劉燁，魏高升，由文江，杜小澤

?

空氣壓縮系統(tǒng)深度節(jié)能技術(shù)

劉燁1，魏高升1，由文江2，杜小澤1

（1．電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))，北京市 昌平區(qū) 102206；2．北京馳電自動(dòng)化科技有限公司，北京市 房山區(qū) 102488）

空氣壓縮系統(tǒng)一直以來(lái)都是傳統(tǒng)工業(yè)必不可少的重要系統(tǒng)之一，作為企業(yè)的能耗大戶，其從生產(chǎn)、輸送到應(yīng)用三大環(huán)節(jié)進(jìn)行節(jié)能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。文中以空氣壓縮系統(tǒng)的實(shí)際工作流程為切入點(diǎn)，分析了壓縮空氣從生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)绞褂玫母鱾€(gè)環(huán)節(jié)的主要能耗所在，并針對(duì)這3個(gè)環(huán)節(jié)的能源損失提出一系列改進(jìn)措施，同時(shí)對(duì)節(jié)能方法進(jìn)行了分析比較。分析表明，對(duì)空氣壓縮系統(tǒng)進(jìn)行深度節(jié)能改造是需要各個(gè)環(huán)節(jié)相配合的復(fù)雜工作，在傳統(tǒng)的節(jié)能措施的基礎(chǔ)上輔以新型的變頻技術(shù)、空壓站智能監(jiān)控系統(tǒng)及余熱回收技術(shù)等會(huì)從整體上更大程度地降低系統(tǒng)能耗?？蔀楣S企業(yè)的空氣壓縮系統(tǒng)節(jié)能改造提供參考。

壓縮空氣；耗能；節(jié)能降耗

0 引言

壓縮空氣作為清潔環(huán)保的動(dòng)力源，在電力、石油、鋼鐵、天然氣、醫(yī)療、包裝、食品等各領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，主要用于氣動(dòng)機(jī)械的動(dòng)力以及儀表吹掃、輸灰、切割等。但長(zhǎng)期以來(lái)空氣壓縮系統(tǒng)的節(jié)能并沒(méi)有得到充分重視，尤其近年來(lái)人們對(duì)環(huán)保的高度關(guān)注與傳統(tǒng)空氣壓縮系統(tǒng)的低效率和高耗能形成鮮明的對(duì)照。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)空氣壓縮機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中占工廠總耗電量的10%左右，而通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)空壓機(jī)對(duì)空氣進(jìn)行壓縮時(shí)，只有大約15%的輸入功率轉(zhuǎn)換為壓縮空氣的勢(shì)能[1-6]，其余85%的電能轉(zhuǎn)化成熱能被排放掉。換言之，如果需要得到15kW的空氣動(dòng)力能，至少需要100kW的電能，因此空氣壓縮系統(tǒng)的節(jié)能潛力很大。以火電廠為例，運(yùn)行空壓機(jī)損耗的電量長(zhǎng)期占據(jù)廠用電率很大比例，許多電廠近年來(lái)逐漸開始進(jìn)行節(jié)能改造，但方式一般僅限于變頻改造。實(shí)踐證明，工廠企業(yè)只有綜合考慮將多種節(jié)能方法相結(jié)合，才能更深層次地降低運(yùn)營(yíng)成本，提高競(jìng)爭(zhēng)力，僅通過(guò)變頻改造節(jié)能是不夠的。

本文通過(guò)介紹空氣壓縮系統(tǒng)的構(gòu)成，針對(duì)系統(tǒng)的3個(gè)環(huán)節(jié)的能耗現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并對(duì)現(xiàn)有節(jié)能技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，指出未來(lái)空氣壓縮系統(tǒng)節(jié)能前景，為火電機(jī)組等大型工況企業(yè)進(jìn)行空壓機(jī)節(jié)能改造提供參考。

1 空氣壓縮系統(tǒng)的組成及工作流程

一個(gè)典型的空氣壓縮系統(tǒng)由壓縮空氣的生產(chǎn)，運(yùn)輸、消耗3個(gè)環(huán)節(jié)組成[7]。如圖1所示，空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器處理后進(jìn)入壓縮機(jī)，與壓縮機(jī)內(nèi)潤(rùn)滑油混合并被壓縮產(chǎn)生高溫高壓的氣體，隨后經(jīng)過(guò)油氣分離器，被分離出來(lái)的壓縮空氣通過(guò)后冷卻器冷卻進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，進(jìn)而被打入用氣管網(wǎng)供末端使用。

圖1 空氣壓縮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

通過(guò)全生命周期成本分析理論可得出在整個(gè)空氣壓縮系統(tǒng)中，在10年運(yùn)行基礎(chǔ)上，能源費(fèi)用占到空氣壓縮系統(tǒng)全生命周期成本76%，而初始投資與維護(hù)費(fèi)用僅占12%[8]。所以空氣壓縮系統(tǒng)的節(jié)能對(duì)企業(yè)節(jié)約成本而言尤為重要，以下將整體系統(tǒng)劃分為空壓站產(chǎn)氣環(huán)節(jié)、末端用氣環(huán)節(jié)以及管道供氣環(huán)節(jié)，從這3個(gè)環(huán)節(jié)中能源浪費(fèi)的主要矛盾進(jìn)行分析，并針對(duì)相應(yīng)的節(jié)能措施進(jìn)行總結(jié)。

2 各環(huán)節(jié)節(jié)能措施

2.1 空壓站產(chǎn)氣環(huán)節(jié)

2.1.1 更換高效率電機(jī)

目前仍有許多企業(yè)對(duì)電機(jī)節(jié)能的意識(shí)不夠，并且現(xiàn)存廠區(qū)設(shè)備電機(jī)普遍存在老化現(xiàn)象。若采用高效稀土永磁同步電機(jī)代替普通三相異步電機(jī)，將會(huì)大大提高功率因數(shù)與電機(jī)效率，同時(shí)高效永磁同步電機(jī)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、溫升低、定子電流小、定子銅損小等優(yōu)點(diǎn)[9-11]。表1列出了兩種電機(jī)的損耗對(duì)比。永磁同步電機(jī)相較于普通異步電機(jī)無(wú)功功率的節(jié)電率可達(dá)85%，有功功率節(jié)電率達(dá)到了23%~25%，有效避免“大馬拉小車”的浪費(fèi)情況[12]。

表1 普通異步電機(jī)與永磁同步電機(jī)的損耗對(duì)比

2.1.2 降低入口空氣溫濕度及加裝后冷卻器

空壓機(jī)吸氣溫度及濕度的水平對(duì)整個(gè)空氣壓縮系統(tǒng)的生產(chǎn)成本有重要影響。研究表明，隨著吸氣溫度升高，機(jī)組的輸入比功率降低[13]，當(dāng)空氣濕度不變時(shí)，溫度每增加1℃，單位能耗增長(zhǎng)0.39%。同樣當(dāng)吸氣溫度保持不變時(shí)，含濕量每增加1g/kg，單位能耗將增長(zhǎng)0.59%[14-15]。此外，濕熱空氣在壓縮后很容易凝結(jié)成水滴，造成金屬器件、閥門、管道生銹或腐蝕，甚至使氣動(dòng)元件動(dòng)作失靈或漏氣。為此，建議在壓縮空氣的進(jìn)口管道上增設(shè)過(guò)濾除濕裝置，一般方法為加裝簡(jiǎn)易鋼絲濾網(wǎng)和固體吸附，以減少進(jìn)口空氣的含濕量與雜質(zhì)，同時(shí)為空壓站房加裝天窗和換氣扇降低吸氣溫度[16]。

其次后冷卻器對(duì)用戶的實(shí)際所得壓力有一定影響，若加裝后冷卻器，壓力水平會(huì)提高20%左右[17]。后冷卻器的冷卻介質(zhì)一般為水或者空氣，它的作用是將從被油分離器分離出的空氣進(jìn)行冷卻，然后排到干燥塔內(nèi)，起到改善空氣品質(zhì)，減少流動(dòng)壓損的目的。一般情況下水冷式冷卻系統(tǒng)造價(jià)高于空冷式冷卻系統(tǒng)，但其每年可比空冷式系統(tǒng)節(jié)省很大一部分電費(fèi)，并且后續(xù)維修費(fèi)用較低、故障較少，所以越來(lái)越多的電廠開始采用水冷式冷卻系統(tǒng)。南屯電廠在對(duì)原有空氣壓縮系統(tǒng)進(jìn)行改造前后對(duì)主要空壓機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如表2[18]所示。該改造表明水冷系統(tǒng)會(huì)顯著降低主機(jī)排氣溫度與電機(jī)溫度，從而提高系統(tǒng)效率并為生產(chǎn)安全提供保障。

2.1.3 空壓機(jī)合理選型

目前市場(chǎng)上主流空氣壓縮機(jī)有往復(fù)活塞式、螺桿式和離心式。就效率而言，往復(fù)活塞式空壓機(jī)效率通常在50%左右，離心式空壓機(jī)在60%左右，而螺桿式空壓機(jī)則可以達(dá)到70%~80%[19-20]。其中雙級(jí)壓縮螺桿空壓機(jī)通過(guò)兩級(jí)串聯(lián)工藝，與單級(jí)壓縮空壓機(jī)相比降低了壓比，而且兩對(duì)轉(zhuǎn)子同時(shí)做功，打氣速度快，出氣量大，這是單級(jí)無(wú)法替代的優(yōu)勢(shì)。同等功率的電機(jī)做功產(chǎn)生的出氣量，雙級(jí)普遍比單級(jí)高13%~15%，相當(dāng)于90kW的一臺(tái)雙級(jí)壓縮空壓機(jī)同等能耗下能產(chǎn)出一臺(tái)110kW單級(jí)壓縮空壓機(jī)的氣量[21]。

表2 改造前后各主要空壓機(jī)的運(yùn)行參數(shù)

表3[22]為某鋼鐵廠實(shí)測(cè)螺桿空壓機(jī)能效測(cè)試數(shù)據(jù)，計(jì)算可得該公司所用雙級(jí)螺桿空壓機(jī)比單級(jí)螺桿空壓機(jī)平均節(jié)電21.98%。但是實(shí)際生產(chǎn)中還要根據(jù)空壓站的設(shè)計(jì)容量及生產(chǎn)車間的用氣要求進(jìn)行選型[23]，通常螺桿式與往復(fù)活塞式用于中小流量系統(tǒng)，大流量系統(tǒng)則多采用離心式壓縮機(jī)。針對(duì)于現(xiàn)代化電廠，控制水平相較于從前有了很大的提升，壓縮空氣應(yīng)用于重要的熱工控制及氣動(dòng)執(zhí)行元件，所以穩(wěn)定的壓縮空氣供給是生產(chǎn)的保障，否則會(huì)對(duì)電廠造成難以估量的損失。鑒于此，螺桿式壓縮機(jī)運(yùn)行可靠、出氣平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)使其在電廠的適用性遠(yuǎn)高于活塞式壓縮機(jī)。

表3 單級(jí)和兩級(jí)噴油螺桿壓縮機(jī)能效測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

2.1.4 變頻控制

在空壓機(jī)選型時(shí)，為了保證生產(chǎn)需要，空壓機(jī)額定供氣能力為最大生產(chǎn)用氣量的1.1~1.2倍，但是工廠的實(shí)際需求大多數(shù)情況只能用到額定供氣量的50%~60%[24]。為了保證供氣量與用氣量的平衡，傳統(tǒng)的空壓機(jī)啟動(dòng)方式多為加卸載方式，這種方式下空壓機(jī)經(jīng)常處于空載狀態(tài)，造成嚴(yán)重的能源浪費(fèi)。而變頻控制的原理就是以供氣壓力為控制對(duì)象，現(xiàn)場(chǎng)壓力由傳感器監(jiān)測(cè)，通過(guò)空壓機(jī)出口管道的壓力變送器將壓力轉(zhuǎn)變成電信號(hào)后反饋到變頻器，變頻器通過(guò)內(nèi)置算法計(jì)算得到輸出功率并進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到恒壓供氣的目的。

變頻控制消除了電機(jī)頻繁啟停對(duì)系統(tǒng)的沖擊并減少了無(wú)功電流，提高了電能使用效率[25-27]。根據(jù)實(shí)際情況，繪制出圖2[28]的壓縮機(jī)負(fù)荷效率狀況曲線，可知空壓機(jī)采用變頻調(diào)速后，節(jié)電率在15%~30%范圍內(nèi)，當(dāng)負(fù)荷在65%時(shí)，變頻調(diào)節(jié)控制節(jié)省了25%左右的能源。同時(shí)，如圖3[28]所示由于變頻控制的技術(shù)優(yōu)勢(shì)保證了用氣管網(wǎng)壓力穩(wěn)定，減少了管路壓力波動(dòng)引起的能耗約0.5%~1%。

圖2 負(fù)荷效率曲線

圖3 管路壓力波動(dòng)狀況

表4[29]為漳山電廠空壓機(jī)變頻改造工程實(shí)際效果，經(jīng)過(guò)改造后可見空壓機(jī)單耗下降0.418kW·h/t，若年利用時(shí)間為5000h，煤耗以及熱值分別按345g/(kW·h)、4800×4.18kJ/kg測(cè)算，則年耗煤量為452.81×104t，年節(jié)電量達(dá)到189.27×104kW·h。預(yù)計(jì)兩年內(nèi)可以回收成本。

表4 全廠空壓機(jī)能耗情況對(duì)比

控制技術(shù)雖有一定的節(jié)能效果，但是針對(duì)大的離心式空壓機(jī)，變頻器意義不大，因?yàn)楸旧黼x心式空壓機(jī)就能通過(guò)進(jìn)氣閥調(diào)整輸出功率，而且離心式空壓機(jī)的電流有限制，電流過(guò)低，空壓機(jī)會(huì)喘振。同時(shí)變頻器還有一個(gè)制約節(jié)能的因素，就是控制邏輯，變頻器的調(diào)頻只能按照固定的設(shè)置運(yùn)行，比如出口壓力高于700kPa，那么變頻器就按照預(yù)設(shè)好的例如40Hz開始運(yùn)行，減少輸出，但是節(jié)能量并沒(méi)有達(dá)到最大?；谝陨蟽牲c(diǎn)問(wèn)題，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)部分電廠及鋼鐵企業(yè)引進(jìn)了一項(xiàng)索林優(yōu)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對(duì)所有類型的空壓機(jī)都可以進(jìn)行控制和管理，特別是離心式空壓機(jī)的自動(dòng)控制，節(jié)能效果更佳優(yōu)秀，并且索林優(yōu)化可以通過(guò)電腦后臺(tái)實(shí)時(shí)調(diào)整變頻器的控制邏輯，不再按照固定的預(yù)設(shè)值運(yùn)行，達(dá)到深度節(jié)能的效果。

2.1.5 空壓站智能監(jiān)控

對(duì)于用氣量大的場(chǎng)合，由于單臺(tái)空壓機(jī)容量不滿足要求，需要多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)工作[30-31]。目前大多數(shù)工廠企業(yè)的運(yùn)行方式是由空壓機(jī)自帶的電腦控制器控制自身的運(yùn)行狀態(tài)，但這種方式的缺點(diǎn)是不能反映空壓機(jī)組整體情況，容易使單臺(tái)空壓機(jī)頻繁啟停，加速設(shè)備老化，同時(shí)需要工作人員24 h值守，監(jiān)視空壓機(jī)運(yùn)行工況，這種高強(qiáng)度勞動(dòng)還容易造成工作人員的疲勞。因此空壓站智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于生產(chǎn)安全，提高效率有著積極的意義。圖4[32]為以國(guó)產(chǎn)T910程序控制器為核心的智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)原有空壓站的進(jìn)一步改造，通過(guò)增設(shè)少量傳感器將子站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞給控制柜，使空壓機(jī)總管出口壓力保持在合適范圍之內(nèi)，大大減少了。

圖4 空壓站群控系統(tǒng)圖

目前空壓站智能監(jiān)控系統(tǒng)有集中式與分布式兩種形式，集中式監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制多臺(tái)空壓機(jī)穩(wěn)定供氣，根據(jù)末端設(shè)備需求選擇所需空壓機(jī)臺(tái)數(shù)，保證所有空壓機(jī)工作時(shí)間的均衡，避免不必要的能源浪費(fèi)。這種系統(tǒng)將所有功能及操作集中于主機(jī)，整體性及協(xié)調(diào)性均優(yōu)于分布式系統(tǒng)，但對(duì)主機(jī)的性能要求非常高，可靠性相對(duì)不足。分布式監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)是集中管理，分散控制，各子系統(tǒng)資源相對(duì)獨(dú)立，互不干擾，通過(guò)功能分層，危險(xiǎn)分散保證了高可靠性與靈活性[33]。

2.1.6 改變空壓站設(shè)置方式

表5[34]為某燃煤電廠2×1000MW機(jī)組的空氣壓縮系統(tǒng)，設(shè)計(jì)成分散配置與集中配置兩種布置形式的經(jīng)濟(jì)性差異比較，在滿足電廠用氣需求的前提下，分布式配置方式需要單臺(tái)設(shè)備氣量 48m3/min等級(jí)的空壓機(jī)，2備4用。單臺(tái)設(shè)備氣量40m3/min(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))等級(jí)的空壓機(jī)，2備2用，共需10臺(tái)空壓機(jī)以及7臺(tái)凈化裝置并且需要占用2個(gè)空壓機(jī)站房。集中式配置方式才采用單臺(tái)設(shè)備氣量4m3/min(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))等級(jí)的螺桿式空壓機(jī)6臺(tái)以及6臺(tái)凈化裝置，只需要一個(gè)空壓機(jī)站房。

由表5可看出采用集中式配置方式相較于分散配置方式有明顯優(yōu)勢(shì)，不但可減少一次性投資及后續(xù)維修費(fèi)用，還將年耗電量減少12%左右。所以從經(jīng)濟(jì)性、可靠性來(lái)講集中式配置方式都具有很大的優(yōu)先選擇性。

表5 全廠常規(guī)分散配置方案與集中配置方案經(jīng)濟(jì)比較

2.1.7 余熱回收利用

空壓機(jī)輸入功率的85%會(huì)以熱能形式耗散，實(shí)踐證明，除去輻射到環(huán)境中的熱量和壓縮空氣自身熱量，其余94%的熱量均可以通過(guò)一些措施及設(shè)備加以利用，具體熱量占比如表6所示[35]。

表6 空壓機(jī)運(yùn)行熱量占比

一般可直接將空壓機(jī)的冷卻熱風(fēng)通過(guò)管路引入生產(chǎn)車間供冬季采暖、特殊工藝加熱或者通過(guò)對(duì)冷卻系統(tǒng)改造，增加換熱器將高溫潤(rùn)滑油的熱量置換出來(lái)加熱生活用水。圖5[36]即為一種典型的空壓機(jī)余熱回收機(jī)組示意圖。

比如《沙漠中的綠洲》，介紹阿聯(lián)酋人民買來(lái)泥土、淡水、樹木，挖去鹽堿土，埋上水管，填入泥土，這一過(guò)程循序而往，不能調(diào)換。《金蟬脫殼》一課寫蟬尾脫殼過(guò)程的幾句話，是按照事情先后順序?qū)懙?，如果改變了就?huì)讓讀者混亂。上課時(shí)老師不必多講解，只需請(qǐng)學(xué)生試著把這些句子變換順序，學(xué)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)句與句之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。然后請(qǐng)學(xué)生用“先…接著…然后…”這樣的句式寫話。通過(guò)這樣的語(yǔ)序調(diào)換，學(xué)生明白了一個(gè)句群中句與句之間應(yīng)該有內(nèi)在的邏輯順序。這就為他們寫出通順的話奠定了基礎(chǔ)。

圖5 空壓機(jī)余熱回收示意圖

余熱回收技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于不消耗其他能源的前提下，提高了機(jī)組的能源利用率，減少了系統(tǒng)的熱耗，整體來(lái)講是一種綠色環(huán)保的節(jié)能手段。寧建軍[37]在對(duì)空壓機(jī)實(shí)施余熱回收改造后，熱回收效率達(dá)到90%以上，產(chǎn)氣量提高了8%—10%。王近鄰[38]在循環(huán)冷卻水管上增設(shè)了一路高溫水源熱泵，將冷卻水的低品位熱能得以利用，擴(kuò)大了余熱回收的范圍。此外，還可運(yùn)用冷卻水驅(qū)動(dòng)溴化鋰吸收式制冷機(jī)組進(jìn)行制冷，將低品位熱能得以利用，產(chǎn)生的冷媒水可為生產(chǎn)車間提供冷源[39]。

2.2 末端用氣環(huán)節(jié)

壓縮空氣生產(chǎn)出來(lái)后經(jīng)過(guò)管路運(yùn)輸最終被氣動(dòng)元件所利用，將壓縮空氣勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。氣缸是應(yīng)用廣泛的氣動(dòng)執(zhí)行元件，消耗了絕大多數(shù)的壓縮空氣。所以氣缸的合理選配與優(yōu)化是很重要的節(jié)能方法。一般氣缸的公稱直徑按照公比1:1.25的等比級(jí)數(shù)分檔，若將氣缸直徑提升一個(gè)檔次，耗氣量增大56%，所以選用合理的氣缸直徑是必要的。孫建輝[40]等人利用數(shù)值模擬方法得到一種無(wú)摩擦氣缸活塞流體模型從而解決現(xiàn)有的氣缸—活塞結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。王文深[41]設(shè)計(jì)了一種雙級(jí)節(jié)能氣缸，相較傳統(tǒng)氣缸減少了空行程，提高了壓縮空氣利用率。

2.3 管道供氣環(huán)節(jié)

2.3.1 管道漏點(diǎn)檢測(cè)與優(yōu)化

空氣壓縮系統(tǒng)是一個(gè)持續(xù)運(yùn)行的整體，氣動(dòng)部件及管路各個(gè)接頭處在長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)性能下降及漏氣等問(wèn)題，工廠現(xiàn)有系統(tǒng)中的泄漏量一般為10%~30%，以0.5MPa壓力下直徑為1mm的泄露孔為例計(jì)算，一年泄漏量為7500m3，按照壓縮空氣單價(jià)0.3元/m3來(lái)計(jì)算，損失費(fèi)用為2200元/a[42-43]?，F(xiàn)有對(duì)管路漏點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)的方法主要有基于硬件的檢測(cè)方法、生物學(xué)方法和基于軟件的檢測(cè)方法，如圖6[44]所示。

圖6 管道泄漏檢測(cè)方法

不同的檢測(cè)方法有不同的性能，具體方法應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，現(xiàn)將這些方法的對(duì)比列于表7[44]。

此外單位能耗取決于壓力水平，工廠內(nèi)部由于一次性投資的節(jié)省等原因?qū)е驴諝夤苈纷呦虻牟缓侠硪约斑^(guò)多的管路連接處的直角彎頭，造成壓力損失過(guò)大，所以空壓站必須提供更高的氣體壓力以維持末端所需壓力水平，若采用高效的輻射狀、多點(diǎn)環(huán)狀輸送形式并且合理優(yōu)化直角彎頭，可以顯著降低能源損耗[45]。

表7 管道泄漏檢測(cè)方法對(duì)比

在有些領(lǐng)域，工廠內(nèi)空氣壓縮系統(tǒng)的不同使用環(huán)節(jié)中，所需工作壓力不盡相同，為了保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，供氣壓力必須維持在系統(tǒng)所需的最高壓力，導(dǎo)致耗氣量增加，隨之功耗加大。針對(duì)這種問(wèn)題，目前已有2種解決方法：1）分壓供氣，即根據(jù)不同需求將空壓機(jī)組分為不同組別，每一組提供相應(yīng)的空氣壓力[46]，如對(duì)氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)提供高壓氣體，對(duì)氣動(dòng)控制系統(tǒng)提供低壓氣體。2）局部增壓技術(shù)，克服了系統(tǒng)因局部需要高壓力而必須提高整體壓力水平的缺點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

壓縮空氣作為工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的清潔動(dòng)力源，同時(shí)作為企業(yè)的能耗大戶，其從生產(chǎn)、輸送到應(yīng)用三大環(huán)節(jié)的節(jié)能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前我國(guó)大部分工廠企業(yè)普遍存在空氣壓縮系統(tǒng)效率低下，能源浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題，而且相關(guān)節(jié)能意識(shí)與經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用年年增高。

對(duì)空氣壓縮系統(tǒng)進(jìn)行深度節(jié)能改造是需要各個(gè)環(huán)節(jié)相配合的復(fù)雜工作，在傳統(tǒng)的節(jié)能措施的基礎(chǔ)上輔以新型的變頻技術(shù)、空壓站智能監(jiān)控系統(tǒng)及余熱回收技術(shù)等會(huì)從整體上更大程度地降低系統(tǒng)能耗。這樣的方法雖會(huì)增加一次性投入，但對(duì)應(yīng)的是改造過(guò)后持續(xù)的能耗降低，優(yōu)化了用氣參數(shù)并保證了企業(yè)的用氣質(zhì)量。本文介紹了空氣壓縮系統(tǒng)普遍存在的問(wèn)題和相應(yīng)的解決方案，對(duì)企業(yè)的技術(shù)改造與節(jié)能優(yōu)化具有推廣作用。

[1] 白學(xué)利，安惠勇，李利波．空氣壓縮機(jī)能耗檢測(cè)與分析[J]．華電技術(shù)，2012，34(4)：70-72，85．

[2] 蔡茂林．壓縮空氣系統(tǒng)的能耗現(xiàn)狀及節(jié)能潛力[J]．中國(guó)設(shè)備工程，2009(7)：42-44．

[3] Mckane A．Improving energy efficiency of compressed air system based on system audit[R]．The fifth global motor system energy efficiency forum，2008．

[4] Mark A．Koski CEM and CDSM and CVA．Compressed air energy audit “The real story”[J]．Energy Engineering，2002，99(3)：59-70．

[5] Dalgleish A Z，Grobler L J．Energy management opportunities on a compressed air system in a packaging facility[J]．Energy Engineering，2006，103(4)：42-52．

[6] Cai M，Kawashima K，Kagawa T．Power assessment of flowing compressed air[J]．Journal of Fluids Engineering，2006，128(2)：402-405．

[7] 張謙，趙遠(yuǎn)揚(yáng)，王樂(lè)，等．壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的研究進(jìn)展[J]．流體機(jī)械，2016，44(3)：38-40，17．

[8] 秦宏波，胡壽根．工業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化潛力研究[J]．流體機(jī)械，2010，38(2)：49-52．

[9] 唐任遠(yuǎn)，安忠良，赫榮富．高效永磁電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．電氣技術(shù)，2008(9)：1-6．

[10] 杜輝，施飛航，譚曉東，等．永磁同步電機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與效益分析[J]．節(jié)能，2015，34(12)：66-69．

[11] An Z，Chen L，Tang R．Study on premium-efficiency NdFeB PM synchronous motor[C]//International Conference on Electrical Machines and Systems，IEEE，2003(1)：49-51．

[12] 王亞兵．稀土永磁電機(jī)與異步電機(jī)節(jié)能效果對(duì)比[J]．電機(jī)技術(shù)，2014，5：52-53．

[13] 張緩緩，鮑洋洋，劉玉勇，等．吸氣溫度對(duì)噴油螺桿空壓機(jī)能效檢測(cè)的影響研究[J]．通用機(jī)械，2016(5)：76-78．

[14] 秦莉，顏蘇芊，劉寧，等．吸氣參數(shù)對(duì)無(wú)油螺桿空壓機(jī)運(yùn)行能耗的影響[J]．棉紡織技術(shù)，2015，43(11)：38-42．

[15] 魏新利，湯本凱．降低壓縮機(jī)吸氣溫度對(duì)排氣量和功耗的影響分析[J]．化肥工業(yè)，2012，39(3)：29-32．

[16] 趙榮義，范存養(yǎng)，薛殿華，等．空氣調(diào)節(jié)[M]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社．

[17] 高振良．空氣壓縮機(jī)站房的節(jié)能[J]．節(jié)能技術(shù)，1998(5)：46．

[18] 孫立新，姚晨晨，馬志鴻．南屯電廠壓縮空氣系統(tǒng)改造方案探索[J]．現(xiàn)代制造，2011(18)：87-87．

[19] 王志云．離心式和無(wú)油螺桿式空壓機(jī)的性能比較[J]．壓縮機(jī)技術(shù)，2010(2)：17-20．

[20] 孫曉明，彭恒，林子良．動(dòng)力用空氣壓縮機(jī)能源效率探討[J]．流體機(jī)械，2013(11)：48-51．

[21] 楊清強(qiáng)．螺桿空壓機(jī)兩級(jí)壓縮節(jié)能技術(shù)分析[J]．深冷技術(shù)，2009(5)：14-16．

[22] 茍新超．空氣壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)研究與應(yīng)用[J]．節(jié)能，2015(10)：65-69．

[23] 李國(guó)慶．壓縮空氣站房的空壓機(jī)設(shè)備合理選型[J]．科技資訊，2007(21)：50-50．

[24] 閆光啟，楊勇偉，王立，等．空壓機(jī)變頻改造節(jié)能效果分析[J]．水泥技術(shù)，2013(1)：96-98．

[25] 李強(qiáng)．螺桿式空壓機(jī)變頻控制與余熱回收改造[J]．現(xiàn)代礦業(yè)，2016(1)：216-217．

[26] 許祥．空壓機(jī)變頻節(jié)電技術(shù)與實(shí)際效果測(cè)試分析[J]．寧波節(jié)能，2013(6)：40-42．

[27] 梁艷娟．空壓機(jī)變頻改造節(jié)能技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]．制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33(13)：153-156．

[28] 陳鵬高，高寶華，任廷榮．空壓機(jī)的節(jié)能改造[J]．壓縮機(jī)技術(shù)，2013(4)：99-104．

[29] 董士剛，郭森河．漳山電廠空壓機(jī)變頻改造[J]．能源與節(jié)能，2013(12)：173-174．

[30] 趙巖．壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)的研究[J]．科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016(36)：126-126．

[31] Kameya H，Yamasaki M，Ajima T，et al．Coupled system simulator for air screw compressors and their drive systems[J]．ARCHIVE Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part E Journal of Process Mechanical Engineering

[32] 陳建華，蔡云澤，張衛(wèi)東．空壓機(jī)群控壓力智能切換控制及應(yīng)用[C]//中國(guó)計(jì)量協(xié)會(huì)冶金分會(huì)2016年會(huì)論文集，2016．

[33] 張業(yè)明，蔡茂林．面向壓縮機(jī)群控制的新型節(jié)能智能控制器的研究[J]．液壓氣動(dòng)與密封，2008，28(5)：14-18．

[34] 譚振云．火力發(fā)電廠壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化及比較[J]．廣西電力，2009，32(5)：100-103．

[35] 孫鐵源，蔡茂林．壓縮空氣系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)狀與節(jié)能改造[J]．機(jī)床與液壓，2010，38(13)：108-110．

[36] 范亞偉，章杰．空壓機(jī)余熱利用綜述[J]．能源與節(jié)能，2014(4)：3-4．

[37] 寧建軍．空壓機(jī)余熱回收系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)改造[J]．江蘇船舶，2015，32(5)：25-27．

[38] 王近鄰．空壓站余熱回收系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)[J]．中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013(10)：126-128．

[39] 程艷．有油螺桿空壓機(jī)余熱回收的換熱器選型及應(yīng)用技術(shù)的研究[D]．西安工程大學(xué)，2016．

[40] 孫建輝，倪旭光，袁巧玲，等．基于Fluent的無(wú)摩擦氣缸活塞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)仿真[J]．機(jī)電工程，2013，30(8)：933-936．

[41] 王文深．一種雙級(jí)節(jié)能氣缸[J]．液壓與氣動(dòng)，2009(11)：21-22．

[42] 李軍，王祖溫，包鋼．氣動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能研究簡(jiǎn)介[J]．機(jī)床與液壓，2001(5)：7-8．

[43] Saidur R，Rahim N A，Hasanuzzaman M．A review on compressed-air energy use and energy savings[J]．Renewable & Sustainable Energy Reviews，2010，14(4)：1135-1153．

[44] Zhang J．Designing a cost-effective and reliable pipeline leak-detection system[J]．Pipes & Pipelines International，1997，42(1)：20-26．

[45] 譚健，劉龍飛．壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)能改進(jìn)[J]．設(shè)備管理與維修，2001(7)：36．

[46] 石巖，蔡茂林．氣動(dòng)系統(tǒng)分壓供氣與局部增壓技術(shù)[C]//“科德杯”全國(guó)染整節(jié)能減排新技術(shù)研討會(huì)．2011：57-59．

(責(zé)任編輯 車德競(jìng))

Deep Energy Saving Technology in Air Compression System

LIU Ye1, WEI Gaosheng1, YOU Wenjiang2, DU Xiaoze1

(1. Key Laboratory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment of Ministry of Education (North China Electric Power University), Changping District, Beijing 102206, China; 2. Beijing Chidian Automation Technology Co., LTD, Fangshan District, Beijing 102488, China)

Compressed air system is one of the most important systems in traditional industries. As a main energy consumer, it has important practical significance to save energy from three major links of production, transportation and application. This paper analyzed the main energy consumption of compressed air from production and transportation to the utilization, and a series of improvement measures on energy saving were put forward and analyzed based on the actual working process of compressed air system. The analysis shows that the deep energy conservation transformation is a complex work which needs to be matched with each link, the energy consumption will be greatly reduced when traditional energy saving measures assisted by new frequency conversion technology, air compressor station intelligent monitoring system and heat recovery technology. This paper can provide reference for energy saving reconstruction of air compressor system in factories and enterprises.

compressed air; energy consumption; energy-saving and cost-reducing

2017-12-15。

劉燁(1993)，男，碩士研究生，主要從事火電機(jī)組節(jié)能方面的研究工作，13167578122@163.com；魏高升(1975)，男，博士，教授，主要從事火電機(jī)組節(jié)能，熱物性測(cè)試技術(shù)，太陽(yáng)能熱發(fā)電等領(lǐng)域的研究工作，gaoshengw @126.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金(51376060)。

Project Supported by National Natural Science Foudationof China (51376060).

10.12096/j.2096-4528.pgt.2018.012