實踐中加以改善，相信我國在空壓機節(jié)能技術(shù)方面會不斷進步。

［1］成強，孫斌．關(guān)于空壓機節(jié)能技術(shù)和能量利用的探討［J］．上海節(jié)能，2012(10)．

［2］邢國清等．流體力學(xué)泵與風(fēng)機．中國電力出版社，2009．