压缩空气系统的节能总结及改造

作为工业领域应用广泛的动力源，压缩空气在工业生产中占总能耗的10%——35%。压缩空气系统能耗的96%为工业压缩机的耗电，我国工业压缩机每年的电耗占全国总电耗的6%以上。空压机运行成本由采购成本、维护成本和能源运行成本组成，由全生命周期评价理论，采购成本仅占10%左右，而能源成本却高达77%。说明我国在进行产业经济结构调整的同时，还需大力提高压缩空气系统的能源利用效率。
随着企业对压缩空气认识的深入和节能减排的需求，亟待选择适合的技术对现有系统进行节能改造已达到最好的节能效果。近两年来对中国工业企业调研得出，节能改造需求主要来自以下3个方面：
（1）空压机能耗占企业用电比例比例过高；
（2）压缩空气系统供气不稳定、压力波动等影响设备的正常工作；（3）随着生产规模的扩大，企业对原有压缩空气系统改造优化以适应增长需求。
因企业压缩空气系统的特点和适用的节能技术不同，为提高改造成功率，节能改造不能盲目实施。在对整个系统进行全面分析、测试和评估的基础上，选择适合的节能措施显得尤为重要。作者通过对大量工业企业压缩空气使用情况的调查，对目前存在的和新兴的一些节能技术的特点和适用范围进行了分析和探讨。
一.系统节能策略
1系统节能策略
基于气动系统能量消耗评价及能量损失分析理论，从系统构成的各个环节入手，总体采取如下节能措施：
（1）压缩空气的产生。不同类型压缩机的合理配置和维护，运行模式的优化，空气净化设备的日常管理。
（2）压缩空气的输送。管网配置的优化，高低压供气管道分离；耗气量分配的实时监管，泄露的日常点检与最小化，接头处的压损改进。
（3）压缩空气的使用。气缸驱动回路的改进，使用针对本行业开发的节能产品，如电解铝行业打壳缸专用节气阀，以及节能型气枪、喷嘴等。
（4）压缩机余热回收。通过热交换等手段将空气压缩过程中产生的热量回收，用于辅助采暖和工艺加热等。
二.压缩空气的产生
2.1单台空压机节能
目前工业中应用最广泛的空压机主要分为往复式、离心式和螺杆式。往复式在一些老企业仍大量使用；离心式在纺织企业应用广泛，运行稳定，效率高，但系统压力突变时容易发生喘振。采用的主要节能措施有：
（1）保证进口空气洁净度，尤其是纺织企业做好一级粗滤，以滤掉空气中大量的短纤维。
（2）降低空压机进气温度，提高效率。
（3）润滑油油压对离心机转子振动影响大，选用含消泡剂和氧化稳定剂的润滑油。
（4）重视冷却水水质，合理冷却水排污量，有计划地补水。
（5）空压机、干燥器、储气罐及管网的冷凝水排放点要定期排放。
（6）为防止空气需求变化快等引起喘振，注意调整机组设定的比例带和积分时间，尽量避免用气突减。'
（7）选用节能效果显著的三级离心机，尽量使用高压电机，减少线损，使空压站温升低。
螺杆式空压机应用广泛，下面重点对螺杆式空压机控制方式进行比较总结：
分析当前空压机加/卸载和恒压调节方式存在的问题，可以得出：
（1）靠机械方式调节进气阀，供气量无法快速连续调节。当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动。
（2）单纯变频控制通过加装变频器调节空压机的产气量，来匹配工厂用气的波动。不足之处在于该系统适用于工厂用气量波动不大的情况（波动在单机产气量的40%——70%节能效果最显著）。
2.2空压机群专家控制系统
空压机群专家控制系统成为目前空压机群控制节能新技术。该控制系统根据压力需求变化，金钟控制不同空压机的启停、加卸载等，保持系统一直有合适数量和容量的压缩机处于运行状态。
专家控制系统通过控制变频器改变工厂低压供气系统中单台空压机的转速来控制空压机单位时间内的产气量，匹配工厂低压供气系统用气量小的波动。一般选择对哪一台空压机变频改造，需要专业人员对系统进行全面的测试计算才能决定。
通过以上分析比较，可以发现：
（1）我国很多压缩空气系统能效有很大的提升空间。
（2）压缩机变频改造只有结合企业自身压缩空气系统的运行情况才能达到节能效果，需要经过专业人员全面测试和评估后才能使用。
（3）空压机群专家控制系统特别适合于多台空压机同时运行的场合，实行阶梯组合配置，可以很好满足企业需求。
2.3压缩空气干燥工艺的改进
目前企业最常用的压缩空气干燥处理设备为冷冻式、无热再生式和微热再生复合式，主要性能比较如下表所示。
节能改造防线遵循以下原则：
（1）若原系统对空气进行过高纯度处理时，改成较低的匹配的处理方式。
（2）改进干燥工艺，减少干燥处理环节的压损（某些系统干燥器处压损达0.05——0.1MPa），减少能量消耗。、
三.压缩空气的输送
3.1管路系统
管路系统的雅江不应超过工作压力的1.5%。当前很多空压站的输气管道没有主次之分，不必要的弯头、弯管过多，压力脉动频繁，压损严重。气动管道有的埋于地沟，无法监测泄漏。为保证任何情况下系统压力需求，运行管理人员提高整个系统的运行压力0.1——0.2MPa，引入人为压力损失。空压机排气压力每增加0.1MPa，空压机功耗将增加7%——10%。同时系统压力的提高，使空气泄漏量增加。
节能改造措施：
（1）将支路布置的管线改成环路布置，实行高低压供气分离，并安装高低压精密溢流单元；（2）节能改造时更改局部阻力偏大的管线，降低管道阻力，对管内壁酸洗、除锈等净化处理，保证管壁光滑。
3.2泄漏、检漏和堵漏
大部分工厂泄漏严重，泄漏量达到20%——35%，主要发生在各用气设备的阀门、接头、三联件、电磁阀、螺纹连接和气缸前端盖等处；有的设备超压工作，自动卸荷，频繁排气。泄漏造成的损失几乎超出大多数人的想象。如汽车点焊工位的一个焊渣在气管上造成一个直径1mm的小孔，每年电费损失高达355kWh，几乎相当于两个三口之家的全年家庭用电。
节能措施：
（1）对主要产生车间的供气管道安装流量计量管理系统，确定工艺用量限额。
（2）调整工艺用气量，尽可能减少阀门、接头的数量，减少泄漏点。
（3）加强管理，使用专业工具定期巡检。
总之，企业可以采用一些专业检测设备如并联接入式智能气体泄漏检测仪、泄漏点扫描枪等，采取措施防止压缩空气系统的跑、冒、滴、漏，据此开展维修工作和元器件更换工作。
四.压缩空气的使用
气枪在制造加工的精修工序、机加工等工艺现场被广泛使用，其耗气量在某些产业领域达到总供气量的50%。使用过程中存在供气管道过长、供给压力过高、用直铜管做喷嘴以及一线工人擅自提高工作压力等现象，造成巨大的用气浪费。
在气动设备中用气不合理现象也较突出，例如确定工件是否卡到位的气体背压检测、真空发生器给气等尊在不工作时不间断供气现象。尤其在化学药液槽等用于搅拌的用气、轮胎制造中的定型充气等都存在这些问题。
节能改造措施：使用新型气动喷嘴节能装置和脉冲式气枪。在特定行业采用专业气动设备，如电解铝行业推广使用的打壳缸专用节气阀等。
五.空压机余热回收
根据全生命周期评价，空压机消耗的电能有80%——90%转化成热的形式散失掉了。空压机的电热消耗分布如下图所示，除去辐射到环境中和存于压缩空气自身的热量外，剩余94%的能量均可以采用余热回收的方式加以利用。
余热回收就是通过换热器等合适的手段将空气压缩过程中产生的热量回收用来加热空气或水，典型的使用如辅助采暖、工艺加热和锅炉补水预热等。通过合理改进，50%——90%的热能可以回收并利用。安装热能回收装置可以将空压机运行温度有效控制在最佳运行温度，使润滑油工作状态更良好，空压机排气量会增加2%——6%。对于空冷式空压机，可以停止空压机自身的冷却风机，采用循环水泵回收热量；水冷式空压机可以用来加热冷水或空间加热，回收率在50%——60%。余热回收相对电热设备几乎无需能耗；相对于燃油燃气设备零排放，是清洁环保的节能方式。
基于压缩空气系统能量损失分析理论，对企业现存不合理用气现象和节能措施作了分析和总结。在企业节能改造时，首先针对不同的系统做详细的测试评估，在此基础上应用适合的优化措施以达到节能目标，可以提高整个压缩空气系统的运行效率。