用于礦井空氣壓縮的高效節(jié)能壓縮機(jī)見圖1

用于礦井空氣壓縮的高效節(jié)能壓縮機(jī)見圖1

空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用陳高軍：中國上海高橋有限公司的節(jié)能裝置（見圖1）只能使用流程級hydrocom氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)（由hyphig開發(fā)）。常規(guī)的往復(fù)壓縮機(jī)需在100%負(fù)荷下運(yùn)行,壓縮后的氣體再通過壓縮機(jī)出口返入口的旁通閥降壓后返回壓縮機(jī)入口,造成能量的大量消耗。HydroCOM氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)利用電磁閥,通過控制液壓油作用時(shí)間,從而控制卸荷器壓開氣閥時(shí)間而實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣閥的延時(shí)關(guān)閉,只對實(shí)際需要的氣量進(jìn)行壓縮,余下的氣體在壓縮行程的開始階段,回流到進(jìn)氣腔內(nèi),從而實(shí)現(xiàn)0~100%氣量無極調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。于鳳銀:現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中,廣泛應(yīng)用到空氣壓縮機(jī),產(chǎn)出壓縮空氣,用以輔助生產(chǎn)對壓縮空氣的需要。白銀有色集團(tuán)股份有限公司是我國大型有色金屬采選冶聯(lián)合企業(yè),公司直屬的深部銅礦為年產(chǎn)品位0.7%~1.2%銅礦石100萬t的多金屬銅礦山,坑內(nèi)采礦最大耗氣量為118m3/min。深部銅礦現(xiàn)有一個(gè)空壓機(jī)站,由4臺(tái)柳州壓縮機(jī)總廠2003年10月制造的D-100/8-e3型往復(fù)活塞式空壓機(jī)(見圖2)組成(參數(shù)見表1),用以實(shí)現(xiàn)整體礦山壓縮空氣用風(fēng)。該型空壓機(jī)為對稱平衡型、兩列、水冷、往復(fù)活塞式,設(shè)有油壓、水壓、排氣壓力和排氣溫度等自動(dòng)顯示、自動(dòng)保護(hù)裝置,由機(jī)身、曲軸連桿機(jī)構(gòu)、活塞、氣缸、氣閥及冷卻器等部件構(gòu)成,異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曲軸連桿機(jī)構(gòu),將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闅飧字谢钊耐鶑?fù)直線運(yùn)動(dòng),氣缸、活塞組成的氣腔容積周期性變化,使得空氣在氣缸內(nèi)完成膨脹、吸氣、壓縮和排氣四個(gè)循環(huán)工作過程。具有轉(zhuǎn)速低、堅(jiān)固耐用的特點(diǎn),因其排氣過程是非連續(xù)性間歇?jiǎng)幼?因而壓縮空氣管網(wǎng)存在一定的壓力脈動(dòng)現(xiàn)象;同時(shí),空壓機(jī)閥片、活塞環(huán)、密合墊等耗損性零件狀況的好壞,也影響著該型空壓機(jī)的能源使用效率。杜罡:萊陽市熱電廠現(xiàn)有兩臺(tái)75t/h循環(huán)流化床爐,采用正壓濃相氣力輸灰,壓縮空氣來源兩臺(tái)螺桿壓縮機(jī)(見圖3),設(shè)備具體的型號(hào)、參數(shù)見表2。空壓站及放空系統(tǒng)陳高俊:選型及配置比較合適,該HydroCOM氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng)在2002年就已經(jīng)引進(jìn)國內(nèi)類似往復(fù)式壓縮機(jī)組使用,公司在此之前也有兩套機(jī)組安裝了該系統(tǒng)。經(jīng)過近十年的使用驗(yàn)證,該系統(tǒng)確實(shí)能夠大幅降低≤70%額定負(fù)荷的往復(fù)壓縮機(jī)組的能耗,且操作使用方便,對裝置節(jié)能減排有著重要意義。于鳳銀:空壓機(jī)節(jié)能降耗改造方法方式多樣,效果也不盡相同;而初始空壓機(jī)的選型配置尤為重要,選型配置遠(yuǎn)大于實(shí)際壓縮空氣用量的需要,將帶來空壓機(jī)配置過高、電能白白浪費(fèi)、不利于廠礦的節(jié)能降耗等后果,選型配置過低或接近工廠實(shí)際壓縮空氣的用量,又將因工廠內(nèi)各用氣點(diǎn)的不同,而帶來壓縮空氣產(chǎn)量不足、嚴(yán)重影響生產(chǎn)的弊端,通?？諌簷C(jī)選型配置略高于工廠實(shí)際壓縮空氣用氣量為宜。由4臺(tái)D-100/8-e3型往復(fù)活塞式空壓機(jī)組成的白銀有色集團(tuán)深部銅礦空壓機(jī)站,重建于2003年12月。正常生產(chǎn)情況下,空壓機(jī)兩開兩備或三開一備?？諌簷C(jī)站和礦山各壓縮空氣使用點(diǎn)的供求平衡是理想的空壓站運(yùn)行狀態(tài),由于礦山開采生產(chǎn)的特點(diǎn),空壓站的供氣量通常大于礦山設(shè)備的實(shí)際用氣量,且壓縮風(fēng)用量波動(dòng)較大,以往采用空壓機(jī)間歇運(yùn)行或空載運(yùn)行來調(diào)節(jié)壓縮風(fēng)管網(wǎng)流量及壓力,既引起電能空耗,也帶來電網(wǎng)波動(dòng)問題,并影響空壓機(jī)的正常使用壽命。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì):空壓機(jī)間歇運(yùn)行或空載運(yùn)行用電量仍為滿負(fù)載的28%,這部分電能因此而空耗掉,如圖4所示。現(xiàn)存能耗問題如下:1)間歇或空載運(yùn)行導(dǎo)致能源消耗。壓縮空氣用量變化大引起壓力波動(dòng),導(dǎo)致需求錯(cuò)覺,多開空壓機(jī)以保證壓力平穩(wěn),需求出現(xiàn)冗余,空壓機(jī)低效率運(yùn)行,電能消耗占空壓站整體能耗的28%。2)由于空壓機(jī)非連續(xù)性間歇排氣過程,壓縮空氣管網(wǎng)存在一定的壓力脈動(dòng),電能消耗占空壓站整體能耗的5%。3)壓縮空氣傳送、使用過程中,空壓機(jī)與用氣設(shè)備間連接管道、儲(chǔ)氣罐等附屬處理設(shè)備,出現(xiàn)一定量的泄漏、截流、過流現(xiàn)象,影響壓縮空氣使用率,增加能耗,占空壓站整體能耗的5%。4)其他因素,如非適當(dāng)使用消耗等,占空壓站整體能耗的2%。杜罡:選擇空壓機(jī)的基本準(zhǔn)則是安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性,合適的選型對用戶本身和空壓機(jī)設(shè)備都有益處。選型過大造成浪費(fèi),選型過小可能造成空壓機(jī)長期處于加載狀態(tài)或用氣不夠或壓力打不上去等弊端。排氣量是空壓機(jī)的主要參數(shù)之一,選擇空壓機(jī)的氣量要和所需的排氣量相匹配,并留有10%~20%的余量。盲目追求大排氣量是錯(cuò)誤的,因?yàn)榕艢饬吭酱髩嚎s機(jī)配的電動(dòng)機(jī)越大,不但價(jià)格高,而且浪費(fèi)購置資金,使用時(shí)也會(huì)浪費(fèi)電力能源。驅(qū)動(dòng)電機(jī)交流控制系統(tǒng)改造陳高俊:公司主要使用往復(fù)壓縮機(jī)及離心式壓縮機(jī),往復(fù)壓縮機(jī)目前成熟使用的僅有HydroCOM氣量無級調(diào)節(jié)系統(tǒng),共有4套裝置成功應(yīng)用(兩套連續(xù)重整、一套加氫裂化、一套潤滑油加氫裝置),節(jié)能主要體現(xiàn)在節(jié)電上,如公司首臺(tái)應(yīng)用于加氫裂化的新氫壓縮機(jī),使用后電動(dòng)機(jī)電流有30%~40%的降幅(電流下降80~100A),連續(xù)一年運(yùn)行,保守計(jì)算每年節(jié)約的電費(fèi)用可達(dá)300萬元(按8000h/a,電費(fèi)0.5元/kW·h計(jì)算),僅其一年電費(fèi)節(jié)約一項(xiàng)就有近300萬元,一年左右時(shí)間基本可回收全部投資(系統(tǒng)投資改造費(fèi)用約300萬元),節(jié)能效果相當(dāng)明顯。離心壓縮機(jī)方面,目前無成熟的應(yīng)用業(yè)績,但已有三元葉輪改造的計(jì)劃,通過改造可使壓縮機(jī)進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)量、節(jié)省能耗、降低成本,并具有較寬的變工況適應(yīng)范圍,計(jì)劃2014年在一套裝置上實(shí)施試用。于鳳銀:D-100/8-e3型往復(fù)活塞式空壓機(jī)壓縮空氣量的供求關(guān)系主要表現(xiàn)在排氣壓力的變化,當(dāng)壓縮空氣排氣量正好滿足礦山生產(chǎn)使用壓縮空氣量要求時(shí),管路儲(chǔ)氣壓力保持不變。生產(chǎn)中由于壓縮空氣使用量不均衡,空壓機(jī)供氣量一般大于實(shí)際用氣量。為降低能耗,充分利用、提高D-100/8-e3型往復(fù)活塞式空壓機(jī)的開機(jī)運(yùn)行效率,保持管路儲(chǔ)氣壓力不變,必須進(jìn)行能量調(diào)節(jié)。當(dāng)前空壓機(jī)的能量調(diào)節(jié)方式主要有:空壓機(jī)間歇控制運(yùn)行、吸氣調(diào)節(jié)、氣缸卸載、分檔變速調(diào)節(jié)輸氣量及變頻調(diào)速。其中,采用壓縮機(jī)間歇運(yùn)行或空載運(yùn)行來調(diào)節(jié)能量最為常見,但空壓機(jī)間歇運(yùn)行會(huì)造成空壓機(jī)起停頻繁,電能損耗增加,增大電網(wǎng)波動(dòng),同時(shí)影響設(shè)備使用壽命;空壓機(jī)空載運(yùn)行,耗電量仍是滿載的25%~55%,這部分電能被空耗掉,而空壓機(jī)空載起動(dòng)電流是額定電流的5~7倍,對電網(wǎng)及其他用電設(shè)備沖擊較大,同時(shí)縮短空壓機(jī)的正常使用壽命。2012年10月對該空壓站4臺(tái)D-100/8-e3型往復(fù)活塞式空壓機(jī)實(shí)施了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速改造,以解決該空壓站能耗問題,提高空壓機(jī)運(yùn)行效率。該項(xiàng)改造中空壓機(jī)變頻調(diào)速原理:改變空壓機(jī)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,以控制空壓機(jī)單位時(shí)間出氣量,從而控制管路壓力,調(diào)節(jié)空壓機(jī)能量。能在一定范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行能量調(diào)節(jié),滿足空壓機(jī)輕載時(shí)的運(yùn)行需要,使制氣量與實(shí)際用氣量相匹配。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速式中n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,單位為r/min;f1——電動(dòng)機(jī)端電壓的頻率,單位為Hz;s——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率;P——電動(dòng)機(jī)定子繞組極對數(shù)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與電源頻率f1成正比,因而改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率就能改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速的目的。由電磁感應(yīng)原理,變頻調(diào)速時(shí),磁通uf066保持不變,電動(dòng)機(jī)定子電壓與電源頻率成正比,電動(dòng)機(jī)輸出功率隨電源頻率的變化而變化。改變定子側(cè)輸入電壓,就可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)頻率,即恒壓頻比(V/F)控制方式,系統(tǒng)框圖如圖5所示。由壓力變送器測得的管網(wǎng)壓力值與壓力設(shè)定值比較后得到偏差,經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計(jì)算出變頻器作用于異步電動(dòng)機(jī)的頻率值后,通過變頻器輸出相應(yīng)頻率和幅值的交流電,使電動(dòng)機(jī)上得到相應(yīng)轉(zhuǎn)速,空壓機(jī)輸出相應(yīng)壓縮空氣到儲(chǔ)氣罐,使其壓力變化,最終得到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同。改造后該空壓站空壓機(jī)體現(xiàn)出如下優(yōu)點(diǎn):電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)軟起動(dòng),降低起動(dòng)電流,起動(dòng)平滑、無機(jī)械沖擊;延長空壓機(jī)使用壽命,減少對電網(wǎng)的影響;輸氣壓力穩(wěn)定,調(diào)整可靠性高;節(jié)能效果明顯,經(jīng)運(yùn)行后測試,總體節(jié)電30%~40%。該項(xiàng)改造增加的控制系統(tǒng)由變頻器(內(nèi)置數(shù)字PID調(diào)節(jié)器,在變頻器界面上只需設(shè)置壓力給定,自行調(diào)節(jié)輸出頻率以穩(wěn)定壓力)、可編程控制器PLC、壓力變送器、接觸器、空氣開關(guān)、電纜、電流表、電壓表、按鈕和互感器等組成。杜罡:萊陽熱電廠的空壓機(jī)在使用中存在的問題主要是壓力不穩(wěn)定、空壓機(jī)頻繁起動(dòng)。后來采用變頻調(diào)速方式來降低空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)的軸功率輸出。改造之前,空壓機(jī)的壓力達(dá)到設(shè)定壓力時(shí),即會(huì)自動(dòng)卸荷;改造之后,空壓機(jī)并不卸荷,而是通過降低轉(zhuǎn)速來降低壓縮機(jī)時(shí)的產(chǎn)氣量,維持系統(tǒng)在一定的壓力范圍,避免壓力一降電動(dòng)機(jī)就起動(dòng)。減少壓縮機(jī)從卸荷狀態(tài)到加載狀態(tài)這一突變過程帶來的電能消耗和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)頻率降低至工頻以下,使電動(dòng)機(jī)軸的輸出功率減少。以上兩種方式都不同程度地降低了空壓機(jī)在運(yùn)行過程中的能源消耗。外來空壓系統(tǒng)陳高俊:能滿足節(jié)能要求。在節(jié)能理念方面無可改進(jìn)的地方,但在產(chǎn)品做工等細(xì)節(jié)上可適當(dāng)改進(jìn),如目前存在一定的潤滑油漏點(diǎn),影響裝置外觀。杜罡:對設(shè)計(jì)及節(jié)能方面的改進(jìn)建議如下:1)當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)有多臺(tái)空壓機(jī)時(shí),根據(jù)用氣情況自動(dòng)控制空壓機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)。當(dāng)用氣減少到一定量時(shí),空壓機(jī)群應(yīng)有選擇地停運(yùn)大功率設(shè)備而保留相匹配的空壓機(jī)。空壓機(jī)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生大量熱量,如果將空壓機(jī)熱能回收是一項(xiàng)非常環(huán)保的節(jié)能方式。2)對空壓機(jī)進(jìn)行集中控制,并根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行用氣預(yù)測,利用智能算法最優(yōu)化空壓機(jī)群運(yùn)行,減少空載時(shí)間,解決持續(xù)高壓不卸載等問題,實(shí)現(xiàn)對各用氣車間進(jìn)行按需供氣來減少空壓站房耗電。3)空壓機(jī)系統(tǒng)一般按工廠最大負(fù)荷加10%~20%余量設(shè)計(jì),另外工廠實(shí)際需求存在季節(jié)性及時(shí)間性波動(dòng),也導(dǎo)致用氣量波動(dòng)較大,所以空壓機(jī)多數(shù)時(shí)間并非滿載運(yùn)行,節(jié)能空間很大。在壓力達(dá)到所需工作壓力后,傳統(tǒng)控制方式?jīng)Q定其壓力會(huì)繼續(xù)上升直到卸載壓力。在加壓過程中,一定會(huì)產(chǎn)生更多的熱量和噪聲,從而導(dǎo)致電能損失。另一方面,高壓氣體在進(jìn)入氣動(dòng)元件前,其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓,這一過程同樣耗能。達(dá)到卸載壓力時(shí),空壓機(jī)自動(dòng)打開卸載閥,使電動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn),造成嚴(yán)重的能量浪費(fèi)。推進(jìn)壓縮機(jī)的節(jié)能技術(shù)陳高俊:對于石化(尤其是煉油行業(yè)的裝置),需多開發(fā)一些能滿足節(jié)能發(fā)展需要的新技術(shù),并且使現(xiàn)場壓縮機(jī)上的改造盡可能少,否則會(huì)涉及到改動(dòng)原機(jī)組結(jié)構(gòu)等方面,國企內(nèi)牽涉到責(zé)任等顧慮,推進(jìn)節(jié)能技術(shù)上可能阻力很大。杜