空压机技术节能改造

发布时间:2022-05-13 15:55:33 来源: 优尼捷点击量: 562

长期以来，空气压缩机（以下简称空压机）一直采用降压启动，以工频恒转速运行模式进行工作，因选择空压机时是根据压缩空气需要量来确定的。为保证用气压力在一定范围内，空压机要根据用气需求量经常改变运行方式。常见的有采用进气阀门控制的方法，即当管路压力达到设定压力上限时，进气阀门关闭，空压机处于空载运行，虽然在电动机带动下运转，但不输出压缩空气，管路压力不再上升;当管路压力达到设定下限时，进气阀打开，输出压缩空气，管路压力上升。如此往复，整个运行过程电动机保持运行，但空压机不时地进入空载运行，出现频繁起动，造成能源浪费。由于设计时空压机不能排除在满负荷状态下长时间运行的可能性。所以，只能按需求来选择电动机，在实际运行中，轻载运行的时间往往所占的比例是非常高的，这就造成较大的能源浪费，本文就空压机系统节能降耗的一些具体途径进行了探讨。
一、优化空气压缩机系统的设计
实行空压站集中供气，不仅便于管理，节约投资，还可以提高设备的利用率，更方便地调节供气压力和供气量，满足生产的需要。设计时，首先要根据用气装置的分布情况，各装置用气时间和用气压力的情况，尽可能地避免输送管道过长而引起的较大的阻力损失和泄漏损失，而设计一个或两个甚至更多的空压站，实行分片供气或分片联网供气，同时空压站的位置应该位于该片供气系统的中心，并尽量离用气量多的或用气压力高的装置近一些。其次，对输送管道的设计也要认真对待。尽量做好在没有障碍物的情况下，管道越短越好，为尽量降低泄漏率，管道铺设设计时优先采用辐射状而少采用树枝状方式输送压缩空气，优化保障重点装置的供气压力和供气量。最后，设计时还应考虑空压机的运行环境，尽可能降低吸气温度，保障吸气清洁度，并配备良好的冷却系统。
二、变频调速方式
1、变频调速的工作原理
变频调速技术是一种以改变电机频率和改变电压来达到点击调速目的的技术，空压机所使用的电动机通常为交流异步电动机。，
其输出转速为∶
n=60f (1-s)/p …………………..(1)
n—电动机的转速
f—电源的频率，HZ
p—电动机的极对数
s—电动机的转差率，（0-6%）
由交流异步电动机的转速公式（1）可知，只要设法改变三相交流电动机的供电频率f，就能十分方便地改变电动机转速n。而当转差率s变化不大时，交流电动机的转速n基本与f 基本成正比，即当调节供电频率时便可调节异步电机的转速，这是变频的理论基础。因此采用变频调速器来改变电动机的供电频率，也就改变了电动机转速，同时也改变了空压机气缸的运动频率进而改变了空压机输出的气体压力，达到调节空压机输出气体压力的目的。根据电磁感应原理，在变频调速时，只要磁通Φ保持不变，则电源频率f 就与电机定子电压成正比，那么电机的转速和输出功率就随着电源频率的变化而变化。当电源频率减小时，电机的转速也随之减小，改变定子侧的输入电压，即可调节电动机的频率，这就是恒压频比（v/f）的控制方式。该方法实现起来简单，便于控制在调速性能要求不是很高的场合，也是目前广泛采用的一种调速方法。
空气压缩机采用变频调速技术进行恒压供气控制时，系统原理如图1所示。
该系统的说明;它以输出压力为控制对象，由压力变送器取出的反馈信号接到本身具有PID调节功能的变频器上，与预设的压力给定信号进行比较，经PID调节后综合信号接到变频器的输入给定端，从而按压力的变动量决定电机M的工作频率和转速的大小，实现变频调节的方式。
2、变频调速节能分析
（1）恒转矩负载类应用
恒转矩负载即不管转速如何变化，负载转矩是恒定的。其公式如下∶
P=K×T×n……………………………..(2)
式中∶P为轴功率，K为系数，T为负载转矩，n为转速。
从公式（2）可以看到，轴功率与电机的转速成正比。应用变频调速技术后，如当由于工艺的需要而降低电机转速n至额定转速的80%时，相应的电能消耗降低为原来的80%。
（1）恒转矩负载类应用
恒转矩负载即不管转速如何变化，负载转矩是恒定的。其公式如下∶
P=K×T×n……………………………..(2)
式中∶P为轴功率，K为系数，T为负载转矩，n为转速。
从公式（2）可以看到，轴功率与电机的转速成正比。应用变频调速技术后，如当由于工艺的需要而降低电机转速n至额定转速的80%时，相应的电能消耗降低为原来的80%。
三、余热回收原理
对于空压机来说，其输入能源的80%左右将转化为热能，如果根据相应类型空压机的结构和原理，适当地进行改造，将其热量回收，就可以变废为宝，将原本排入环境的热量收集利用，减少用于其他用途加热的燃料消耗量。热回收原理如图2所示.
三、余热回收原理
基于余热回收的原理，我们通过在空压机的油路中增加换热器及相应的控制装置，将全部或部分原本由油冷却器排风扇带走的热量收集起来，对冷水进行加热，从而减少了原先加热所需的能源。冷却器进口油温大概为85～100℃，通过安装相应的换热器，使用逆流换热和合适的油温和水温控制措施，将出口水温提高到65～80℃，同时保证压缩机的正常运行。具体的热回收系统流程如图3所示。
四、提高空压机的运行效率
提高空压机运行效益的关键，是提高空压机的排气量。影响空压机排气量的因素很多，通过运行实践，可以从下面几方面着手，取得很明显的效果。
1、保证良好的吸气环境和冷却条件。加强吸气点的通风，定期清洗更换吸气过滤网，既能减少阻力又能有效地阻止大气中的粉尘进入气缸，防止粉尘加剧活塞环与气缸的磨损和破坏气阀的气密性而造成的内漏。因为任何一级的吸气温度提高1℃，排气量就减少2%左右，而功率并不减少，所以冷却水采用经加氯、加药处理的循环水或软化水，保证热交换器的冷却效果。并确保空压机所需的冷却水量和水压。
2、搞好维护保养，合理确定维修周期，严格要求维修质量。定期清洗空气过滤网、空压机冷却系统，定期修理或更换气阀、活塞环和填料环;并由专业技术人员进行维修质量检查，检修后气缸余隙容积控制在合理范围内，确保活塞环的装配质量和气阀的维修质量。
3、加强运行管理，将检查落实到实处。操作人员要求对各级冷凝器、各辅助设备及时排水、排油和排尘，确保各吹除阀不漏气;要及时检查和调节冷却水水压和水量，保证冷却水进出水温差大于10℃，中间冷却器出口气温小于40℃;要仔细检查各气阀工作状态，发现问题及时处理或汇报。
空气压缩系统的节能降耗，直接影响企业的生产成本和投资效益，通过优化空气压缩系统设计，采用变频调速技术和余热回收技术，加强对空气压缩系统运行管理，提高空压机的运行效益和加强对空压机的维护保养等措施，我们可以取得十分明显的节能效调。
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