企業(yè)空壓機節(jié)能改造技術

改造者：姚 嵐 張東平 王紅梅 張光亞 程 曦 吳 周 林士明 劉少華

企業(yè)空壓機節(jié)能改造技術

改造者：姚 嵐 張東平 王紅梅 張光亞 程 曦 吳 周 林士明 劉少華

本文通過對某知名大型鑄造企業(yè)的空氣壓縮機系統(tǒng)的用能狀況和能效經系統(tǒng)分析，采用變頻及熱回收利用技術對空壓機實施節(jié)能改造，運用變頻采用速度矢量控制模式，實現(xiàn)空氣壓縮機之間智能聯(lián)控和恒壓供氣閉環(huán)控制。此外，運用以水作為中間介質的同程截流式反串換熱技術冷卻高壓高溫氣體，對空氣壓縮機系統(tǒng)壓力和溫度進行智能監(jiān)控，在提高空壓機的產氣效率的同時，有效降低空壓機能耗。實際數據表明節(jié)能率達到35％，可供相關生產企業(yè)參考、決策。

很多大型制造業(yè)企業(yè)，隨著生產規(guī)模快速發(fā)展，伴隨著資源消耗的快速增加，粗獷的生產管理方式，通常嚴重制約著企業(yè)又好又快發(fā)展。如何加強能效管理，著力節(jié)能減排、降耗增效，成為企業(yè)的重要任務。在某大型鑄造企業(yè)，眾多的空氣壓縮機是該企業(yè)的主要生產輔助設備之一，其日常運行產生大量附加能耗，包括空載損耗和壓差波動損耗等，同時產生約50％余熱，具有很大的節(jié)能降耗空間。本文結合某知名鑄造企業(yè)的管理需要及生產、設備現(xiàn)狀，從背景、用能現(xiàn)狀、技術方案、經濟效益、運作模式和風險等方面進行系統(tǒng)的研究和分析，確定采用變頻技術及熱回收利用技術，對空壓機實施節(jié)能改造，以達到節(jié)能降耗的目的，達到節(jié)能改造，控制生產成本的目的。

能耗分析

經過對該企業(yè)的兩臺空壓機進行現(xiàn)場觀測，獲取并記錄其能耗數據。空壓機品牌型號：英格索蘭螺桿式空壓機，型號為MM75，容積流量12.1m3，排氣壓力0.8～0.85MPa，額定功率75KW。壓力設定為0.6-0.65Mpa，壓力波動范圍8％左右。

具體運行能耗數據為：

1#機運行時間37851小時，加載時間26024h，空載時間11827h，加載時間占運行時間的68.7％，空載時間占運行時間的31.3％。

2#機運行時間19825h，加載時間11670h，空載時間8155h，加載時間占運行時間的59.9％，空載時間占運行時間的40.1％。

1#機、2#機均采用空氣冷卻方式散熱，均未對余熱進行回收。

該兩臺空壓機均具有較大的節(jié)能空間。

節(jié)能技術方案

相關技術設備

（1） 智能空壓站

智能空壓站系統(tǒng)是一種從實際需求工藝出發(fā)，高效管理壓縮空氣供氣端，合理分配使用端，使系統(tǒng)能效利用最大化，實現(xiàn)無人值守、便捷管理的新型空壓站系統(tǒng)。

系統(tǒng)優(yōu)勢

直觀及時反映現(xiàn)場實際情況，便于高效管理；

最大程度的消除卸載和低效率運行工況，使空壓機運行在高效氣區(qū)間，提高能效利用率。

穩(wěn)定各級管網壓力；

減少錯覺需求造成的能效浪費

流量組合經濟調節(jié)范圍大，有效應對間歇及突發(fā)用氣，

管理維護方便。

（2） CT6800型螺桿空壓機專用變頻設備

產品特點：整體模塊化設計，無需復雜的安裝和調試，無外圍設備。變頻啟動運行，具備以下優(yōu)勢：

啟動平穩(wěn)，啟動電流小，無電網沖擊；

恒轉矩、速度矢量控制；

調節(jié)范圍大，滿足各種用氣量波動需求；

壓力波動最小，氣源輸出穩(wěn)定。

（3） CT2800WHR型空壓機熱回收系統(tǒng)

該系統(tǒng)為空壓機外部系統(tǒng)，通過油管以及連接件與空壓機相連進行換熱。

系統(tǒng)特點

大屏幕、人性化的界面實時顯示集熱器水溫、水箱水位、管道水溫、時鐘和系統(tǒng)工作流程；

“自動+手動”運行模式，可 24 h供水，也可分5個時段供水，每個時段供水2～5h；

冬季防凍循環(huán)（5 度），定溫、變量變頻供水；

控制柜箱，彩鋼外殼，防水型；

壓縮機的正常的工作油溫，不破壞壓縮機的正常工作；

熱回收利用，節(jié)能環(huán)保，減少溫室氣體排放；

采用聚氨酯發(fā)泡棉三層保溫管，導熱系數極低，可使水介質熱損失降至傳統(tǒng)管材的25％，1000米距離溫差約小于5％。

技術方案選擇

對2臺型號MM75英格索蘭螺桿式空壓機中的1臺進行變頻改造，變頻采用速度矢量控制模式，算法采用PID控制模式，2臺空壓機實現(xiàn)智能聯(lián)控，空壓機站系統(tǒng)實現(xiàn)恒壓供氣閉環(huán)控制。

空壓機熱回收系統(tǒng)利用水作為中間介質進行熱量交換，采用同程截流式反串換熱技術冷卻高壓高溫氣體，智能監(jiān)控系統(tǒng)壓力和溫度，輸出適用溫度的熱水供應燃氣鍋爐。不僅可以提高空壓機的產氣效率，而且可減少天然氣的用量。

節(jié)能改造實施方案

⑴ 變頻改造

選用CT6800型螺桿空壓機專用變頻設備控制已有空壓機站系統(tǒng)，使之成為高效、節(jié)能、便捷的新型智能空壓站系統(tǒng)。根據實際運行狀況，2臺空壓機選取1臺進行變頻改造，另外1臺工頻運行。在變頻調速方案中，把母管壓力作為控制對象，通過壓力變送器將母管的壓力P轉變?yōu)殡娦盘査徒o智能控制器，與用戶的壓力設定值進行比較運算，產生控制信號（電壓或電流）去控制變頻器運行，變頻器控制電機的工作頻率與轉速，從而使實際壓力始終恒等于用戶設定的壓力。同時具備故障自動保護、記錄，零部件更換提醒，期望壓力靈活設置等功能。

⑵余熱回收利用

建設空壓機熱回收利用系統(tǒng)。選用CT2800WHR型設備，采用同程截流式反串換熱技術，對空壓機所產生的高溫高壓的氣體用水進行冷卻，智能監(jiān)控系統(tǒng)壓力和溫度，產生40～50oC（根據季節(jié)不同）的熱水，通過新建管道（約350M

）輸送至鍋爐房，作為預熱水供應現(xiàn)有2t和4t的燃氣鍋爐，從而達到節(jié)省天然氣的效果。

效益分析

直接經濟效益

本案例直接經濟效益主要來源于消除空壓機運行時的附加功耗（主要由輕載（空載）運行及壓差波動形成）和熱回收利用。

經測算，該企業(yè)2臺空氣壓縮機經節(jié)能改造，共可實現(xiàn)年降低輕載（空載）損耗10.2萬kw/h，壓差波動損耗5.4萬kw/h，折合節(jié)約電費約10.9萬元。年回收余熱熱量折合標煤約66t，相當于節(jié)約能源費用約20萬元。

間接效益

實施節(jié)能改造后，空壓機設備性能將大幅提高，帶來以下間接效益：

供氣壓力穩(wěn)定；

啟動平穩(wěn)，啟動電流小，無電網沖擊；

控制精確、壓力波動小；

避免重復啟停，效率提升。

社會效益

節(jié)能改造的實施，使該企業(yè)在減少能源使用量，提升能源使用效率的同時，大幅減少二氧化碳溫室氣體排放，切實響應了國家節(jié)能減排政策。

總結

（1） 本案例遴選的節(jié)能技術、設備、改造方案先進、適用、可靠，是目前空壓機節(jié)能最佳解決方案，符合該企業(yè)實際生產狀況。

（2） 本案例具有投資少、實施條件優(yōu)越、節(jié)能效果顯著等特點，靜態(tài)投資回收期僅一年左右。

（3） 本案例實施后經濟效益顯著，為該企業(yè)實現(xiàn)年節(jié)約電量約15.6萬kw/h，年回收熱量4.64億千卡，折合節(jié)約標煤約118t，減少二氧化碳排放292.9t，有效降低了溫室氣體排放量。經濟效益與社會效益均十分顯著。

（4） 本案例采用合同能源管理模式實施，該模式為國家大力推廣，可充分保證項目實施效果，避免用能單位技術和投資風險。

（5） 本案例為相關企業(yè)加強能效管理具有典型示范作用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.23.023