空压机节能方案汇总
前 言
在各种工业企业中,压缩空气都属于标准配置,由于其特性优良,广泛应用于多种场合,成为继燃料、电力之后的第三大能源。空压机作为产生压缩空气的设备,广泛应用于化工、矿山、冶金、电力、纺织、造纸、塑胶、烟草、食品、制药等各种行业。
用于产生压缩空气的空压机是工业企业的重点耗能设备,具备节能潜力。在空压机的使用成本中,设备购置成本仅占5%,维护成本占18%,电费占到了惊人的77%,实施空压机节能将会显著降低空压机的使用成本。
空压机耗电量占主要工业设备耗电量的15%,全国空压机每年耗电量约为2500亿千瓦时。按照全国空压机平均节电15%,平均电价0.65元计算,每年将创造节能效益244亿元,市场前景广阔。
为了实现空压机的节能,北京时代科仪新能源科技有限公司提出了空压机综合节能方案。作为国内专业化ESCO(节能服务提供商),公司自成立以来,一直致力于为用户提供全方位的节能解决方案,帮助用户降低经营成本、创造利润。公司组建了一支集节能环保设备研发、生产、销售及服务为一体的专业化的团队,并为清华大学、北京交通大学、北京信息科技大学、中科院工程热物理研究所、中科院电工研究所等提供了设备或者具有合作关系。
根据多年的实践经验,本文从专业的角度,对各种可行的节能技术逐一进行列举,并阐述空压机节能的综合方案,以便服务于广大的生产企业,为大家提供参考。
一、空压机的类型和节能的方向
空压机是一种通过压缩动作使得空气的压强增大,从而具备做功能力的机械。通常,具备较高实用价值的空压机有活塞空压机、螺杆空压机、离心空压机等,具备不同的运行方式,效率也有差别。
1.1 活塞空压机
活塞空压机是一种定容、往复式压缩机,主要通过气缸、活塞、阀门的运动配合,完成吸气-封闭-压缩-排气周期。其优点是压力范围大、稳定性好、排气压力稳定,其缺点是体积大而笨重、运行维护费用相对较高。活塞空压机目前主要应用在高压力压缩等特殊领域。
1.2 螺杆空压机
螺杆空压机是一种定容、回转式压缩机,主要通过螺杆的啮合和回转运动,完成吸气-封闭-压缩-排气周期。其优点是坚固耐用、维护方便,其缺点是输出压力不甚稳定,同等条件下的能源效率不及活塞空压机。螺杆空压机又分为双螺杆空压机和单螺杆空压机,目前市场占有率较大的是双螺杆空压机,具有绝大多数,但某些厂家的优质单螺杆空压机也不可小觑。
1.3 离心空压机
离心空压机是一种变容、叶轮式压缩机,主要通过叶轮的高速旋转,形成离心力,促使空气高速流动,并藉由增压器的转换作用,产生一定压力和流量的压缩空气,工作流程为吸气-增速-扩压-排出。其优点是流量大、无油,其缺点是容量调节困难、容易诱发喘振等。
1.4 其它类型空压机
其它具备实用价值的空压机有涡旋式、滑片式、轴流式空压机等,都可归结到定容、变容等压缩方式,与前述空压机的分析过程较为近似,考虑到它们的台数较少,在此不单独论述,本文的分析过程也适合这些空压机。
1.5 空压机节能方案可行的方向
为了实现空压机节能,我们可以从系统整体监控、空压机群控优化、空压机单体控制、气源优化、输送管道优化、末端用气优化、余热利用、附属干燥机优化、整体综合方案等角度和方向进行研究,确定可行的技术方案。北京时代科仪在这些领域都有较大规模的应用,并取得相应的效果。
二、空压机系统监控节能方案
北京时代科仪新能源科技有限公司通过多年的实践,对大多数空压机节能方案都做出了较好的案例,在此逐一列举空压机系统的各种节能方案,并形成综合节能优势,希望能够对大家起到参考作用。在过去的几年中,我们对空压机的各种节能方案进行了统一的研究,在此对有效的节能方案进行分门别类的叙述,本章主要介绍空压机系统监控节能方案。
2.1 空压机系统监控节能的设计思路
企业中的空压机系统通常采用群组方式工作,每一套空压机系统含有多台空压机,其运行状态各异,空压机系统的主要性能指标为气电比,而在通常的粗放运行方式下,系统的气电比得不到保证,整体运行性能存在波动。通过对空压机系统实施监控,能够对各台空压机的运行情况和系统的整体性能进行管理,实现最大效能。
1、构建一个全面的信息系统,对于供应状况、设备状况、能耗状况、能源效率、维保状况等都进行全面的监控,监控手段先进,并能提出节能建议、维保定时提醒,属于专利技术。本方案仅监控管理系统的功能就已经大大超出目前市面上空压机联控系统的范畴。
2、监控终端功能强大,每台空压机具有256路数据存储,可以全方位监控空压机的运行状况,实时核算制气效率、气电比,并具有小时、天、月、单班能效记录,尖、峰、平、谷能效分析等功能,属于专利技术。
3、配合空压机节电王,提供单组空压机的核心节能功能,在合适的条件下能大幅降低空压机的实际能耗,起到节能的作用,也是专利技术。
2.2 空压机系统监控的硬件基础
北京时代科仪的核心监控设备是监控云终端,能够兼容各种品牌、不同系列、年份的空压机,完全自主研发,具有非常完善的专利保护:发明专利两项,实用新型专利三项。
201210068789.5 一种能源监控系统 发明专利
201220098179.5 一种能源监控系统 实用新型专利
201220098189.9 一种用于能源监控的终端 实用新型专利
时代科仪空压机能源监控系统实现的主要硬件手段----能源监控云终端
2.3 空压机系统监控的实施
空压机监控系统是一个完整的硬件、软件复合系统,用于企业对空压机的全面科学管理。是集空压机数据监控、群组管理、健康管理、能源管理、节能管理为一体的综合性信息化解决方案。
监控管理软件界面部分示例图
空压机能源监控系统针对企业空压机的管理问题:当前,空压机车间的运行由动力部门管理,绝大多数仅以保证生产供气压力为运行目标,其运行能耗作为辅助监测对象,缺乏自动的控制管理手段。企业空压机普遍存在的问题:供气压力设置过高、压力波动范围大、加卸载频繁、保养费用高、数据记录困难、故障处理不及时等等。通过监控系统实现:
※ 全面、安全、可靠的日常管理
※ 直观、稳定、自动的群组管理
※ 详尽、节能、有效的能源管理
※ 个性、快速、轻松的健康管理
※ 权威、灵活、简单的节能管理
时代科仪空压机能源监控系统的主要功能是:
1、空压机档案管理的问题
空压机及配套系统的额定参数报表:品牌、厂家、额定产气量、额定压力、额定功率、额定电流、额定电压;
空压机的运行数据的报表:年报表、月报表、日报表及任意一时间段的数据报表,数据包含压力、流量、温度、电压、电流、功率、制气效率等200多个运行数据;
空压机的维保状况报表:如:何时换的油、何时换的滤芯、何时对空压机进行了什么维护等等;
空压机异常状况处理报表:何时数据异常,何人采取了何种手段解决等;
空压机能效分析及节能策略建议、维保提醒日志、人员的随即评论及操作日志等报表。
2、空压机健康管理问题
数据异常或故障报警:当数据出现任何异常时,及时报警、以短信的方式反馈到相关负责人,避免对企业造成大的损失;
维保提醒:需要进行维保前,自动发短信提醒,并自动记录在系统档案中。
3、空压机运行数据实时监测的问题
实时监测空压机群组(或单台)运行时的压力、流量、功耗曲线;流量、温度、电压、电流、功率、制气效率等200多个运行数据。
4、空压机的能效分析(独创性)
分析系统和单台设备的能源消耗规律、时段分析、成分分析等,对比分析各台设备的能源效率。
5、节能策略建议(独创性)
内置空压机节能专家知识库,自动根据当前及前一段时间的运行状况给出节能的建议,企业操作人员根据提供的节能策略来操作,有节能的效果。
三、空压机群控节能方案
在对空压机群体搭建了监控系统的基础上,就能够对各台空压机进行人性化的管理,通过实时的评估、统筹运行,发挥最大效能。以下介绍时代科仪空压机群控系统:
3.1 时代科仪空压机群控系统的整体架构
系统架构图(含核心节能设备空压机节电王)
3.2 时代科仪空压机群控系统的实施步骤
1、安装监控云终端,实时监控工作状态、能效状态等参数,实现智能管理的基础;该项工作也为节电量和节电率的预估提供前期数据。
2、在此基础上建立空压机管理计算机网络系统,对压缩气体供应状态、设备状态、能耗状况、维保计划等进行全方位管理。
3、运行过程中,进行自动决策,实现整个系统的经济运行,并且建立一个详细的日志系统降低设备运行的故障率,同时具有一个详细的维保计划能够定时提醒维保动作,对于压缩空气的供应具有更好的保障。
4、本监控系统既可与企业的综合监控系统相连接,又可以作为企业综合监控系统(或能源监控系统)的前期工程,企业可以在此系统的基础上进一步搭建企业的综合监控系统(或能源监控系统)。
四、空压机本体节能利器—空压机节电王
前述监控和管理系统主要针对空压机群组,对整体进行合理的管理,实现管理节能。而对于群组里面的各台空压机本体,采用国家创新基金研究课题:空压机节电王,对空压机本体进行节能。
详见【产品介绍-空压机节电王】
五、大型离心空压机节电王—实现极大的经济效益
离心空压机是大、中型企业的主要动力设备之一,用途较为广泛,同时也是耗电大户,其运转成本占企业电力成本的30%以上,在有些企业甚至达到60%左右。时代科仪经过数年的潜心研究和实践,结合航空、航天技术,推出了离心空压机节电王。该产品的推出改善了能耗高的问题,能够显著降低运行成本,同时还具有提高离心空压机产能、减少配电需求的作用。
详见【产品介绍-离心空压机节电王】
六、空压机的气源更换节能---节能型螺杆空压机
在当今的工业领域,螺杆空压机由于坚固耐用、便于维护的特性,成为保有量最大的空压机类型,用途非常广泛。然而,螺杆空压机的能源利用率仍然在低位徘徊,输入给螺杆空压机的电力只有大约20%转化为有效的压缩空气动力,其余全部转化为热。如果将螺杆空压机自身的效率提高,实现节能型螺杆空压机,那么将获得巨大的效益。
详见【产品介绍-节能型螺杆空压机】
七、气体传输管路和末梢优化节能
压缩空气一经产生,需要经过储气罐和管路输送到使用场合,而在输送过程中,管路常常存在问题,这些问题增大了能源消耗,造成了无谓的浪费。通过管路和末梢用气环节优化的节能手段,能够实现空压机系统的大幅节能。本章对常见的管路问题进行讲解,并对解决方案进行简单的介绍。
7.1 储气罐容量不足
在应用现场中,常常发生的问题是储气罐容量不足,由于容量较小,储能作用较差,气压波动大,造成空压机反复加载和卸载,形成大量的能源浪费。
通过增大储气罐,单次卸载时间超过一定时长,那么空压机的卸载功耗会下降,形成节能效果。
7.2 直角弯头
管路驳接处的直角弯头对能效具有很大的破坏作用,其原因:
1、直角弯头形成气体冲击,局部压力增大,造成空压机持续运行于高气压状态,且容易卸载。
2、直角弯头造成流动阻力加大,形成附加的做功点。
对于空压机输出口的直角弯头,严重时可空耗0.5bar的压力,如现场采用6.5bar压力系统,则直角弯头的能量损失占到了7%以上,其危害程度可见一斑。
北京时代科仪采用航天技术、流体力学,对管路驳接点进行合理优化,能够显著降低能源损耗,该部分损耗几乎消除。
7.3 管路走向不良
压缩空气从统一的储气罐送出之后,经过各条管路向用气环节输送,高效的输送形式有单点菊花链状、多点环状。但是一般的用户现场因为一次性投资的节省等原因,空气管路的走向往往不合理,造成压力损失过大,导致必须供应更高的气体压力。例如,一般气动现场末端气压只要大于4.5bar就可以稳定工作,但是由于管路走向不佳,导致空压机必须供应6.5bar压力,如果进行管路走向优化,只需要供应5.8bar压力即可,节能率可以达到10%左右。
7.4 末梢储能不足
在一条生产线中,有不同类型的用气环节,例如:
1、持续用气环节,例如气动马达(手持式磨削机)等,要求压力持续可靠;
2、小规模脉冲式用气环节,例如气动螺丝刀、气动活塞等,要求压力持续可靠;
3、大规模脉冲式用气环节,例如气除灰、喷吹设备等,要求储能量大;
4、敞口用气环节,例如玻璃冷却、吹扫环节等,要求流量大,对压力无明确要求。
由于上述各种用气环节常常共存于同一段管道上,脉冲用气设备需要瞬时较大的气体供应,它们势必拉低管路气压,导致持续用气环节得不到充足的气压,这就要求供气端供应更大的气压,从而导致空压机能耗大幅度增大。
北京时代科仪通过气压、气流侦测,在准确位置部署储气罐,增大局部储能量,改善局部气压,使得整体供气压力下降,实现了较好的节能效果。
7.5 采取分压供气
在部分领域,厂内压缩空气的供应需求分为几种,如前面章节所述。例如,仪表供气末端需要4.5bar压力,要求空压机供应6bar压力,而吹扫和冷却用气只需要流量,对于压力只要高于2bar就会很好,那么,如果全厂统一供应6bar压力,就会导致大量的浪费。北京时代科仪在这个领域具有较好的经验,通过专家进场检测,合理设计分压供气回路,实现大幅度节能。部分现场甚至节能50%以上。
7.6 气体部件更换和漏点侦测
空压机系统是一个持续运行的整体,各个气体部件和接头在长期运行过程中,都可能出现性能下降、漏气等不良现象,通过时代科仪专家的进驻,对企业的各个用气点进行检测,找到其中效率较低的环节,并进行更换,实现最大程度的节能。
八、空压机余热利用节能
压缩空气的产生过程是较为复杂的,在气体压缩的过程中,发热程度较高,常达到100摄氏度以上,空压机消耗的电能只有约20%转换为压缩空气动力,其余80%皆转换为热量。故空压机的余热利用价值常常较高。在此,对北京时代科仪在空压机在余热利用方面的经验进行简单的介绍。
8.1 空压机余热制热水
使用空压机运行过程中的热油、热空气进行换热,将热量传递到软水介质中,然后再将软水介质的热量再次换热,传递到用户所用的热水中,双级换热,实现余热的利用。
这种余热利用方式主要针对具有较多空压机、且具有较多热水需求的场合。
例如:
南方的各家企业,具有空压机长期运行,并且员工宿舍需要洗浴热水;
煤矿,具有大量空压机运行,并且工人洗浴热水量较大。
8.2 空压机余热制冷
使用空压机运行过程中的热能,产生高温热水,然后使用高温热水作为热源,驱动溴化锂机组制冷,能够产生冷冻水供应生产环节。例如:
制药企业,利用离心空压机的余热,产生90摄氏度热水,驱动溴化锂机组制冷,弥补冷冻水的不足,大幅降低制冷压缩机的使用率,节能效果显著。
电子企业,利用空压机的余热,产生95摄氏度热水,驱动溴化锂制冷,产生的冷冻水供应企业生产车间空调和生产线。
九、空压机附属干燥机节能
在化工等场合,对压缩空气的含水率要求较高,因此采用冷干机或者吸干机来对压缩后的空气进行干燥处理,同时也会带来附加的能源消耗。北京时代科仪对此进行了一定的研究,并提出和实施解决方案。
9.1 冷干机联动
在部分现场,冷干机常年运行,运行方式较为粗放。时代科仪通过一套专家系统,评估压缩空气的湿度(露点),并对冷干机进行联动,实现较好的节电效果。
9.2 吸干机优化
一般的吸附式干燥机具有两种能耗:
1、对压缩空气的损耗;
2、再生加热的用电损耗;
在部分现场,吸干机的损耗较大,北京时代科仪采用的手段是经过优化的吸干机,能够大幅度降低耗气量和耗电量,消除无谓的损耗,实现节能。
9.3 智能疏水阀
在较多的现场,为了实现排水,疏水阀都没有经过仔细的控制,长期开启,存在持续的泄漏,此种工作方式能耗很高,看似不大的一个泄漏,由于空压机的产气效率本身就不高,压缩空气比较宝贵,所以引起的耗电量是相当惊人的。通过时代科仪的智能疏水阀控制,使得疏水阀的开启时间大幅缩短(缩短了90%),杜绝了持续的泄漏,此技术的投资回收期非常短。
后 记
北京时代科仪新能源科技有限公司是一家致力于企业综合节能的企业,获得国家级高新技术企业认证,国家双软企业认证,发改委备案的节能服务公司。
北京时代科仪新能源科技有限公司在空压机节能领域承担了国家创新基金研发课题,并通过6年的时间,对空压机节能领域进行了深入的研究和实践,获得了一些成绩。目前,时代科仪的研究和实施重点方向是空压机系统整体节能。
本文是对空压机节能方案的一个小结,希望能够起到抛砖引玉的作用,为企业提供参考,带来更多的节能效果。
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