全生命周期壓縮空氣系統節能實例

茅 青

愛景節能科技（上海）有限公司

0 概述

壓縮空氣系統整體節能是工業領域必不可少的重要環節。不同行業壓縮空氣能耗比是不一樣的，一般來說，占全部能耗的5%～30%，有的行業如化纖、紡織等達30%以上。如果壓縮空氣系統能有20%～30%的節能率，那么全廠用電能耗就有可能降低1%～8%，這是一個非常可觀的數據。

愛景節能科技從事壓縮空氣系統節能已有6年多時間，從已建成和正在實施的100多個項目數據分析，通過節能改造，節能率達25%是非常普遍的。其中，大多數企業使用阿特拉斯、英格索蘭、壽力、復盛、日立等國際知名品牌的空壓機及后處理設備，通過愛景節能科技系統改造，節能率基本達20%以上，有效降低了用戶能耗。

1 壓縮空氣系統節能的三個關鍵點

1)系統性

壓縮空氣系統的節能，關鍵是要對整個系統全面把握。因為要達到20%～30%的節能率，需對系統各個環節進行改造，包括空壓機、后處理（冷干機、吸干機）、過濾器、管道、閥門、冷卻水系統、配電、排廢管路等。

節能率是通過各個環節節能改造而提高的，從提升空壓機運行效率、降低管路內阻、匹配壓縮空氣和實際工況、提升壓縮空氣品質，到按需供應冷卻水等。雖然有的環節只有1%或2%的節能率，但多個環節匯總后，整個能效就提升了。

2)長效性

愛景節能科技一直認為，系統節能改造只是能效提升的第一步，后續的安全高效運行才是關鍵之所在。壓縮空氣系統每年耗電量巨大，能效衰減10%甚至20%以上是常見的，對一個年用電量在800萬kWh的系統而言，一年可能要損失80萬kWh，按0.7元/kWh綜合電價核算，就是56萬元人民幣，相當于損失了兩臺200 KW的空壓機，見表1。

如表1所示，如果系統10年均能達到20%的節能率，即可節約1 120萬元人民幣。

通常大中型空壓站的最大成本是電耗成本，占比超過80%，見圖1。

表1 一個5臺200 KW壓縮空氣系統年耗電及節能統計表

圖1 大中型空壓站費用占比示意圖

3)專業性

壓縮空氣系統整體節能對任何一個節能服務供應商而言都不是容易的事情。首先要對壓縮空氣系統深入理解和掌握，最好擁有空壓機、冷干機、吸干機等關鍵設備的節能定制能力；其次還要有設計、施工、監督及后續維護的能力。隨著物聯網、大數據云平臺技術的不斷發展，專業的壓縮空氣云平臺及后續的智能運維管理系統也應運而生。

2 系統節能實際案例

昆山某玻璃制品有限公司2005年加入法國圣戈班集團，成為其玻璃事業部旗下一員，為耐熱玻璃制品主要供應商，產品產量占世界微波爐配套市場的60%。

1)空壓站改造前情況

該空壓站共有7臺某品牌的螺桿空壓機，其中1臺為20 m3/min空壓機，是氣力輸送獨立運行，其余6臺為200 KW 40 m3/min。空壓機平時運行5開1備或4開2備，總用氣量約150 m3/min，經冷干機干燥后，供車間使用。本次改造涉及6臺200的變頻水泵，整個系統采用數字化。

圖2 空壓站改前原貌1

對所有耗能設備安裝送檢后的智能三相電表，并在改造前在空壓站總管上安裝了插入式熱式質量流量計。

在空壓站安裝智能化本地聯控系統，對三臺新空壓機和三臺備機的運行實現本地自動聯控。

愛景物聯網云平臺對空壓機、冷干機、冷卻水系統運行數據進行實時采集，同時還采集電表、流量計等數據。

圖5 、圖6、圖7、圖8為新建設備圖，圖9為改造后設備及管路布局圖。

3)物聯網云平臺

對EMC合同能源管理項目而言，有一套能在PC端和手機端實時了解系統運行狀態及能耗數據的物聯網云平臺是至關重要的。此項目云平臺貫KW 40 m3/min空壓機，見圖2、圖3、圖4空壓機改造前原貌圖和設備及管路布局圖。

2)整體改造及關鍵節點

新增三臺愛景節能科技定制的兩級壓縮永磁變頻水冷4.5 Bar數字化螺桿空壓機作為主力運行設備，其中一臺為工頻機，兩臺為永磁變頻機，保留原有的三臺阿特拉斯螺桿機作為備用。

新增一臺愛景節能定制的板翹式變頻水冷數字化冷干機，保留原有兩臺作為備機。

新建壓縮空氣主管路并更替過濾系統，新建冷卻水、排污水管路。

圖3 空壓站改前原貌2

新建一套冷卻水系統，包括冷卻水塔和配套穿于整個系統的前期設計、改前能耗標定、改后月能耗對標結算，及后續整個系統全生命周期節能維保的全過程管理。

整個系統的節能率不再依靠理論計算，而是將送檢后的計量器具，對原有系統整體能耗及氣量在雙方認可的運行工期和時間段進行改前能耗測試。

新系統建設完成后，仍采用原有的計量，按月考核系統能耗。通過改前、改后數據對比，可獲得每月的節能率、節能總量和節能費用，見圖10、圖11、圖12、圖13數據對比。

3 初步結論

本項目于2020年8月30日通過驗收，進入實際運行階段，到2021年3月已安全高效運行半年以上。通過每月對標核算，每月實際節能率都超過25%。

圖4 系統改造前設備及管路布局圖

圖5 新建的兩臺螺桿空壓機

圖6 新建的第三臺螺桿空壓機

圖7 新建的水泵控制及空壓機聯控系統

圖8 新建的冷卻塔及備用冷卻塔

圖9 改造后設備及管路布局圖

圖10 系統改前某日氣量波動曲線（2020年4月16日）

圖11 改后系統的某日氣量波動曲線（2021年3月9日）

圖12 系統改前的某日功率波動曲線（2020年4月16日）

圖13 改后系統某日功率波動曲線（2021年3月9日）

通過上述案例可得出：

只有系統性地考慮整體節能，才可能從各個環節入手將節能率提高。

改造只是成功的第一步，后續的運維管理才是節能率維持的關鍵。

有實力、能力、成功案例的專業型節能服務供應商是確保項目成功的前提。

以合同能源管理或節能托管模式的改造，乙方由于出資，有強烈意愿保持高節能率，對合作雙方而言，利益是一致的，故8～10年乃至更長的合作是有利于雙方的。