柳振宇 劉玉敏

摘 要：文章對空壓機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)以及節(jié)能優(yōu)化改進(jìn)措施進(jìn)行了闡述，著重介紹了集中控制技術(shù)中變頻調(diào)速及余熱回收技術(shù)的節(jié)能優(yōu)化，并結(jié)合實(shí)際案例對空壓機(jī)節(jié)能改造及節(jié)能效果進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī)；集中控制；節(jié)能；變頻調(diào)速；余熱回收

1 概述

在社會生產(chǎn)領(lǐng)域中，壓縮空氣是一種清潔、環(huán)保、方便的能源，是目前應(yīng)用最廣泛的第四大能源，主要為氣動元件、氣動閥門等用氣設(shè)備提供氣源?？諝鈮嚎s系統(tǒng)是一種運(yùn)行成本遠(yuǎn)高于購置成本的生產(chǎn)設(shè)備，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)空壓機(jī)的電能消耗成本通常超過總運(yùn)行成本的75%。隨著全球能源危機(jī)的不斷突顯，在空壓機(jī)的使用中能耗問題已經(jīng)引起各國的高度重視。因此，如何有效降低空壓機(jī)的能耗是整個系統(tǒng)的節(jié)能關(guān)鍵所在。

2 空壓機(jī)運(yùn)行的能耗特點(diǎn)

2.1 空載運(yùn)行耗能大

一般情況下空壓機(jī)的選型是按最大負(fù)荷量來選型，實(shí)際運(yùn)行中是設(shè)定壓力控制的上下限。在生產(chǎn)過程中，壓縮機(jī)的工作是間歇性的進(jìn)行加載和卸載，在空載狀態(tài)下，空壓機(jī)的進(jìn)氣閥關(guān)閉，停止輸送壓縮空氣，此時壓縮機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，壓縮機(jī)仍然要消耗約30%的功率，這部分的能源就白白的浪費(fèi)了。

2.2 頻繁加卸載對電網(wǎng)沖擊大

在工礦企業(yè)中，空壓機(jī)使用的功率往往都較大，其頻繁的啟動會造成電流對電網(wǎng)的沖擊較大，導(dǎo)致電網(wǎng)的不穩(wěn)定和其他生產(chǎn)設(shè)備的安全，進(jìn)而影響產(chǎn)品的質(zhì)量；同時，也容易造成空壓機(jī)本身的機(jī)械磨損加大，縮短設(shè)備的使用壽命。

2.3 冷卻系統(tǒng)對空壓機(jī)的影響

空壓機(jī)的冷卻系統(tǒng)的作用是提高空壓機(jī)的運(yùn)行效率、降低功耗。實(shí)際運(yùn)行中的空壓機(jī)排氣溫度每降低10℃，壓縮機(jī)的功率損耗會下降3%左右。因此，經(jīng)常做好空壓機(jī)的冷卻系統(tǒng)的檢查維護(hù)可以減少油耗及系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

2.4 供氣壓力大小的影響

在實(shí)際應(yīng)用中，供氣壓力每增加0.1bar時，相對應(yīng)的功耗會增加0.3%～0.5%，定期對設(shè)備的油分離器、精密過濾器、干燥機(jī)的清洗和更換能有效地減少壓縮空氣傳輸過程中氣源壓力的下降。供氣傳輸過程中科學(xué)合理地配置管網(wǎng)管徑大小、增加供氣管路的氣密性都是有效降低供氣管網(wǎng)壓力下降的有效方法。

3 空氣壓縮系統(tǒng)的節(jié)能降耗途徑

3.1 集中控制技術(shù)

目前，很多生產(chǎn)企業(yè)使用壓縮空氣主要還是采用分散的控制方式，在應(yīng)用中無法對每個用氣環(huán)節(jié)的用氣量多少、氣壓大小、排氣溫度高低等數(shù)據(jù)進(jìn)行一個集中的監(jiān)控。實(shí)際操作中控制精度低、管理不便，無法實(shí)時的根據(jù)用氣量做到精確調(diào)節(jié)供氣出口壓力；在管網(wǎng)壓力要求較低的時候，空壓機(jī)效能不能得到很好的利用。

集中控制系統(tǒng)主要包含多臺空壓機(jī)的集中控制和進(jìn)氣方式的集中控制，空壓機(jī)的集中控制是通過單點(diǎn)的壓力控制代替多臺空壓機(jī)的壓力控制，從而減少系統(tǒng)的壓力帶寬。這樣可以讓系統(tǒng)中的某一臺空壓機(jī)運(yùn)行在加卸載或變頻狀態(tài)，其它的空壓機(jī)滿載運(yùn)行，避免多臺空壓機(jī)持續(xù)的加卸載產(chǎn)生的電流沖擊和能量的浪費(fèi)，使整個系統(tǒng)的供氣壓力更為穩(wěn)定。集中控制系統(tǒng)聯(lián)機(jī)自動控制保護(hù)可以避免空壓機(jī)的同時啟動、停止、加載、卸載，有效地防止了大功率設(shè)備同時啟動對電網(wǎng)的大電流沖擊。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在實(shí)際應(yīng)用中系統(tǒng)的壓力每下降1bar時，能耗會減少7%-15%。

采用進(jìn)氣方式的集中預(yù)過濾處理也能有效地延長濾芯的使用壽命及設(shè)備的重復(fù)投入，降低功耗、節(jié)省開支。

3.2 余熱回收技術(shù)

空壓機(jī)在長期、連續(xù)的運(yùn)行過程中，空氣被劇烈壓縮，產(chǎn)生大量的熱能，同時空壓機(jī)的機(jī)械部件的高速運(yùn)轉(zhuǎn)也會產(chǎn)生大量的熱能，這部分的溫度可達(dá)90℃左右。節(jié)能改造后，通過采用水冷卻余熱系統(tǒng)的回收技術(shù)，壓縮空氣經(jīng)冷卻器冷卻后，最后送入使用系統(tǒng)；而高溫高壓的潤滑油經(jīng)冷卻器冷卻后，返回油路進(jìn)入下一輪循環(huán)。對于采用空氣冷卻系統(tǒng)的設(shè)備，余熱回收后的熱氣流通過溫控系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)可作為員工生活用水、辦公采暖或熱交換器的預(yù)熱。熱量被回收后，實(shí)現(xiàn)能源的二次利用，做到了資源的節(jié)約。

4 集中控制系統(tǒng)應(yīng)用案例

4.1 系統(tǒng)的建立

本系統(tǒng)采用ABB的PLC編程軟件、SIEMENS WINCC組態(tài)軟件及ABB的變頻器設(shè)計(jì)為多臺空壓機(jī)的連鎖控制。同時通過現(xiàn)場PLC與空氣壓縮機(jī)的電腦控制面板進(jìn)行485通訊，讀取空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，并通過以太網(wǎng)上傳至上位機(jī)電腦，方便數(shù)據(jù)查詢以及故障回查，使操作人員能隨時掌握設(shè)備的運(yùn)行情況。根據(jù)實(shí)際情況建立三個空壓站，系統(tǒng)框圖如下。

圖1 空壓站系統(tǒng)框圖 圖2 空壓機(jī)集中控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

集中控制系統(tǒng)的包含3個空壓站的控制，每個空壓站中都配有三臺螺桿式空氣壓縮機(jī)及干燥機(jī)、水泵和水塔，每個站中根據(jù)不同情況都增加不同負(fù)載的變頻控制，該變頻設(shè)備可進(jìn)行變頻或工頻兩種模式切換。3個空壓站系統(tǒng)公用一個上位機(jī)系統(tǒng)，每個空壓站內(nèi)包含一個PLC集中控制柜和一個變頻柜。當(dāng)空壓機(jī)選擇變頻工作時，不論是遠(yuǎn)程還是本地操作，只要設(shè)備變頻工作，PLC系統(tǒng)就會根據(jù)壓力傳感器反饋的壓力值對變頻器進(jìn)行PID調(diào)節(jié)控制。

4.2 變頻控制技術(shù)

在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，負(fù)載的大小是動態(tài)變化過程，故空壓機(jī)的供氣量的大小也要跟著用氣端用氣量的變化而改變，這樣會導(dǎo)致供氣的壓力產(chǎn)生波動，用氣的精度達(dá)不到生產(chǎn)工藝的要求影響產(chǎn)品的品質(zhì)。根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比的關(guān)系，采用變頻控制技術(shù)，可以通過改變電源的頻率大小而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)控空壓機(jī)的產(chǎn)氣量大小。整個變頻控制系統(tǒng)主要由變頻器、壓力變送器、PLC、空壓機(jī)等器件組成。通過壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，使管網(wǎng)的反饋壓力與所設(shè)置的壓力進(jìn)行比較，得到偏差值，經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計(jì)算后通過PLC實(shí)時的控制變頻器作用于電動機(jī)的運(yùn)行頻率，再由變頻器輸出相應(yīng)的頻率和幅值的交流電，在電動機(jī)上得到對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到動態(tài)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，直到管網(wǎng)壓力與設(shè)定值相同，最終使系統(tǒng)達(dá)到恒壓控制狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化的效果。通過系統(tǒng)的余熱回收技術(shù)，解決了企業(yè)長期為員工生活熱水、生產(chǎn)加熱液體、空調(diào)系統(tǒng)恒溫加熱等這些承受的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

5 結(jié)束語

在系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能改造后，通過系統(tǒng)運(yùn)行半年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：全廠月平均耗電29.34萬度，比改造前節(jié)電約5.4萬度，節(jié)能率約18.5%，按當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)0.7元計(jì)算，全年節(jié)約電費(fèi)可以達(dá)到45.4萬元左右。空壓站集中控制系統(tǒng)供氣節(jié)能優(yōu)化改造后，直接帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，車間的布局也起到了美化的效果，有效節(jié)約了設(shè)備的維修成本、人工管理費(fèi)用。極大地提高了全廠空氣壓縮系統(tǒng)安全性、可靠性。

參考文獻(xiàn)

[1]王廷才.變頻器原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009，7.

[2]石征錦.壓縮機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J].節(jié)能，2008（3）：33-34.

[3]陳詩一.節(jié)能減排與工業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)變的研究[M].北京大學(xué)出版社，2011.

作者簡介：柳振宇（1974-），男，福建福清人，漢，本科學(xué)歷，高級講師，現(xiàn)為天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事電氣自動化方面的研究。

劉玉敏（1965-），女，天津人，漢，本科學(xué)歷，副教授，主要從事電氣工程方面研究。