馬繼松，嚴(yán)樂榮，趙魯蘇

(1.揚(yáng)州市工業(yè)和信息化局，江蘇 揚(yáng)州 225000；2.中國(guó)石化集團(tuán)江蘇石油勘探局有限公司節(jié)能監(jiān)測(cè)站，江蘇 揚(yáng)州 225000)

空壓機(jī)作為重點(diǎn)用能企業(yè)廣泛使用的終端用能設(shè)備，占企業(yè)用電量的比重較高，提升空壓機(jī)能效水平對(duì)促進(jìn)重點(diǎn)用能企業(yè)節(jié)能降耗和綠色發(fā)展具有重要意義。為全面了解揚(yáng)州市工業(yè)企業(yè)對(duì)空壓機(jī)的運(yùn)行管理、能源消耗狀況和能源利用水平，揚(yáng)州市工業(yè)和信息化局對(duì)全市121家年綜合能耗3 000 t標(biāo)煤以上的重點(diǎn)用能企業(yè)的空壓機(jī)進(jìn)行了調(diào)研，并組織專業(yè)機(jī)構(gòu)從中抽取46家企業(yè)的122臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行了能效監(jiān)測(cè)，討論了設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的諸多可能，提出優(yōu)化選型、余熱回收、強(qiáng)化管理和政策激勵(lì)等對(duì)策建議。

1 揚(yáng)州重點(diǎn)用能企業(yè)空壓機(jī)基本現(xiàn)狀

1.1 能耗情況

空壓機(jī)是壓縮空氣的氣壓發(fā)生裝置，是將電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體壓力能，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)。據(jù)調(diào)查揚(yáng)州市121家重點(diǎn)用能企業(yè)2019年總耗電量為1 064 106萬kW·h，其中空壓機(jī)年用電量為130 897萬kW·h，占企業(yè)總耗電量的12.3%，降低空壓機(jī)電能消耗對(duì)節(jié)能工作至關(guān)重要。

1.2 類型分布

目前揚(yáng)州的重點(diǎn)用能企業(yè)使用的空壓機(jī)主要有螺桿、離心和活塞式三種，空壓機(jī)類型數(shù)量見表1。往復(fù)式空壓機(jī)是使用起步最早的機(jī)型，其效率已明顯處于弱勢(shì)，現(xiàn)逐漸被螺桿式和離心式空壓機(jī)取代。揚(yáng)州市重點(diǎn)用能企業(yè)現(xiàn)有各類空壓機(jī)為825 臺(tái)，總?cè)萘繛?07 116 kW，其中離心式空壓機(jī)為71臺(tái)，容量為120 686 kW，占比為58.3%；螺桿式空壓機(jī)為692臺(tái)，容量為857 212 kW，占比為41.4%；活塞式空壓機(jī)為62臺(tái)、容量為708 kW，占比為0.3%。

1.3 能效水平

對(duì)照《容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》(GB19153—2019)，揚(yáng)州市重點(diǎn)用能企業(yè)在用的825臺(tái)空壓機(jī)中，一級(jí)能效的有75臺(tái)，占比為9.1%；二級(jí)能效的有382臺(tái)，占比為46.3%；三級(jí)能效的有328臺(tái)，占比為39.8%。2003年前生產(chǎn)的在用空壓機(jī)有40臺(tái)，由于當(dāng)時(shí)無相關(guān)能效標(biāo)準(zhǔn)，按低效產(chǎn)品歸類，占比為4.8%，空壓機(jī)能效等級(jí)構(gòu)成見圖1。從圖1中可以看出，目前揚(yáng)州市重點(diǎn)用能企業(yè)在用空壓機(jī)配置能效等級(jí)處于偏低水平，節(jié)能空間很大。

1.4 余熱利用情況

空壓機(jī)將電動(dòng)機(jī)的部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為空氣的壓力能，在此過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱能。據(jù)統(tǒng)計(jì)壓縮機(jī)運(yùn)行過程中真正用于增加空氣勢(shì)能而消耗的電量

圖1 空壓機(jī)能效等級(jí)構(gòu)成

僅占其總電耗的15%，其余的幾乎都轉(zhuǎn)化為熱量，為了保證空壓機(jī)的正常運(yùn)行，這部分熱量主要通過空氣冷卻或水冷卻排放到大氣中，這種現(xiàn)象既造成了能源的浪費(fèi)，產(chǎn)生的廢熱還會(huì)污染環(huán)境，這就有了余熱回收的要求。通過統(tǒng)計(jì)，121家企業(yè)在用空壓機(jī)加裝余熱回收裝置的只有47家，占比為39%。

1.5 計(jì)量器具配備

空壓機(jī)計(jì)量器具的配備主要包括：電表、氣體流量表、壓力表、溫度表、壓力變送器和溫度變送器等。只有表計(jì)的配備率及精度符合要求，計(jì)量器具才能發(fā)揮應(yīng)有的效用。從調(diào)研數(shù)據(jù)看，我市重點(diǎn)用能企業(yè)空壓機(jī)電能消耗電表配備率為86.6%，壓力表和溫度表配備率在80%左右，氣體流量計(jì)配備率不足10%。

2 空壓機(jī)使用過程中的主要問題

2.1 能效水平偏低

揚(yáng)州市重點(diǎn)用能企業(yè)在用的825臺(tái)空壓機(jī)中，一級(jí)和二級(jí)能效的占比為55.4%。通過抽取46家企業(yè)的122臺(tái)空壓機(jī)進(jìn)行能效監(jiān)測(cè)，實(shí)測(cè)輸入比功率達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的只有34臺(tái)，占比為27.9%，72.1%的空壓機(jī)達(dá)不到高效節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，總體能效水平偏低。

2.2 機(jī)組與負(fù)荷不匹配

在空壓機(jī)設(shè)備選型時(shí)，保持額定壓力和運(yùn)行壓力之間的匹配，能源利用效率就高，反之能源利用效率就低。一般而言，空壓機(jī)額定壓力與運(yùn)行壓力之差不宜超過0.05 MPa。在測(cè)試的122臺(tái)空壓機(jī)中，額定壓力與運(yùn)行壓力不匹配的有27臺(tái)，占比為22.1%。

2.3 余熱利用水平不高

空壓機(jī)的電能消耗有近85%的能量通過熱風(fēng)、冷卻水和冷卻油散失了，做好余熱回收利用是空壓機(jī)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵。揚(yáng)州全市121家重點(diǎn)用能企業(yè)中，61%的企業(yè)未實(shí)施空壓機(jī)余熱回收利用。在測(cè)試的122臺(tái)空壓機(jī)中，僅有37臺(tái)實(shí)施了余熱回收利用，占比為30.3%，大量的空壓機(jī)余熱白白浪費(fèi)了。

2.4 管理操作水平不專業(yè)

空壓機(jī)管理操作水平總體比較粗放，專業(yè)化、精細(xì)化水平有待提高，主要體現(xiàn)為計(jì)量器具配置率較低、操作人員技能水平不高、設(shè)備使用不當(dāng)、供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理以及設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)不徹底。全市121家重點(diǎn)用能企業(yè)，對(duì)空壓機(jī)管路壓降進(jìn)行管理控制的不到10家，在空氣管道首末端安裝壓力表進(jìn)行壓差監(jiān)控的幾乎沒有，90%的企業(yè)自空氣管路建成后沒有進(jìn)行過漏氣檢測(cè)，氣體流量計(jì)配備率不足10%。

3 節(jié)能潛力分析

3.1 能效提升節(jié)能潛力

對(duì)照《容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》(GB19153-2019)，一級(jí)能效比三級(jí)能效空壓機(jī)效率提升19.5%，二級(jí)能效比三級(jí)能效空壓機(jī)效率提升9%左右。目前揚(yáng)州市重點(diǎn)用能企業(yè)在用空壓機(jī)有44.6%在三級(jí)能效(包含)以下，如果這些空壓機(jī)都能配備到二級(jí)能效，則年可節(jié)約電量為：130 897萬kW·h×44.60%×9%=5 254.2萬kW·h；若全部換成一級(jí)能效空壓機(jī)年可節(jié)約電量為130 897萬kW·h×44.6%×19.5%=11 384.11萬kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤37 567 t。

3.2 余熱回收節(jié)能潛力

目前，揚(yáng)州市有61%的企業(yè)未實(shí)施余熱回收，保守估計(jì)余熱回收率按60%計(jì)算，空壓機(jī)年耗電量按130 897萬kW·h計(jì)算，電的熱值按36 GJ/萬kW·h測(cè)算，可以回收130 897萬kW·h×36×0.61×0.6=172.47萬GJ熱量，折合標(biāo)準(zhǔn)煤58 847 t。

3.3 優(yōu)化控制節(jié)能潛力

為生產(chǎn)壓縮空氣，需消耗大量的電力，實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)壓縮空氣的泄漏量比較大，而企業(yè)往往低估了泄漏而引起的損失，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)泄漏率比較高。據(jù)測(cè)算，如果壓縮空氣壓力為0.7 MPa，而氣管上有1 mm的小孔就會(huì)造成一年約3 525 kW·h的電能損失，空氣泄漏導(dǎo)致的用電損失見表2。通常情況下，運(yùn)行5 a以上的管網(wǎng)，管道泄漏率在60%～70%；運(yùn)行1～4 a的管網(wǎng)，管道泄漏率在10%～30%；管道泄漏率在5%～10%則是由安裝等原因引起?？傮w而言，企業(yè)平均管道泄漏率一般在10%，如果按年耗電130 897萬kW·h計(jì)算，則每年浪費(fèi)的電量為130 897萬kW·h×0.1=13 090萬kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤43 197 t。

表2 空氣泄漏導(dǎo)致的用電損失

以上三項(xiàng)合計(jì)，可節(jié)約電量24 476.7萬kW·h，回收熱量172.47萬GJ，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為139 620 t。

4 空壓機(jī)能效提升對(duì)策

4.1 優(yōu)先選用高效節(jié)能設(shè)備

空壓機(jī)的成本主要包括設(shè)備的初次購(gòu)置費(fèi)、設(shè)備維護(hù)費(fèi)和后期使用電費(fèi)三個(gè)部分。從空壓機(jī)多年的使用成本研究來看，設(shè)備的初次購(gòu)置費(fèi)僅占8.3%，設(shè)備維護(hù)費(fèi)占13.8%，后期運(yùn)行電費(fèi)則占到了77.9%。因此，降低空壓機(jī)運(yùn)行電費(fèi)是節(jié)能成本的關(guān)鍵。以工信部《國(guó)家工業(yè)節(jié)能技術(shù)裝備推薦目錄(2018)》中推薦的某企業(yè)生產(chǎn)的一般用噴油螺桿空氣壓縮機(jī)為例：功率為250 kW，容積流量為53 m3/min，風(fēng)冷，輸入比功為5.76 kW/(m3/min)，一級(jí)能效。如果企業(yè)在選型時(shí)選擇二、三級(jí)能效，后期使用費(fèi)用也會(huì)有很大差異，依據(jù)《容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》(GB19153—2019)，250 kW一般噴油螺桿空壓機(jī)(0.8 MPa、風(fēng)冷)一至三級(jí)能效比功率分別為5.9 kW/(m3/min)、6.4 kW/(m3/min)和7.1 kW/(m3/min)，即每小時(shí)產(chǎn)單位立方壓縮空氣耗電量分別差0.5 kW·h、1.2 kW·h，按年運(yùn)行時(shí)間5 300 h，電費(fèi)為0.8元/kW·h計(jì)算，一級(jí)能效比二級(jí)能效空壓機(jī)年可節(jié)約電費(fèi)11.23萬元，比三級(jí)能效空壓機(jī)年節(jié)約電費(fèi)26.96萬元，空壓機(jī)選型經(jīng)濟(jì)性對(duì)比表見表3。一級(jí)能效空壓機(jī)(250 kW，53 m3/min)市場(chǎng)購(gòu)買價(jià)在56萬元左右，如果替代三級(jí)能效改造，則兩年左右即可收回成本；若是新上空壓機(jī)則比選擇低能效空壓機(jī)大大節(jié)約使用成本，經(jīng)濟(jì)性非常優(yōu)越。因此企業(yè)在空壓機(jī)選型時(shí)，不能片面考慮初始投資，而應(yīng)考量全生命周期的綜合成本，優(yōu)先選用一級(jí)能效空壓機(jī)。同時(shí)，在設(shè)計(jì)空壓機(jī)時(shí)，應(yīng)充分考慮公司對(duì)壓縮空氣的工藝需求情況(包括壓力、流量和峰谷值等)，合理選擇空壓機(jī)(壓力、流量及波動(dòng)情況)，合理安排機(jī)組的富余量和配套輔機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性的完美統(tǒng)一，空壓機(jī)選型經(jīng)濟(jì)性對(duì)比見表3。

表3 空壓機(jī)選型經(jīng)濟(jì)性對(duì)比表

4.2 優(yōu)化空壓機(jī)運(yùn)行控制

空壓機(jī)常規(guī)控制方法是卸負(fù)載控制方式，但在實(shí)際運(yùn)行中，用氣端需求一直處于不斷變化之中，當(dāng)用氣量減少時(shí)，空壓機(jī)就處于卸載狀態(tài)，不對(duì)外供氣，此時(shí)會(huì)關(guān)閉進(jìn)氣門，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率在額定功率的20%～40%之間，綜合計(jì)算卸載能耗占總能耗的9%～18%。隨著變頻技術(shù)的普及，對(duì)空壓機(jī)可以采用變頻控制，在電網(wǎng)和電機(jī)之間安裝變頻器，當(dāng)供氣壓力有波動(dòng)時(shí)系統(tǒng)輸出端通過壓力變送器給變頻器信號(hào)，改變轉(zhuǎn)速?gòu)亩{(diào)節(jié)供氣量，滿足生產(chǎn)需要。相比于傳統(tǒng)運(yùn)行方式，節(jié)約了卸載時(shí)的能源損失，同時(shí)也保證了壓力的穩(wěn)定。另外可以采用多聯(lián)控制，就是使用多臺(tái)普通空壓機(jī)加一臺(tái)變頻空壓機(jī)通過PLC控制，根據(jù)用氣量需求自動(dòng)調(diào)節(jié)空壓機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)及變頻空壓機(jī)負(fù)載，以滿足更大的壓力波動(dòng)。如當(dāng)三臺(tái)普通空壓機(jī)與一臺(tái)變頻空壓機(jī)聯(lián)機(jī)運(yùn)行時(shí)，通過變頻空壓機(jī)調(diào)節(jié)負(fù)載，當(dāng)用氣量高于變頻調(diào)節(jié)最大值時(shí)，可以自動(dòng)投運(yùn)一臺(tái)空壓機(jī)，變頻空壓機(jī)仍可調(diào)節(jié)波動(dòng)。同理，當(dāng)用氣量低于變頻調(diào)節(jié)最低值時(shí)，可以停運(yùn)一臺(tái)空壓機(jī)，在空壓機(jī)多機(jī)運(yùn)用中，多機(jī)組聯(lián)控技術(shù)節(jié)能效果可達(dá)20%～40%。

4.3 加強(qiáng)空壓機(jī)余熱利用

空壓機(jī)在做功的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，為了保證空壓機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，要對(duì)機(jī)組降溫，通常采用空冷、水冷或油冷的方式，這就造成了能源的浪費(fèi)。以螺桿有油空壓機(jī)為例，冷卻潤(rùn)滑油在冷卻過程中帶走了大部分熱量，這部分油又需要冷卻，在這個(gè)冷卻環(huán)節(jié)加裝熱交換器，冷卻油通過熱交換器后產(chǎn)生的熱水可以供生活與生產(chǎn)使用，這就達(dá)到了余熱回收利用的目的。此環(huán)節(jié)一方面是要做好余熱回收設(shè)備維護(hù)，達(dá)到高效率回收，另一方面也要做好余熱的充分利用?，F(xiàn)階段大部分企業(yè)對(duì)余熱回收量沒有計(jì)量和統(tǒng)計(jì)，需加大這方面的管理，同時(shí)要多挖潛尋找余熱資源的可用之處。

4.4 強(qiáng)化空壓機(jī)的管理節(jié)能

加強(qiáng)計(jì)量器具的配置，特別是大幅度提高空壓站電力表計(jì)及空氣流量計(jì)的配備率，這對(duì)空壓機(jī)能耗控制、節(jié)能診斷、管路損耗控制以及單耗考核都有很大幫助。加強(qiáng)供氣壓力管控，指導(dǎo)企業(yè)對(duì)供氣壓力實(shí)施精細(xì)化管理，按照供需匹配原則，定期對(duì)供氣需求進(jìn)行測(cè)試，將供氣壓力調(diào)整在合理值，從而節(jié)約能耗。加強(qiáng)壓縮空氣泄漏管理，定期對(duì)管道檢測(cè)，特別是對(duì)終端接頭和連接軟管等泄漏重點(diǎn)部位，應(yīng)定期檢測(cè)，減少泄漏損失。加強(qiáng)人員培訓(xùn)，實(shí)施空壓機(jī)技師培養(yǎng)計(jì)劃，提高操作人員的技能水準(zhǔn)。加強(qiáng)能效對(duì)標(biāo)，定期對(duì)空壓機(jī)的運(yùn)行情況實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)考核，對(duì)于有多臺(tái)機(jī)組的企業(yè)，可以樹立標(biāo)桿，也可以與兄弟企業(yè)進(jìn)行橫向比較。

4.5 積極引進(jìn)節(jié)能新機(jī)制

國(guó)家新修訂的《合同能源管理技術(shù)通則》(GB/T 24915-2020)增加了合同能源管理的新模式——能源費(fèi)用托管機(jī)制，空壓站托管模式，即將企業(yè)空壓站整體托管給專業(yè)公司，讓專業(yè)的人做專業(yè)的事。由于傳統(tǒng)企業(yè)對(duì)工廠空壓機(jī)配置、空壓管網(wǎng)管控等缺乏專業(yè)人才及技術(shù)，同時(shí)缺乏技改資金，可由第三方專業(yè)公司對(duì)企業(yè)空壓站系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造，提供壓縮空氣系統(tǒng)從動(dòng)力源頭到末端用氣設(shè)備的整體節(jié)能解決方案，既可解決企業(yè)的技術(shù)難題，也可解決資金困難的問題。企業(yè)只需根據(jù)用氣量付費(fèi)給托管公司，技改投資、運(yùn)行、維護(hù)等費(fèi)用均由托管公司負(fù)責(zé)。企業(yè)用氣費(fèi)用比原有成本低，運(yùn)行過程中企業(yè)人員也會(huì)不斷掌握空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)，幾年后托管公司可將設(shè)備移交企業(yè)，達(dá)到雙贏的目的。

4.6 激勵(lì)倒逼雙管齊下

一方面，借鑒以往對(duì)變壓器、電動(dòng)機(jī)能效提升扶持政策，針對(duì)空壓機(jī)能效提升制定專項(xiàng)扶持政策，加強(qiáng)對(duì)空壓機(jī)節(jié)能改造、合同能源管理、空壓站托管的支持，利用三年左右的時(shí)間，推動(dòng)全市空壓機(jī)能效整體大幅提升。另一方面，加大對(duì)使用淘汰落后設(shè)備的執(zhí)法力度。加強(qiáng)對(duì)列入工信部高耗能落后機(jī)電設(shè)備(產(chǎn)品)淘汰目錄設(shè)備的監(jiān)督檢查，對(duì)低效落后的空壓機(jī)嚴(yán)格篩查，發(fā)現(xiàn)使用淘汰設(shè)備的責(zé)令立即整改；對(duì)節(jié)能監(jiān)測(cè)、節(jié)能診斷中發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)能效水平偏低的企業(yè)，提出監(jiān)察建議，指導(dǎo)企業(yè)制定改造計(jì)劃。