改造者：姚 嵐 張東平 王紅梅 張光亞 程 曦 吳 周 林士明 劉少華

企業(yè)空壓機節(jié)能改造技術(shù)

改造者：姚 嵐 張東平 王紅梅 張光亞 程 曦 吳 周 林士明 劉少華

本文通過對某知名大型鑄造企業(yè)的空氣壓縮機系統(tǒng)的用能狀況和能效經(jīng)系統(tǒng)分析，采用變頻及熱回收利用技術(shù)對空壓機實施節(jié)能改造，運用變頻采用速度矢量控制模式，實現(xiàn)空氣壓縮機之間智能聯(lián)控和恒壓供氣閉環(huán)控制。此外，運用以水作為中間介質(zhì)的同程截流式反串換熱技術(shù)冷卻高壓高溫氣體，對空氣壓縮機系統(tǒng)壓力和溫度進行智能監(jiān)控，在提高空壓機的產(chǎn)氣效率的同時，有效降低空壓機能耗。實際數(shù)據(jù)表明節(jié)能率達到35％，可供相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)參考、決策。

很多大型制造業(yè)企業(yè)，隨著生產(chǎn)規(guī)?？焖侔l(fā)展，伴隨著資源消耗的快速增加，粗獷的生產(chǎn)管理方式，通常嚴重制約著企業(yè)又好又快發(fā)展。如何加強能效管理，著力節(jié)能減排、降耗增效，成為企業(yè)的重要任務(wù)。在某大型鑄造企業(yè)，眾多的空氣壓縮機是該企業(yè)的主要生產(chǎn)輔助設(shè)備之一，其日常運行產(chǎn)生大量附加能耗，包括空載損耗和壓差波動損耗等，同時產(chǎn)生約50％余熱，具有很大的節(jié)能降耗空間。本文結(jié)合某知名鑄造企業(yè)的管理需要及生產(chǎn)、設(shè)備現(xiàn)狀，從背景、用能現(xiàn)狀、技術(shù)方案、經(jīng)濟效益、運作模式和風險等方面進行系統(tǒng)的研究和分析，確定采用變頻技術(shù)及熱回收利用技術(shù)，對空壓機實施節(jié)能改造，以達到節(jié)能降耗的目的，達到節(jié)能改造，控制生產(chǎn)成本的目的。

能耗分析

經(jīng)過對該企業(yè)的兩臺空壓機進行現(xiàn)場觀測，獲取并記錄其能耗數(shù)據(jù)。空壓機品牌型號：英格索蘭螺桿式空壓機，型號為MM75，容積流量12.1m3，排氣壓力0.8～0.85MPa，額定功率75KW。壓力設(shè)定為0.6-0.65Mpa，壓力波動范圍8％左右。

具體運行能耗數(shù)據(jù)為：

1#機運行時間37851小時，加載時間26024h，空載時間11827h，加載時間占運行時間的68.7％，空載時間占運行時間的31.3％。

2#機運行時間19825h，加載時間11670h，空載時間8155h，加載時間占運行時間的59.9％，空載時間占運行時間的40.1％。

1#機、2#機均采用空氣冷卻方式散熱，均未對余熱進行回收。

該兩臺空壓機均具有較大的節(jié)能空間。

節(jié)能技術(shù)方案

相關(guān)技術(shù)設(shè)備

（1） 智能空壓站

智能空壓站系統(tǒng)是一種從實際需求工藝出發(fā)，高效管理壓縮空氣供氣端，合理分配使用端，使系統(tǒng)能效利用最大化，實現(xiàn)無人值守、便捷管理的新型空壓站系統(tǒng)。

系統(tǒng)優(yōu)勢

直觀及時反映現(xiàn)場實際情況，便于高效管理；

最大程度的消除卸載和低效率運行工況，使空壓機運行在高效氣區(qū)間，提高能效利用率。

穩(wěn)定各級管網(wǎng)壓力；

減少錯覺需求造成的能效浪費

流量組合經(jīng)濟調(diào)節(jié)范圍大，有效應(yīng)對間歇及突發(fā)用氣，

管理維護方便。

（2） CT6800型螺桿空壓機專用變頻設(shè)備

產(chǎn)品特點：整體模塊化設(shè)計，無需復(fù)雜的安裝和調(diào)試，無外圍設(shè)備。變頻啟動運行，具備以下優(yōu)勢：

啟動平穩(wěn)，啟動電流小，無電網(wǎng)沖擊；

恒轉(zhuǎn)矩、速度矢量控制；

調(diào)節(jié)范圍大，滿足各種用氣量波動需求；

壓力波動最小，氣源輸出穩(wěn)定。

（3） CT2800WHR型空壓機熱回收系統(tǒng)

該系統(tǒng)為空壓機外部系統(tǒng)，通過油管以及連接件與空壓機相連進行換熱。

系統(tǒng)特點

大屏幕、人性化的界面實時顯示集熱器水溫、水箱水位、管道水溫、時鐘和系統(tǒng)工作流程；

“自動+手動”運行模式，可 24 h供水，也可分5個時段供水，每個時段供水2～5h；

冬季防凍循環(huán)（5 度），定溫、變量變頻供水；

控制柜箱，彩鋼外殼，防水型；

壓縮機的正常的工作油溫，不破壞壓縮機的正常工作；

熱回收利用，節(jié)能環(huán)保，減少溫室氣體排放；

采用聚氨酯發(fā)泡棉三層保溫管，導(dǎo)熱系數(shù)極低，可使水介質(zhì)熱損失降至傳統(tǒng)管材的25％，1000米距離溫差約小于5％。

技術(shù)方案選擇

對2臺型號MM75英格索蘭螺桿式空壓機中的1臺進行變頻改造，變頻采用速度矢量控制模式，算法采用PID控制模式，2臺空壓機實現(xiàn)智能聯(lián)控，空壓機站系統(tǒng)實現(xiàn)恒壓供氣閉環(huán)控制。

空壓機熱回收系統(tǒng)利用水作為中間介質(zhì)進行熱量交換，采用同程截流式反串換熱技術(shù)冷卻高壓高溫氣體，智能監(jiān)控系統(tǒng)壓力和溫度，輸出適用溫度的熱水供應(yīng)燃氣鍋爐。不僅可以提高空壓機的產(chǎn)氣效率，而且可減少天然氣的用量。

節(jié)能改造實施方案

⑴ 變頻改造

選用CT6800型螺桿空壓機專用變頻設(shè)備控制已有空壓機站系統(tǒng)，使之成為高效、節(jié)能、便捷的新型智能空壓站系統(tǒng)。根據(jù)實際運行狀況，2臺空壓機選取1臺進行變頻改造，另外1臺工頻運行。在變頻調(diào)速方案中，把母管壓力作為控制對象，通過壓力變送器將母管的壓力P轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘査徒o智能控制器，與用戶的壓力設(shè)定值進行比較運算，產(chǎn)生控制信號（電壓或電流）去控制變頻器運行，變頻器控制電機的工作頻率與轉(zhuǎn)速，從而使實際壓力始終恒等于用戶設(shè)定的壓力。同時具備故障自動保護、記錄，零部件更換提醒，期望壓力靈活設(shè)置等功能。

⑵余熱回收利用

建設(shè)空壓機熱回收利用系統(tǒng)。選用CT2800WHR型設(shè)備，采用同程截流式反串換熱技術(shù)，對空壓機所產(chǎn)生的高溫高壓的氣體用水進行冷卻，智能監(jiān)控系統(tǒng)壓力和溫度，產(chǎn)生40～50oC（根據(jù)季節(jié)不同）的熱水，通過新建管道（約350M

）輸送至鍋爐房，作為預(yù)熱水供應(yīng)現(xiàn)有2t和4t的燃氣鍋爐，從而達到節(jié)省天然氣的效果。

效益分析

直接經(jīng)濟效益

本案例直接經(jīng)濟效益主要來源于消除空壓機運行時的附加功耗（主要由輕載（空載）運行及壓差波動形成）和熱回收利用。

經(jīng)測算，該企業(yè)2臺空氣壓縮機經(jīng)節(jié)能改造，共可實現(xiàn)年降低輕載（空載）損耗10.2萬kw/h，壓差波動損耗5.4萬kw/h，折合節(jié)約電費約10.9萬元。年回收余熱熱量折合標煤約66t，相當于節(jié)約能源費用約20萬元。

間接效益

實施節(jié)能改造后，空壓機設(shè)備性能將大幅提高，帶來以下間接效益：

供氣壓力穩(wěn)定；

啟動平穩(wěn)，啟動電流小，無電網(wǎng)沖擊；

控制精確、壓力波動??；

避免重復(fù)啟停，效率提升。

社會效益

節(jié)能改造的實施，使該企業(yè)在減少能源使用量，提升能源使用效率的同時，大幅減少二氧化碳溫室氣體排放，切實響應(yīng)了國家節(jié)能減排政策。

總結(jié)

（1） 本案例遴選的節(jié)能技術(shù)、設(shè)備、改造方案先進、適用、可靠，是目前空壓機節(jié)能最佳解決方案，符合該企業(yè)實際生產(chǎn)狀況。

（2） 本案例具有投資少、實施條件優(yōu)越、節(jié)能效果顯著等特點，靜態(tài)投資回收期僅一年左右。

（3） 本案例實施后經(jīng)濟效益顯著，為該企業(yè)實現(xiàn)年節(jié)約電量約15.6萬kw/h，年回收熱量4.64億千卡，折合節(jié)約標煤約118t，減少二氧化碳排放292.9t，有效降低了溫室氣體排放量。經(jīng)濟效益與社會效益均十分顯著。

（4） 本案例采用合同能源管理模式實施，該模式為國家大力推廣，可充分保證項目實施效果，避免用能單位技術(shù)和投資風險。

（5） 本案例為相關(guān)企業(yè)加強能效管理具有典型示范作用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.23.023