空壓機(jī)的應(yīng)用與壓空系統(tǒng)節(jié)能分析

劉姝瑋

摘要：本文對(duì)空壓機(jī)選型及其工程應(yīng)用耗能現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，并探討了空壓機(jī)本體調(diào)節(jié)方法、壓空系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)和節(jié)能評(píng)估的內(nèi)容，以期為今后空壓機(jī)的工程應(yīng)用提供更加優(yōu)化和節(jié)能的設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī);節(jié)能技術(shù);節(jié)能評(píng)估

空氣壓縮機(jī)通過(guò)電動(dòng)機(jī)輸入電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能把吸入空氣壓縮后輸出，產(chǎn)出氣體經(jīng)后處理以后為各行業(yè)工廠氣動(dòng)閥門(mén)或其它氣動(dòng)元件提供氣源，或作為吹掃或輸送介質(zhì)使用?？諌簷C(jī)整個(gè)設(shè)備生命周期使用費(fèi)包括前期購(gòu)置成本和安裝調(diào)試費(fèi)，使用過(guò)程中電能消耗成本，定期維護(hù)檢修費(fèi)等，其中電能消耗費(fèi)約占全部使用費(fèi)的80%，降低空壓機(jī)使用的電能消耗有很大的節(jié)能空間和節(jié)能價(jià)值。

一、空壓機(jī)選型

工程領(lǐng)域應(yīng)用的空壓機(jī)常用類型有活塞式空壓機(jī)、離心式空壓機(jī)和螺桿式空壓機(jī)，可根據(jù)用戶用氣量，用氣壓力和用氣特點(diǎn)選擇適宜不同應(yīng)用范圍的空壓機(jī)?；钊娇諌簷C(jī)供氣壓力最高可達(dá)350MPa，但噪音大;離心式空壓機(jī)占地小、使用壽命長(zhǎng)，但排氣壓力低、成本高、不宜頻繁啟停;螺桿式空壓機(jī)氣量調(diào)節(jié)范圍廣，排氣壓力不能超過(guò)3MPa，在該壓力范圍內(nèi)除對(duì)用氣品質(zhì)有超嚴(yán)格的要求外，一般工業(yè)廠房多選用螺桿式空氣壓縮機(jī)。根據(jù)用戶用氣品質(zhì)要求，壓空系統(tǒng)還需選配相應(yīng)等級(jí)的除油器、干燥機(jī)、過(guò)濾器和為保持供氣平穩(wěn)的緩沖罐和儲(chǔ)氣罐。

二、空壓機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀

通常使用空氣壓縮機(jī)的企業(yè)，其設(shè)備耗電量占企業(yè)整體耗電量的比重很大，

大多數(shù)企業(yè)一般都會(huì)依據(jù)最大負(fù)荷參數(shù)來(lái)明確設(shè)備規(guī)格，并且通常都會(huì)考慮很大的安全富裕系數(shù)^[1]。而在空壓機(jī)平時(shí)運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備通常都未在最佳效率且滿負(fù)荷情況下運(yùn)行，若空壓機(jī)負(fù)荷值在0.6～0.7間或隨著用戶用氣流程空壓系統(tǒng)需減載或停機(jī)過(guò)程中均為非額定工況運(yùn)行，與之配套的是傳統(tǒng)固定轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)，在如此低負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，所產(chǎn)生的能效會(huì)明顯降低。

空氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后壓力和溫度都會(huì)升高，但用戶一般不允許壓縮空氣供氣溫度太高，在空壓機(jī)壓縮完成后都要經(jīng)過(guò)后冷卻器將產(chǎn)品空氣定壓冷卻至適宜的溫度。排氣量小的空壓機(jī)多通過(guò)空氣流通帶走空氣壓縮升溫產(chǎn)生的熱量，而排氣量大的空壓機(jī)多采用水冷，冷卻水在室外冷卻塔循環(huán)散熱對(duì)空氣壓縮后升溫的氣體降溫，造成能源的浪費(fèi)，因此探究空壓機(jī)工程應(yīng)用的節(jié)能方案勢(shì)在必行。

三、空壓機(jī)本體調(diào)節(jié)

本文以螺桿式空壓機(jī)為例，簡(jiǎn)述空壓機(jī)設(shè)備本體排氣量的有效調(diào)節(jié)方式。螺桿空壓機(jī)是一種容積式的壓縮機(jī)，其主要是利用陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子和殼體所產(chǎn)生的容積變化來(lái)對(duì)氣體進(jìn)行壓縮^[2]?；诼輻U式空壓機(jī)的工作原理有以下幾種排氣量的調(diào)節(jié)方式：變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)、進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)、停止吸入調(diào)節(jié)、進(jìn)、排氣管道連通調(diào)節(jié)、空轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)、滑閥調(diào)節(jié)?？紤]各調(diào)節(jié)方式的優(yōu)缺點(diǎn)和調(diào)節(jié)經(jīng)濟(jì)性，本文簡(jiǎn)述螺桿式空壓機(jī)常用的滑閥調(diào)節(jié)和停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)的工作原理和特點(diǎn)，活塞式和離心式空壓機(jī)也有與其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)相適應(yīng)的調(diào)節(jié)方式，工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合用戶的用氣特點(diǎn)提出合理的設(shè)備請(qǐng)購(gòu)技術(shù)要求。

（一） 滑閥調(diào)節(jié)

滑閥調(diào)節(jié)是利用滑動(dòng)調(diào)節(jié)閥來(lái)減少有效的螺桿軸向長(zhǎng)度，進(jìn)而起到調(diào)節(jié)排氣量的作用，螺桿齒間容積隨著滑動(dòng)調(diào)節(jié)閥在氣缸軸線方向的平行來(lái)回移動(dòng)發(fā)生變化，調(diào)節(jié)吸入和回流氣體的氣量。滑閥調(diào)節(jié)范圍廣，在10%～100%范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，尤其在50%～100%氣量調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，壓縮機(jī)排氣量的減少將成比例地降低原動(dòng)機(jī)的消耗功率，滑閥調(diào)節(jié)有很好的經(jīng)濟(jì)性。

（二） 停轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)

在系統(tǒng)壓力已調(diào)至客戶所設(shè)上限的情況下，壓縮機(jī)便會(huì)自動(dòng)停機(jī)，伴隨客戶的用氣量，系統(tǒng)壓力會(huì)逐漸降低，在到達(dá)最低下限的時(shí)候，空壓機(jī)會(huì)自動(dòng)重新啟機(jī)，這種方式比較適合工況變化較大的用戶使用，但是如果經(jīng)常反復(fù)啟動(dòng)一定會(huì)對(duì)空壓機(jī)使用壽命產(chǎn)生影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊^[3]。

四、壓空系統(tǒng)的節(jié)能方式

（一） 調(diào)速變頻節(jié)能技術(shù)

結(jié)合客戶不斷變化的用氣需求量，利用壓力傳感調(diào)速裝置來(lái)調(diào)控空壓機(jī)轉(zhuǎn)速，由此完成氣量調(diào)節(jié)，不同轉(zhuǎn)速下空壓機(jī)中氣體的熱力過(guò)程基本相似。將自動(dòng)控制系統(tǒng)與空壓機(jī)連鎖，及時(shí)響應(yīng)，排氣量減小時(shí)空壓機(jī)功率也隨之降低。這種方式的工作效率非常高，調(diào)節(jié)范圍也較大，同時(shí)還可以保證供氣壓力的安全性。由此可以有效解決以往空壓機(jī)啟動(dòng)控制的非經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行，防止對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，對(duì)電機(jī)和空壓機(jī)部件起到保護(hù)作用。

（二） 余熱回收節(jié)能技術(shù)

由于空壓機(jī)在其運(yùn)行時(shí)用于增強(qiáng)空氣壓力勢(shì)能所消耗的電能僅占總耗電量的較少部分，大部分耗電轉(zhuǎn)變成熱能，利用風(fēng)冷和水冷的形式排放至空氣當(dāng)中^[4]。當(dāng)空壓站規(guī)模較大時(shí)，其散熱排放損失也非常可觀，利用余熱回收技術(shù)節(jié)能所產(chǎn)生的效果會(huì)非常突出，而回報(bào)周期又非常短，回收的熱量主要用于鍋爐補(bǔ)水、冬季供暖、工人洗浴和工藝用水等，該技術(shù)具備經(jīng)濟(jì)性、可循環(huán)性、環(huán)保性等優(yōu)點(diǎn)。

（三） 管路優(yōu)化節(jié)能技術(shù)

現(xiàn)時(shí)期在工程應(yīng)用中選用的壓空管路包含碳鋼管路和不銹鋼管路，應(yīng)用碳鋼管路的初期成本投資較低，但使用一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生銹蝕或是泄露的情況，管路內(nèi)銹蝕不但會(huì)增大壓縮空氣阻力，增加壓降，同時(shí)還會(huì)對(duì)空氣質(zhì)量產(chǎn)生影響，而不銹鋼管道盡管初期會(huì)投入較高成本，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)分析，不會(huì)產(chǎn)生銹蝕的情況，如此能夠保證生產(chǎn)安全性。

（四） 空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能評(píng)估

壓空系統(tǒng)將設(shè)備本體調(diào)節(jié)與用戶末端用氣情況自控連鎖，提高控制邏輯和設(shè)備響應(yīng)的精準(zhǔn)度，可對(duì)壓空系統(tǒng)建立不同程度的節(jié)能評(píng)估，促進(jìn)壓空系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行方式的不斷優(yōu)化。

1、 Intellisurvey評(píng)估法

Intellisurvey評(píng)估是在客戶空壓機(jī)中收集壓力、電流數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)采集完成后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由此為客戶出示評(píng)估報(bào)告，報(bào)告包含用戶現(xiàn)時(shí)期空壓機(jī)運(yùn)行情況、系統(tǒng)節(jié)能空間情況、可行節(jié)能措施等^[5]。

2、供氣端評(píng)估法

供氣端評(píng)估的內(nèi)容除包含Intellisurvey評(píng)估還包含了空壓機(jī)后處理設(shè)備，由于空壓機(jī)所形成的壓縮空氣必定要經(jīng)過(guò)處理設(shè)備進(jìn)行凈化處理以后，才可以輸送至用氣端，在此情況下，后處理設(shè)備是不是存在浪費(fèi)和泄漏問(wèn)題，會(huì)對(duì)運(yùn)行形成直接影響，如經(jīng)過(guò)評(píng)估后發(fā)現(xiàn)后處理壓降會(huì)增大或是泄漏問(wèn)題，須及時(shí)采取科學(xué)合理的方法來(lái)處理。

3、 空氣系統(tǒng)的全面評(píng)估

這種評(píng)估方式主要是在供氣端評(píng)估的前提下，還須結(jié)合用氣端評(píng)估來(lái)實(shí)施，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的全面評(píng)估后為壓空用戶呈現(xiàn)全企業(yè)空氣管路泄漏及管路的設(shè)計(jì)是否合理規(guī)范等信息，同時(shí)，還可為用戶提供有效解決空氣系統(tǒng)問(wèn)題的對(duì)策和方案。

五、結(jié)語(yǔ)：

隨著時(shí)代的快速發(fā)展，人們對(duì)能源的需求不斷增高，我國(guó)能源出現(xiàn)短缺現(xiàn)象，而空壓機(jī)工程項(xiàng)目存在一定的節(jié)能空間，工程設(shè)計(jì)或改造時(shí)采用空壓機(jī)的多種節(jié)能利用技術(shù)與我國(guó)現(xiàn)階段節(jié)能降耗的總體發(fā)展戰(zhàn)略相符，在為企業(yè)獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)還取得了社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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