壓縮機(jī)網(wǎng) >雜志精華>正文

          壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能認(rèn)知誤區(qū)淺議<上>

            【壓縮機(jī)網(wǎng)】現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)和高品質(zhì)生活都離不開壓縮空氣,空壓機(jī)作為壓縮空氣的制供設(shè)備,對(duì)于各行各業(yè)的使用者來說都非常重要,而談?wù)?a href="http://www.bxrope.com" target="_blank" class="keylink">空壓機(jī)都離不開壓力、流量(排氣量)、功率三大性能參數(shù)的表現(xiàn)。由于空壓機(jī)是耗能大戶,且其廣泛使用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域,空壓機(jī)的降耗增效意義非常重大,得到了業(yè)內(nèi)及客戶一致認(rèn)可。筆者通過設(shè)計(jì),制造,使用和服務(wù)(售前、中、后)幾個(gè)方面來闡述了壓縮空氣節(jié)能的秘密,希望您能有所收獲。單一的壓縮空氣設(shè)備節(jié)能不一定可以使壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能,本章節(jié)帶您了解壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能誤區(qū)。

            一、國家政策導(dǎo)向

            提問:什么是現(xiàn)階段中國社會(huì)主要矛盾?

            答:人民日益增長的美好生活需要和發(fā)展不平衡不充分之間的矛盾。

            十九大報(bào)告闡述的新時(shí)代、新征程、新變化,即中國社會(huì)的主要矛盾發(fā)生了變化,由過去落后的生產(chǎn)力與人民群眾日益增長的物質(zhì)文化需要之間的矛盾,轉(zhuǎn)化為人民日益增長的美好生活需要和發(fā)展不平衡不充分之間的矛盾,這一闡述非常明確。

            對(duì)于十九大報(bào)告提出的關(guān)于增長轉(zhuǎn)型的要求,即由高速增長階段向高質(zhì)量發(fā)展階段轉(zhuǎn)變。第一,要堅(jiān)持質(zhì)量第一、效益優(yōu)先;第二,要深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,推動(dòng)質(zhì)量變革、效率變革和動(dòng)力變革,提高全要素生產(chǎn)力;第三,要建設(shè)實(shí)體經(jīng)濟(jì)、科技創(chuàng)新、現(xiàn)代金融、人力資源協(xié)同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)體系。

            十九大報(bào)告強(qiáng)調(diào)要全面推進(jìn)綠色發(fā)展這一闡述,要構(gòu)建包含生產(chǎn)、生活、技術(shù)、融資等在內(nèi)的綠色發(fā)展系統(tǒng);要著力解決我國面臨的環(huán)境突出問題。因此,高品質(zhì)與節(jié)能型產(chǎn)品將是未來空壓系統(tǒng)設(shè)備發(fā)展的方向。

            二、市場導(dǎo)向

            我們的客戶正在進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)和供給側(cè)改革,因此他們正在或?qū)⒁龅氖虑槭牵浩焚|(zhì)化發(fā)展、淘汰落后產(chǎn)能、節(jié)能增效。

            耗能大戶,量大利薄,看重節(jié)能增效。而追求高品質(zhì)的客戶,先看品質(zhì),再看節(jié)能,最后價(jià)格。見圖1。

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            三、行業(yè)發(fā)展方向

            壓縮空氣是高能產(chǎn)品,根據(jù)能量守恒,它的生產(chǎn)注定是高耗能的。如果能從高耗能中省下百分之幾,每年節(jié)能量是很可觀的。

            壓縮空氣的節(jié)能已經(jīng)從單一設(shè)備節(jié)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s空氣系統(tǒng)節(jié)能。討論壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能,我們必須要清楚耗功在哪里?壓縮空氣系統(tǒng)耗功我們可以關(guān)注四個(gè)方面:

            1.系統(tǒng)設(shè)備耗功

            我們看看壓縮空氣系統(tǒng)能流圖(從能源輸入端和輸出端來看),見圖2。

            作者在文章《壓縮空氣系統(tǒng)選型對(duì)節(jié)能影響重要性分析》講到,能源輸入端主要是壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備的耗功,見圖3。

            ①空壓機(jī)85%~95%;

            ②干燥器3%~15%:

            2.空壓機(jī)耗功

            在壓縮空氣系統(tǒng)中耗功占比最大的是空壓機(jī),因此對(duì)空壓機(jī)的耗功節(jié)省可以立竿見影。圖4為空壓機(jī)耗功分解。

            作者在文章《軸功率對(duì)噴油螺桿空壓機(jī)節(jié)能影響》講到空壓機(jī)耗功主要在:

            √主機(jī)軸功率耗功占比最大;

            √其次是電機(jī)效率;

            √再就是傳動(dòng)效率

            3.軸功率耗功

            主機(jī)軸功率大小,跟主機(jī)選型、設(shè)計(jì)、制造及系統(tǒng)匹配有關(guān)。在后面的節(jié)能誤區(qū)會(huì)有詳細(xì)描述,見圖5。

            4.電機(jī)效率

            電機(jī)作為空壓機(jī)的主要輸入動(dòng)力,其效率對(duì)于空壓機(jī)節(jié)能也是影響很大。工頻和變頻電機(jī)的采用,在后面的節(jié)能誤區(qū)會(huì)有詳細(xì)描述,圖6。

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            四、壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能誤區(qū)

            誤區(qū)一:空壓機(jī)的主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)越高或越低越節(jié)能

            作者在文章《什么因素會(huì)影響比功率》中講到每檔主機(jī)都有一個(gè)最佳轉(zhuǎn)數(shù),見圖7。

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            ①當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)低時(shí),泄露會(huì)影響到比功率值上升(左邊曲線);

            ②當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)高時(shí),機(jī)械損失也會(huì)影響到比功率值上升(右邊曲線);

            ③所以,當(dāng)空壓機(jī)工作在最佳主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)時(shí),最節(jié)能(曲線最低點(diǎn))。

            通常主機(jī)的內(nèi)泄漏是不可避免的,提高主機(jī)轉(zhuǎn)速可以改善相對(duì)泄漏量,提高效率。而增加主機(jī)壓力,也會(huì)使主機(jī)的內(nèi)泄露加大,排氣量減少,主機(jī)耗能增加。

            主機(jī)在高轉(zhuǎn)速下,軸承和軸封磨損加劇;潤滑油的冷卻效果降低,機(jī)頭內(nèi)溫遠(yuǎn)高于排氣溫度,潤滑油加速老化,潤滑性能降低。此時(shí)主機(jī)機(jī)械損失引起的能耗會(huì)隨轉(zhuǎn)數(shù)增加而加大。

            正如圖8所示,當(dāng)主機(jī)在某個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)下,其能效值可以達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)(內(nèi)泄露和機(jī)械損失在某段轉(zhuǎn)數(shù)下主機(jī)能耗處于低值,某個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)點(diǎn)為最佳)。當(dāng)偏離該區(qū)域值時(shí),無論增加轉(zhuǎn)數(shù)或減少轉(zhuǎn)數(shù),都會(huì)引起主機(jī)增加能耗。

            因此在設(shè)計(jì)節(jié)能型空壓機(jī)時(shí),我們?cè)O(shè)定主機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)是根據(jù)主機(jī)的比功率曲線圖來選擇而不是轉(zhuǎn)數(shù)越高越好或越多越好!

            另外,不同的空壓機(jī)主機(jī)由于設(shè)計(jì)和制造的水平不一樣,也會(huì)出現(xiàn)某些主機(jī)的比功率曲線低洼線段較陡,對(duì)于變頻空壓機(jī)的節(jié)能是不利的。

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            因此,在各流量段的空壓機(jī)有不同主機(jī)來搭配,同時(shí)工頻和變頻機(jī)型也是根據(jù)需要來選型主機(jī)。

            市場上,為了競爭的需要,拼命提高主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)會(huì)有“小馬拉大車”的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),一味強(qiáng)調(diào)大主機(jī)、低轉(zhuǎn)數(shù),也不一定節(jié)能。

            誤區(qū)二:推崇兩級(jí)壓縮,忽略使用周期成本

            作者在文章《絕熱效率對(duì)噴油螺桿空壓機(jī)節(jié)能影響》中談及:“空壓機(jī)組壓縮比增大,容積效率降低,比功率值增高。”

            從理論上來說,兩級(jí)壓縮由于級(jí)間壓縮比小,主機(jī)泄露少(壓力低),同時(shí)第二級(jí)進(jìn)氣溫度由于中間冷卻作用變低,因而在相同空壓機(jī)能效限定值,兩級(jí)比單級(jí)壓縮的所需的絕熱效率更低。見圖9為單級(jí)和雙級(jí)壓縮達(dá)到1級(jí)能效時(shí)主機(jī)所需的絕熱效率。

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            從理論上,兩級(jí)壓縮可減小主機(jī)能耗,提高絕熱效率,以求達(dá)到相關(guān)能效比功率限定值,從而提高空壓機(jī)能效等級(jí),但是由于兩級(jí)壓縮采用中間冷卻的方式不同卻有可能無法實(shí)現(xiàn)理論上的等溫壓縮。

            兩級(jí)壓縮:當(dāng)空氣經(jīng)過兩個(gè)主機(jī)壓縮時(shí),級(jí)間設(shè)有中間冷卻器和汽水分離器。此時(shí),進(jìn)入二級(jí)壓縮主機(jī)的空氣可以盡量接近環(huán)境溫度,從而使得壓縮更接近等溫壓縮。

            兩段壓縮:當(dāng)空氣經(jīng)過兩個(gè)主機(jī)壓縮時(shí),級(jí)間通過噴液(油)冷卻,但是由于壓力露點(diǎn)的影響,進(jìn)入二級(jí)壓縮主機(jī)的空氣不會(huì)低于60℃,此時(shí)壓縮距離等溫壓縮有一定差距。

            無論是兩級(jí)(或兩段)壓縮的耗功小于單級(jí)壓縮的耗功,但是其關(guān)鍵零部件數(shù)量翻倍(相比單級(jí)的2.3倍),零部件越多故障率概率越高,從而導(dǎo)致機(jī)器的可靠性和安全性大幅下降。

            從產(chǎn)品的使用生命周期來看,隨著使用時(shí)間的推移,兩級(jí)壓縮的性能降低及維護(hù)成本也遠(yuǎn)大于單級(jí)壓縮。犧牲安全性和可靠性換取節(jié)能在小型機(jī)器上有點(diǎn)得不償失。

            根據(jù)國內(nèi)外螺桿空壓機(jī)性能的實(shí)驗(yàn)研究成果,我們發(fā)現(xiàn)常見主機(jī)(7~8bar機(jī)組中)250kW以上使用單級(jí)壓縮達(dá)到1級(jí)能效已有較大難度,見圖10。

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            綜合考慮到國內(nèi)主機(jī)的設(shè)計(jì)及加工水平和能力,建議:

            √在90kW以下機(jī)組可采用單級(jí)壓縮,

            √而追求1級(jí)能效的90kW以上機(jī)組則采用兩級(jí)壓縮,這將有助于提高機(jī)組能效,降低成本,提高穩(wěn)定性。

            誤區(qū)三:變頻空壓機(jī)滿載使用

            大多數(shù)用戶使用空壓機(jī)時(shí)并不是時(shí)時(shí)刻刻滿負(fù)荷工作時(shí),此時(shí)變頻空壓機(jī)的參與可以通過調(diào)整主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)來調(diào)節(jié)氣量,保證管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。從而達(dá)到節(jié)能的效果。

            然而在市場上,許多供需雙方都認(rèn)為購買變頻空壓機(jī)一定比工頻空壓機(jī)節(jié)能。即使客戶大部分時(shí)間其用氣量在滿載的情況下,也在為小部分時(shí)間變負(fù)載而糾結(jié)。

            例1,某工廠有兩條氣量要求不一樣的生產(chǎn)線。原有空壓機(jī)想進(jìn)行節(jié)能改造。A生產(chǎn)線的滿載用氣量為10m3/min且?guī)缀鯖]有波動(dòng);而B生產(chǎn)線的滿載用氣量為8m3/min但經(jīng)常波動(dòng),見圖11。

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            由于兩條線都是獨(dú)立管網(wǎng)。如果按滿載流量給A和B生產(chǎn)線都改造為變頻空壓機(jī)。對(duì)于A生產(chǎn)線來說,不但不節(jié)能,反而更耗能。為什么?

            變頻器自身消耗輸入功率的5%,折算到每一立方壓縮空氣的耗電量和生產(chǎn)成本,明顯大于工頻螺桿機(jī)耗能。

            我們?cè)倏碐B19153-2019《容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值和能效等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于1級(jí)能效空壓機(jī)工頻和變頻的限定值比較(10m3/min-7bar):

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            對(duì)于B生產(chǎn)線來說,由于氣量變化大,使用變頻空壓機(jī)是適合的。

            誤區(qū)四:變頻空壓機(jī)做主力機(jī)型用

            例2,某生產(chǎn)線一天的用氣量在10~12m3/min,見圖12。

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            如果只用一臺(tái)12m3/min變頻空壓機(jī),由于變頻器自身消耗輸入功率的5%,機(jī)頭和電機(jī)偏離設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速,效率降低5%左右,電機(jī)反復(fù)加速和減速(制動(dòng))耗電顯著大于恒速運(yùn)轉(zhuǎn),折算到每一立方壓縮空氣的耗電量和生產(chǎn)成本,明顯大于工頻空壓機(jī)。

            所以在空壓機(jī)配置上,推薦1臺(tái)10m3/min工頻機(jī)+1臺(tái)2m3/min變頻機(jī)。工頻空壓機(jī)作為主力機(jī)型,變頻空壓機(jī)為輔助機(jī)。

            在2臺(tái)空壓機(jī)以上的系統(tǒng),工頻空壓機(jī)永遠(yuǎn)為主力,變頻為輔助。

            筆者曾經(jīng)看見有些用戶的空壓機(jī)房里十幾臺(tái)空壓機(jī)全是清一色的變頻空壓機(jī),這是對(duì)變頻空壓機(jī)節(jié)能的誤解。

            <注:本文未完待續(xù),更多精彩內(nèi)容見下期!>

            作者簡介

            梁柳生,1968年,男,廣西柳州,大學(xué)本科。

            ①高級(jí)工程師,1990開始從事空壓機(jī)行業(yè)工作。有在國企、合資及外企工作經(jīng)歷,其中22年在AC集團(tuán)工作。先后從事過空壓機(jī)及后處理設(shè)備的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品工藝、生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量跟蹤服務(wù)等及全國銷售總監(jiān)并有在歐洲學(xué)習(xí)和工作的經(jīng)歷。2017年創(chuàng)辦上善氣體工作室,專業(yè)從事壓縮空氣系統(tǒng)研究,精益生產(chǎn)管理及銷售的培訓(xùn)工作

            ②國家標(biāo)準(zhǔn)JBT10526-2005《一般用冷凍式壓縮空氣干燥器》第一起草人

            ③全國壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員

          20211201864168.jpg

          來源:本站原創(chuàng)

          標(biāo)簽: 認(rèn)知誤區(qū)節(jié)能  

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