空氣壓縮機設(shè)備節(jié)能措施

李陽

（新鄉(xiāng)航空工業(yè)（集團）有限公司 河南新鄉(xiāng) 453000）

1 空氣壓縮機介紹

目前主流空氣壓縮機主要有3 種：離心式空壓機、螺桿式空壓機、活塞式空壓機。

1.1 離心式空壓機

離心式空壓機是由葉輪帶動氣體做高速旋轉(zhuǎn)， 使空氣產(chǎn)生離心力，由于空氣經(jīng)過葉輪的加壓作用，從而使空氣的流速和壓力得到提高，連續(xù)地生產(chǎn)出壓縮空氣。

離心式空氣壓縮機特點有：①設(shè)備運行平衡，運轉(zhuǎn)率高，操作可靠，無摩擦件，后期維護費用少。 ②離心式壓縮機可實現(xiàn)完全無油壓縮。 ③設(shè)備產(chǎn)氣量大，結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量輕，占地面積小。 ④離心式壓縮機不適用于氣量小場合，壓比也不能太高。⑤離心式壓縮機的穩(wěn)定運行工況比較窄， 且氣量的調(diào)節(jié)不經(jīng)濟。

1.2 螺桿式空壓機

螺桿式空壓機機頭核心部件是成對的互相嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子，每對轉(zhuǎn)子互相反向旋轉(zhuǎn)，達到壓縮空氣的效果。

螺桿式空壓機的特點是：①操作簡便。 螺桿式空壓機自動化程度高，對操作者要求不高，易實現(xiàn)遠程操作和無人值守運轉(zhuǎn)。②運行可靠。螺桿式空壓機零部件少，維護簡單，沒有易損部件，運轉(zhuǎn)可靠，使用壽命長。③適用性強。螺桿式空壓機是強制輸氣，因此容積流量不受排氣壓力影響，能夠適用各種不同的工況，并保持高效運行。 ④動平衡好。 螺桿式空壓機無不平衡慣性力，設(shè)備高速運行平穩(wěn)，對設(shè)備基礎(chǔ)要求不高。

1.3 活塞式壓縮機

活塞式壓縮機的核心部件是由氣缸、 進排氣閥以及在氣缸中重復(fù)運動的活塞構(gòu)成的。 曲軸旋轉(zhuǎn)帶動活塞在氣缸內(nèi)往復(fù)工作，完成吸氣、壓縮和排氣的過程。

活塞式壓縮機的優(yōu)點：①適用壓力范圍廣，活塞式壓縮機可設(shè)計成不同壓力下工作， 特別在高壓或者超高壓范圍內(nèi)是其他壓縮機無法取代的。 ②壓縮效率較高，活塞式壓縮機壓縮氣體的過程屬封閉系統(tǒng)，其壓縮效率較高。 ③適應(yīng)性強，活塞式壓縮機排氣量范圍較廣， 而且氣體密度對壓縮機性能的影響不如速度式壓縮機那樣顯著， 同一規(guī)格的活塞式壓縮機往往只要稍加改造就可以適用于壓縮其他的氣體介質(zhì)。 ④氣體帶油污，尤其對于有油潤滑更為顯著。 ⑤排氣不連續(xù)，氣體壓力有波動，有可能造成氣流脈動共振。 ⑥易損件較多，維修量較大。

2 壓縮空氣需求分析

壓縮空氣需求牽扯多方面因素， 如何高效合理滿足生產(chǎn)需求，這里主要從流量、壓力和濕度等方面進行分析。

2.1 流量

理想的運行情況，生產(chǎn)與消耗相互匹配，壓縮空氣量既滿足需要，又不產(chǎn)生浪費。 但實際運行中，為了滿足生產(chǎn)運行波動情況，壓縮機流量會過大，用戶無法使用過量的壓縮空氣，設(shè)備進行減荷運行，此時設(shè)備為空載或半空載，能量被直接消耗，做無用功。

2.2 壓力

空氣壓縮機的排氣壓力每增減0.1 MPa 會使能耗增減6%。 為此，排氣壓力一定要根據(jù)實際需要合理選擇，不能留出太多的壓損余量。 另外，氣動設(shè)備的壓縮空氣消耗量與壓力高低也成正比關(guān)系， 合理地降低壓力能減少不必要的壓縮空氣消耗。

2.3 濕度

由于大多數(shù)的設(shè)備對壓縮空氣中的含水量有要求， 壓縮空氣一般都會進行干燥處理去除冷凝水。 壓縮空氣的干燥程度通常用壓力露點溫度衡量， 壓力露點溫度越低說明壓縮空氣越干燥，相應(yīng)的也會消耗更多的能源。 冷凍式干燥機壓力露點溫度一般為2 ℃～5 ℃， 消耗的能耗大約是空氣壓縮機的1.5%。 吸附式干燥機的壓力露點溫度可以達到-50 ℃，消耗的能耗相應(yīng)的高達空壓機的10%～15%。

2.4 潤滑

空氣壓縮機在工作的過程中， 以空氣是否與潤滑油的混合來分類，可分成有油式和無油式2 大類。 潤滑油的參與顯著提升空壓機的容積效率。 因此，從節(jié)能的角度分析，有油式空壓機的能效大大高于無油式空壓機。 而更重要的是，無油機整機價格上比油潤滑設(shè)備貴1 倍。 除氧壓機等特殊要求的工作情況，壓縮機選擇均應(yīng)選擇有油潤滑設(shè)備，匹配相應(yīng)的后處理設(shè)備，來滿足氣源用戶的需要。

3 空氣壓縮機及后處理設(shè)備選型

3.1 壓縮機類型選擇

低壓壓縮空氣（1.6 MPa 以下）的生產(chǎn)：當壓縮空氣使用量穩(wěn)定且≥100 m3/min 時，建議使用離心壓縮機，當壓縮空氣量不是持續(xù)供應(yīng)或者壓縮空氣使用量＜100 m3/min 時， 建議使用螺桿式壓縮機。 原因是離心壓縮機大流量穩(wěn)定運行，能耗低，維護簡單。 但是如果用戶能耗變化時，離心壓縮機容易發(fā)生喘震及氣窒現(xiàn)象，影響設(shè)備正常工作。 啟停機復(fù)雜，不能滿足使用。 而螺桿壓縮機便于進行自動調(diào)節(jié)，更加靈活。

中壓壓縮機，選擇比較多樣。 由于技術(shù)的不斷進步，螺桿壓縮機已經(jīng)能達到4 MPa， 因此在中壓領(lǐng)域1.6 MPa～4 MPa，可以根據(jù)需要選用螺桿壓縮機、活塞式壓縮機，以及螺桿—活塞組合壓縮機。 根據(jù)實際經(jīng)驗，建議優(yōu)先選擇螺桿壓縮機，從而降低運行成本。

高壓壓縮空氣（4 MPa 以上）的生產(chǎn)應(yīng)采用活塞式壓縮機進行。 建議使用低壓螺桿機生產(chǎn)低壓空氣，進行活塞機二次加壓，得到高壓壓縮空氣，從而降低活塞機備件成本。

3.2 后處理類型選擇

干燥機選擇：冷干機能夠使壓力露點達到3 ℃～5 ℃，滿足一般性需求。 優(yōu)點是能耗低，處理后壓縮空氣潔凈度高。 吸附式干燥機能使壓力露點達到-40 ℃甚至更低，滿足更苛刻的干燥需要，但是相應(yīng)的能耗高。 由于干燥劑的原因，潔凈度受到影響。 需要指出的是， 吸附式干燥機需要消耗部分壓縮空氣（無熱吸干機的再生耗氣量高達12% ～15%之間， 即便是微熱吸干機再生耗氣量也高達7% ～8%）， 因此選擇吸附式干燥機的用戶，壓縮機選型應(yīng)留出相應(yīng)的余量。

3.3 儲氣罐選擇

儲氣罐一般放在壓縮機與干燥器之間，其作用為：①使空氣得到預(yù)先冷卻，粗分離壓縮空氣中水分和雜質(zhì)，減輕后處理設(shè)備的工作負荷，提高設(shè)備能效，達到節(jié)能作用。 ②消弱活塞式空壓機往復(fù)的脈沖氣流，使氣壓穩(wěn)定，保障供應(yīng)的壓縮空氣平穩(wěn)且連續(xù)。 ③儲氣調(diào)節(jié)，平衡系統(tǒng)內(nèi)短時間內(nèi)出現(xiàn)的耗氣量與供氣量之間的不均衡當空壓機意外停機時， 儲氣罐能夠作短時間的應(yīng)急氣源。 ④提供一個較大的系統(tǒng)容量，防止壓縮機設(shè)備頻發(fā)加卸載，提高設(shè)備壽命。

根據(jù)壓縮空氣用量，如果用氣量與壓縮機產(chǎn)出匹配時，儲氣罐選擇可以小些；如果壓縮空氣用量與生產(chǎn)不匹配，儲氣罐應(yīng)選的大些，滿足波動時用戶需求。

儲氣罐容積選擇經(jīng)驗公式：

V=10NQ/P

式中：V 為儲氣罐容積，m3；Q 為空氣壓縮機流量，m3/min；P 為儲氣罐儲氣壓力（絕對壓力），MPa；N 為冗余系數(shù)，用氣平穩(wěn)取值1， 波動頻繁但幅度不大取值2～3， 波動頻繁幅度大取值4以上。

4 節(jié)能措施

針對大用風(fēng)量用戶，建設(shè)大型空氣壓縮站，滿足大規(guī)模空氣類試驗的要求， 精準供給。 對不同用途的壓縮空氣進行分類，旨在滿足用戶的需求又不過分消耗能源。 對于分布偏遠或者特殊需要的壓縮空氣 （如加工中心等精密設(shè)備需要的壓縮空氣壓力低，流量小，潔凈度高），如果從空壓站引出管道進行專項輸送，造價高，壓降大，耗能多。 因此針對此類設(shè)備的低壓氣源供應(yīng)，宜在設(shè)備就近安裝空氣壓縮機及后處理設(shè)備，減少沿程損耗，滿足少量壓縮空氣的需要。

4.1 通信設(shè)施

針對用氣單位與空壓站距離遠， 生產(chǎn)與消耗無法很好地協(xié)調(diào)匹配，因此在建設(shè)期應(yīng)建設(shè)完善的通信設(shè)備，協(xié)調(diào)匹配動能生產(chǎn)與用戶需求，包括：流量，壓力，濕度等信息，做到最大限度的精準匹配，依需定支出，達到節(jié)能效果。 用戶與空壓站建設(shè)信號調(diào)控及反饋信息，及時控制生產(chǎn)運行情況。 目前壓縮空氣生產(chǎn)與用戶之間通過簡單的調(diào)度，例如某天9 時～12 時用壓縮空氣，用戶試驗如果在11 時完成，空壓站未收到反饋的情況下，會持續(xù)運行30 min 才逐步停機，此間造成能源的浪費以一臺300 kW 設(shè)備為例，每次多消耗150 kWh 電能。

4.2 設(shè)備選型

壓縮機設(shè)備選型的原則， 應(yīng)在能夠滿足用戶參數(shù)需求的基礎(chǔ)上，盡量達到工頻負荷，減少因壓縮機空載后處理設(shè)備過度凈化等造成的能源浪費。 例如3 ℃和10 ℃的露點溫度極可能在使用上并沒有明顯的差異。 但兩者的能耗卻相差10 倍，干燥機的選擇一定要根據(jù)實際情況選用， 不必刻意強求過低的壓力露點溫度，因此針對用戶試驗需求，匹配合適的壓力及干燥設(shè)備，并根據(jù)需求合理的進行供給才能最大程度的節(jié)能。

結(jié)合工業(yè)企業(yè)用能生產(chǎn)波動較大的實際情況， 在壓縮機設(shè)備選型時，多臺同類設(shè)備并聯(lián)運行中，宜用1 臺變頻壓縮機進行負荷調(diào)節(jié)，保證負荷變化時也能讓能源得到的高效利用。其余壓縮機設(shè)備在工頻情況下工作達到最節(jié)能運行效果，用變頻進行波動調(diào)節(jié)滿足生產(chǎn)與用戶之間的匹配問題。

4.3 熱能回收

壓縮機在運行過程中會產(chǎn)生大量的熱能， 壓縮空氣在進行試驗過程中，也經(jīng)常會被加熱處理。 這就使壓縮空氣不僅攜帶壓力勢能， 也攜帶大量熱能。 但是在目前新航的生產(chǎn)工藝中，壓縮空氣附帶的熱能是被直接排放的。 而這部分熱能的回收有很多現(xiàn)實的應(yīng)用，例如：冬季采暖需要，熱表處理中清洗加熱等。

4.4 能源外包模式

探索能源外包的運行方式， 在精準統(tǒng)計動能使用量的情況下，尋找整體外包的可能性，從而達到減少運行成本、節(jié)約人力的作用。 由于各單位情況不同，各類產(chǎn)品生產(chǎn)用能參差不齊，因此，在能源外包探索中應(yīng)因地制宜尋找合適本單位的能源外包模式。