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压缩空气系统企业应用节能措施浅议

   【压缩机网】降低成本,增加能源利用率成为企业新的效益增长点。在企业生产中压缩空气应用日益广泛,由于洁净,易输送的特性,被广泛运用于工业控制系统,压缩空气能耗占企业全部电力消耗的10%-40%,成为仅次于电力的第二大动力能源。据有关数据统计,空压机气体压缩能耗仅仅占其全部电能的15%,剩余大部分转换成热量,被冷却设施排放至大气中,其中有60%的余热可被利用,约占压缩机功率的51%,可为企业带来巨大的节能降耗空间,由此可见压缩空气系统的节能减排在企业能源优化方面有着巨大的提升潜力。
 
  1.制造企业压缩空气系统的分类
  通常在一个制造型企业中压缩空气系统的分类方法很多,可以按品质分类,也可以按压力等级,还能按照用户来区分,一般来讲,按空气品质分类居多,可分为动力、净化用气两种不同种类,动力用气即普通生产用气,一般压缩空气只需冷却、排水就可使用,而净化用气需要对其进行冷却排污,干燥脱水、除尘净化等工序方可使用,多用仪表控制系统,也称为仪表气。
 
  2.压缩空气的节能思路
  在压缩空气的节能思路上,国外研究的比较早,有专门的科研机构进行多年的研究,具有一定的参考价值,其针对压缩空气系统设计、运行、维护和评估等方面进行系统地研究,取得了一定的经济效益。我国处于初级阶段,我们的压缩机使用量近年来取得飞速的发展,压缩空气节能系统将会是一个比较广阔的市场空间。
 
压缩空气系统企业应用节能措施浅议
 
  2.1 空压站平面布局的决策
  根据用户的分布策略,如用气点比较单一,用户之间距离较远,且用气品质不同时间可采用就近单站布置原则,当用气点比较散乱,用气压力规格相近时,则可考虑集中供应原则。
  单站布置原则,侧重于用户就近使用,优点是能减少输送管网的投资,降低压缩设备输送能耗比;缺点是压缩设备产能需与用户消耗量相匹配,一旦工况发生变动,易造成空压机放散,或低负荷远离风机最佳工况点运行,造成压缩机效率低下。
  集中布置原则,适合成群用户使用,优点是空压机运行效率较高,管网压力波动较小;缺点是输送管网初期投资大,因为要降低输送能耗比,需要较大的管径来减少流速,以期降低管网沿程阻力损失。
  两种布置原则各具有优缺点,前期规划决策时,应先通过调研和经济分析,再折算成历年的能耗效益指标进行对比,来决定企业所需的最佳方案。
  2.2 压缩空气系统供需平衡动态管理
  对于采用集中布置的压缩空气管网系统,一般采用多台空压机并联外送模式,其投运空压机的总产能应接近管网最大用气量,并保持一定的冗余度,使之能够维护相对平稳的运行压力区间。
  从空压机特性曲线可知,其工作特性曲线呈抛物线状,在其最佳工作点一定范围内,空压机运行效率最高,因此,可以根据用户需求的接点处压力,加上输送管网的阻力损失后,进行空压机选型。工作区间在此压力范围内的空压机运行效率最高。
  根据流体力学原理,压缩空气系统输送管网的阻力损失与流量成平方比关系,即
  ΔP=SQ2
  式中,
  ΔP—管网总阻力损失,Pa
  S—管网综合阻力系数;
  Q—空气输送量,m3/h
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  空压机的电机功率计算公式
  N=Nx/η=QP/(3600η) 
  式中,
  N—空压机电机功率,W
  Nx—空压机的有效功率,W
  η—空压机的全压效率系数;
  P—空压机排气压力,Pa
  由此可见,管网输送流量越多,管网阻力损失越大,而空压机所需的排气压力就越高,最后导致空压机机组的能耗较高。因此,根据企业生产情况,减少消耗用气量,调整用气波峰波谷时段,对压缩空气系统供需进行动态平衡优化,可以降低空压机组的运行能耗。
  2.3 压缩空气系统生产工艺优化
  根据压缩空气生产流程,空压机就是采用一种动力设备,将空气的体积进行压缩,提高其压力后,作为一种动力源进行使用。针对压缩空气系统节能减排,可以从压缩机做功效率,干燥净化损耗。空压机出口管路设计等方面进行研究,以期提高设备能效比,降低运行成本。
  2.3.1根据气体公式绝热压缩时温度与压力成反比关系,因此在选用适当的压缩比级数后,要保持级间冷却设施完好,使用较凉的循环冷却水运行,降低次级入口空气温度,可以提高空压机的产气能力,从而降低机组能耗。
  此外,对压缩机的运转部件应定期进行维护,确保转动部件处于良好润滑状态,可有效降低空压机的功耗比。
  2.3.2 降低干燥净化损耗
  对于仪表用气而言,压缩空气还需经过干燥净化处理。干燥净化工艺一般由两种,即冷冻除湿和吸附脱水:冷冻除湿是利用冷冻机换热翅片将空气冷却至机器露点,一般其压力露点均高于零度,适用于含水量要求不高的工艺使用;吸附脱水是利用吸附剂在不同压力和温度下吸附脱水处理,可将空气露点降至-40℃以下,能满足我国北方冬季仪表控制系统的使用。传统吸附式干燥器有一定再生损耗。用于将吸附饱和的氧化铝进行升温增压解析,其再生损耗的占处理气量的3%-15%。近年来,干燥系统又研发了一种新技术,二次回收再生过程中反吹消耗的饱和湿空气,可将再生能耗降至1%以下,不仅减少了排气时噪声污染,又能实现能源的回收利用。
  2.3.3优化设计空压机出口管路
  当空压站内成组布置机组时,易出现部分空压机产气能力不足的情况,这是由于排气管道在汇流后形成的紊流影响到机组排气设施所致,可将出口处的直三通,改为顺气流方向的斜三通,将会显著改善部分机组的运行工况。
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  2.4 压缩空气余热应用
  空压机是通过电能将机械能转换成压缩能的设备,压缩能耗仅仅占空压机总耗电量的15%,剩余85%的能量以压缩热被冷却的方式消失于环境中,而这部分能量的60%还可以被回收利用。一般来说,高于60%就有利用价值,对于空压机出口近100℃的高温压缩空气,其余热利用空间很大,即可以直接换热得到45℃的水用于生活卫生用热水,还可以采用作为生产空调供应热水用于供暖用途,极大地提高了二次能源的利用率。
  2.5 利用波峰波谷用电
  基于电网谷电价差,在电力低谷时段用压缩空气产气并储存,在电力高峰时段释放至用气点。不仅可以缓解用电紧张局面,对企业来说,也是提高效益的节能措施。
 
  3.结论
  随着环保形势日益严峻,我国制造强国的建设需要引入清洁生产模式,以更低的生产成本和能源消耗,来促进企业经济效益的新增长点,压缩空气系统作为仅次于电力的第二大动力源,其所消耗电量在企业总电能耗中占比很大,进行节能优化研究,将会有效减少制造行业运行成本。
 

来源:本站原创

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