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压缩空气(空压机)系统节能教科书式讲解

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压缩空气(空压机)系统节能教科书式讲解

压缩空气在工业领域用途广泛,是优秀的动力源,在机械、化工、水泥、装备、钢铁等行业能耗占比较高。


空压机系统电能消耗占工业能耗的8~10%左右,2018年全国空压机耗电量约为4200亿kW·h,其中有效能耗只占66%,其余34%的能量(约1420.4亿kW·h)被白白浪费,通常认为空压机能耗成本占工厂的20%左右,空压系统节能亟待全面开展。


压缩空气系统组成


压缩空气系统的有哪些部件组成呢?小编带大家来解剖分析一下吧~首先说一下它的组成成分:气源、输送管网和用气末端设备三大部分组成了压缩空气系统的主躯干。
其中,气源一般为空压站,内含空压机、干燥机、储气罐和净化过滤装置(除油、除尘等)。压缩空气系统示意图如下。

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压缩空气系统工作原理


知道压缩空气系统的组成部分之后,我们来了解一下它们各自的功能。



空压机

目前工矿企业常用的空压机多为双螺杆式,空压机主要有以下系统组成:空气流程系统、润滑油流程系统、冷却系统、安全保护系统、控制系统及电气线路,如图所示:


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干燥净化装置(后处理设备)


干燥净化装置的作用是对空压机排出的压缩空气进行净化:干燥(除水)、过滤(除油、除尘等)。通常设备有干燥机(冷冻式干燥机、吸附式干燥机等)、过滤器等。


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输送管网


输送管网的作用是将气源(空压站)产生压缩空气利用自身的压力送至用气终端,输送管网含管道、阀门、仪表和过滤装置,管道一般采用金属管道。

用气末端系统

包含用气支管阀门、分气筒、仪表和末端过滤器等,管道压缩空气经末端进入用气设备或系统。


压缩空气系统低效运行原因

大量数据表明,压缩空气系统主要费用都耗费在运行环节上,在其生命周期中,运行费用(电费)占比高达78~92%。因此,如何通过精细化管理,对能耗深入挖潜,提高能源使用效率,是每个企业都要面临的一个课题。对此,根据项目工程经验,发现大部分压缩空气系统运行能耗高的主要原因如下:



设备效率低



很多年前配置的空压机大多属于低能效设备,与终端等设备匹配不合理,仅仅为了满足生产的基本需求;空压机调节方式落后、无集中控制,用气量随机变化时,空压机因卸载而浪费严重;末端设备用气不合理、效率低,设备用气存在浪费。



供气压力不合理



没有对供气压力进行分级规划,而是简单采用高压供气外加机械自力式减压阀来满足不同的压力需求,大量的能源浪费在阀门上。此外,当需求侧用气量变化引起管网压力的随机波动,为了避免机组的频繁启停,需要设定一个很宽的压力变化范围,造成空压机出口压力的大幅波动,增加了空压系统的运行能耗。

能源浪费的原因

☀空载能耗高
目前多数企业压缩机为单台N立方,压缩机开停只有N或N的倍数,空压机设备开停依赖人工管理。
尤其在用气负载频繁变化时,系统不能快速反应,也不能实现压缩机排量的微调,这形成了空压站各空压机的空载。空压机空载时的能耗高达其满载运行时的40%~70%。
☀爬升能耗高
螺杆压缩机有两种运行模式:加、卸载运行模式或空载、满载运行模式。
加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在最低工作压力值(即能够保证用户正常工作的最低压力-加载压力)和最高工作压力(卸载压力)之间运行。压差一般在1bar以上。通过理论计算和实际检测,得知空压机压力每增加1公斤,能耗增加4-8%。
☀传统管理方式
在空压站的使用管理过程中,存在两种不可避免的矛盾:
一种是企业对空压机管理人员有明确的考核,那么会出现气压经常不够或能少开就少开的习惯,不利于生产线的正常运行,或出现压力达不到设备使用要求导致用气终端故障增加。
一种是对空压机管理人员没有明确的考核,这就会导致空压机多开、空压站空载能耗高的结果。无论哪种管理模式,其结果都会是空压站电能浪费增大,而且不利于安全生产。


压缩空气系统节能手段


空压机节能

空压机是压缩空气系统中能耗最高的设备,占总系统能耗的90%以上,因此空压机的节能至关重要,以下为常用的空压机节能技术。

高效机组替代

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