空壓機節(jié)能方案匯總
前 言
在各種工業(yè)企業(yè)中，壓縮空氣都屬于標(biāo)準(zhǔn)配置，由于其特性優(yōu)良，廣泛應(yīng)用于多種場合，成為繼燃料、電力之后的第三大能源。空壓機作為產(chǎn)生壓縮空氣的設(shè)備，廣泛應(yīng)用于化工、礦山、冶金、電力、紡織、造紙、塑膠、煙草、食品、制藥等各種行業(yè)。
用于產(chǎn)生壓縮空氣的空壓機是工業(yè)企業(yè)的重點耗能設(shè)備，具備節(jié)能潛力。在空壓機的使用成本中，設(shè)備購置成本僅占5%，維護成本占18%，電費占到了驚人的77%，實施空壓機節(jié)能將會顯著降低空壓機的使用成本。
空壓機耗電量占主要工業(yè)設(shè)備耗電量的15%，全國空壓機每年耗電量約為2500億千瓦時。按照全國空壓機平均節(jié)電15%，平均電價0.65元計算，每年將創(chuàng)造節(jié)能效益244億元，市場前景廣闊。
為了實現(xiàn)空壓機的節(jié)能，北京時代科儀新能源科技有限公司提出了空壓機綜合節(jié)能方案。作為國內(nèi)專業(yè)化ESCO（節(jié)能服務(wù)提供商），公司自成立以來，一直致力于為用戶提供全方位的節(jié)能解決方案，幫助用戶降低經(jīng)營成本、創(chuàng)造利潤。公司組建了一支集節(jié)能環(huán)保設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及服務(wù)為一體的專業(yè)化的團隊，并為清華大學(xué)、北京交通大學(xué)、北京信息科技大學(xué)、中科院工程熱物理研究所、中科院電工研究所等提供了設(shè)備或者具有合作關(guān)系。
根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗，本文從專業(yè)的角度，對各種可行的節(jié)能技術(shù)逐一進行列舉，并闡述空壓機節(jié)能的綜合方案，以便服務(wù)于廣大的生產(chǎn)企業(yè)，為大家提供參考。
一、空壓機的類型和節(jié)能的方向
空壓機是一種通過壓縮動作使得空氣的壓強增大，從而具備做功能力的機械。通常，具備較高實用價值的空壓機有活塞空壓機、螺桿空壓機、離心空壓機等，具備不同的運行方式，效率也有差別。
1.1 活塞空壓機
活塞空壓機是一種定容、往復(fù)式壓縮機，主要通過氣缸、活塞、閥門的運動配合，完成吸氣-封閉-壓縮-排氣周期。其優(yōu)點是壓力范圍大、穩(wěn)定性好、排氣壓力穩(wěn)定，其缺點是體積大而笨重、運行維護費用相對較高。活塞空壓機目前主要應(yīng)用在高壓力壓縮等特殊領(lǐng)域。
1.2 螺桿空壓機
螺桿空壓機是一種定容、回轉(zhuǎn)式壓縮機，主要通過螺桿的嚙合和回轉(zhuǎn)運動，完成吸氣-封閉-壓縮-排氣周期。其優(yōu)點是堅固耐用、維護方便，其缺點是輸出壓力不甚穩(wěn)定，同等條件下的能源效率不及活塞空壓機。螺桿空壓機又分為雙螺桿空壓機和單螺桿空壓機，目前市場占有率較大的是雙螺桿空壓機，具有絕大多數(shù)，但某些廠家的優(yōu)質(zhì)單螺桿空壓機也不可小覷。
1.3 離心空壓機
離心空壓機是一種變?nèi)荨⑷~輪式壓縮機，主要通過葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，形成離心力，促使空氣高速流動，并藉由增壓器的轉(zhuǎn)換作用，產(chǎn)生一定壓力和流量的壓縮空氣，工作流程為吸氣-增速-擴壓-排出。其優(yōu)點是流量大、無油，其缺點是容量調(diào)節(jié)困難、容易誘發(fā)喘振等。
1.4 其它類型空壓機
其它具備實用價值的空壓機有渦旋式、滑片式、軸流式空壓機等，都可歸結(jié)到定容、變?nèi)莸葔嚎s方式，與前述空壓機的分析過程較為近似，考慮到它們的臺數(shù)較少，在此不單獨論述，本文的分析過程也適合這些空壓機。
1.5 空壓機節(jié)能方案可行的方向
為了實現(xiàn)空壓機節(jié)能，我們可以從系統(tǒng)整體監(jiān)控、空壓機群控優(yōu)化、空壓機單體控制、氣源優(yōu)化、輸送管道優(yōu)化、末端用氣優(yōu)化、余熱利用、附屬干燥機優(yōu)化、整體綜合方案等角度和方向進行研究，確定可行的技術(shù)方案。北京時代科儀在這些領(lǐng)域都有較大規(guī)模的應(yīng)用，并取得相應(yīng)的效果。
二、空壓機系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)能方案
北京時代科儀新能源科技有限公司通過多年的實踐，對大多數(shù)空壓機節(jié)能方案都做出了較好的案例，在此逐一列舉空壓機系統(tǒng)的各種節(jié)能方案，并形成綜合節(jié)能優(yōu)勢，希望能夠?qū)Υ蠹移鸬絽⒖甲饔谩Ｔ谶^去的幾年中，我們對空壓機的各種節(jié)能方案進行了統(tǒng)一的研究，在此對有效的節(jié)能方案進行分門別類的敘述，本章主要介紹空壓機系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)能方案。
2.1 空壓機系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)能的設(shè)計思路
企業(yè)中的空壓機系統(tǒng)通常采用群組方式工作，每一套空壓機系統(tǒng)含有多臺空壓機，其運行狀態(tài)各異，空壓機系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)為氣電比，而在通常的粗放運行方式下，系統(tǒng)的氣電比得不到保證，整體運行性能存在波動。通過對空壓機系統(tǒng)實施監(jiān)控，能夠?qū)Ω髋_空壓機的運行情況和系統(tǒng)的整體性能進行管理，實現(xiàn)最大效能。
1、構(gòu)建一個全面的信息系統(tǒng)，對于供應(yīng)狀況、設(shè)備狀況、能耗狀況、能源效率、維保狀況等都進行全面的監(jiān)控，監(jiān)控手段先進，并能提出節(jié)能建議、維保定時提醒，屬于專利技術(shù)。本方案僅監(jiān)控管理系統(tǒng)的功能就已經(jīng)大大超出目前市面上空壓機聯(lián)控系統(tǒng)的范疇。
2、監(jiān)控終端功能強大，每臺空壓機具有256路數(shù)據(jù)存儲，可以全方位監(jiān)控空壓機的運行狀況，實時核算制氣效率、氣電比，并具有小時、天、月、單班能效記錄，尖、峰、平、谷能效分析等功能，屬于專利技術(shù)。
3、配合空壓機節(jié)電王，提供單組空壓機的核心節(jié)能功能，在合適的條件下能大幅降低空壓機的實際能耗，起到節(jié)能的作用，也是專利技術(shù)。
2.2 空壓機系統(tǒng)監(jiān)控的硬件基礎(chǔ)
北京時代科儀的核心監(jiān)控設(shè)備是監(jiān)控云終端，能夠兼容各種品牌、不同系列、年份的空壓機，完全自主研發(fā)，具有非常完善的專利保護：發(fā)明專利兩項，實用新型專利三項。
201210068789.5 一種能源監(jiān)控系統(tǒng) 發(fā)明專利
201220098179.5 一種能源監(jiān)控系統(tǒng) 實用新型專利
201220098189.9 一種用于能源監(jiān)控的終端 實用新型專利
時代科儀空壓機能源監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的主要硬件手段----能源監(jiān)控云終端
2.3 空壓機系統(tǒng)監(jiān)控的實施
空壓機監(jiān)控系統(tǒng)是一個完整的硬件、軟件復(fù)合系統(tǒng)，用于企業(yè)對空壓機的全面科學(xué)管理。是集空壓機數(shù)據(jù)監(jiān)控、群組管理、健康管理、能源管理、節(jié)能管理為一體的綜合性信息化解決方案。
監(jiān)控管理軟件界面部分示例圖
空壓機能源監(jiān)控系統(tǒng)針對企業(yè)空壓機的管理問題：當(dāng)前，空壓機車間的運行由動力部門管理，絕大多數(shù)僅以保證生產(chǎn)供氣壓力為運行目標(biāo)，其運行能耗作為輔助監(jiān)測對象，缺乏自動的控制管理手段。企業(yè)空壓機普遍存在的問題：供氣壓力設(shè)置過高、壓力波動范圍大、加卸載頻繁、保養(yǎng)費用高、數(shù)據(jù)記錄困難、故障處理不及時等等。通過監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)：
※ 全面、安全、可靠的日常管理
※ 直觀、穩(wěn)定、自動的群組管理
※ 詳盡、節(jié)能、有效的能源管理
※ 個性、快速、輕松的健康管理
※ 權(quán)威、靈活、簡單的節(jié)能管理
時代科儀空壓機能源監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是：
1、空壓機檔案管理的問題
空壓機及配套系統(tǒng)的額定參數(shù)報表：品牌、廠家、額定產(chǎn)氣量、額定壓力、額定功率、額定電流、額定電壓；
空壓機的運行數(shù)據(jù)的報表：年報表、月報表、日報表及任意一時間段的數(shù)據(jù)報表，數(shù)據(jù)包含壓力、流量、溫度、電壓、電流、功率、制氣效率等200多個運行數(shù)據(jù)；
空壓機的維保狀況報表：如：何時換的油、何時換的濾芯、何時對空壓機進行了什么維護等等；
空壓機異常狀況處理報表：何時數(shù)據(jù)異常，何人采取了何種手段解決等；
空壓機能效分析及節(jié)能策略建議、維保提醒日志、人員的隨即評論及操作日志等報表。
2、空壓機健康管理問題
數(shù)據(jù)異常或故障報警：當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)任何異常時，及時報警、以短信的方式反饋到相關(guān)負(fù)責(zé)人，避免對企業(yè)造成大的損失；
維保提醒：需要進行維保前，自動發(fā)短信提醒，并自動記錄在系統(tǒng)檔案中。
3、空壓機運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)測的問題
實時監(jiān)測空壓機群組（或單臺）運行時的壓力、流量、功耗曲線；流量、溫度、電壓、電流、功率、制氣效率等200多個運行數(shù)據(jù)。
4、空壓機的能效分析（獨創(chuàng)性）
分析系統(tǒng)和單臺設(shè)備的能源消耗規(guī)律、時段分析、成分分析等，對比分析各臺設(shè)備的能源效率。
5、節(jié)能策略建議（獨創(chuàng)性）
內(nèi)置空壓機節(jié)能專家知識庫，自動根據(jù)當(dāng)前及前一段時間的運行狀況給出節(jié)能的建議，企業(yè)操作人員根據(jù)提供的節(jié)能策略來操作，有節(jié)能的效果。
三、空壓機群控節(jié)能方案
在對空壓機群體搭建了監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，就能夠?qū)Ω髋_空壓機進行人性化的管理，通過實時的評估、統(tǒng)籌運行，發(fā)揮最大效能。以下介紹時代科儀空壓機群控系統(tǒng)：
3.1 時代科儀空壓機群控系統(tǒng)的整體架構(gòu)
系統(tǒng)架構(gòu)圖(含核心節(jié)能設(shè)備空壓機節(jié)電王)
3.2 時代科儀空壓機群控系統(tǒng)的實施步驟
1、安裝監(jiān)控云終端，實時監(jiān)控工作狀態(tài)、能效狀態(tài)等參數(shù)，實現(xiàn)智能管理的基礎(chǔ)；該項工作也為節(jié)電量和節(jié)電率的預(yù)估提供前期數(shù)據(jù)。
2、在此基礎(chǔ)上建立空壓機管理計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對壓縮氣體供應(yīng)狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、能耗狀況、維保計劃等進行全方位管理。
3、運行過程中，進行自動決策，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的經(jīng)濟運行，并且建立一個詳細(xì)的日志系統(tǒng)降低設(shè)備運行的故障率，同時具有一個詳細(xì)的維保計劃能夠定時提醒維保動作，對于壓縮空氣的供應(yīng)具有更好的保障。
4、本監(jiān)控系統(tǒng)既可與企業(yè)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)相連接，又可以作為企業(yè)綜合監(jiān)控系統(tǒng)（或能源監(jiān)控系統(tǒng)）的前期工程，企業(yè)可以在此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進一步搭建企業(yè)的綜合監(jiān)控系統(tǒng)（或能源監(jiān)控系統(tǒng)）。
四、空壓機本體節(jié)能利器—空壓機節(jié)電王
前述監(jiān)控和管理系統(tǒng)主要針對空壓機群組，對整體進行合理的管理，實現(xiàn)管理節(jié)能。而對于群組里面的各臺空壓機本體，采用國家創(chuàng)新基金研究課題：空壓機節(jié)電王，對空壓機本體進行節(jié)能。
五、大型離心空壓機節(jié)電王—實現(xiàn)極大的經(jīng)濟效益
離心空壓機是大、中型企業(yè)的主要動力設(shè)備之一，用途較為廣泛，同時也是耗電大戶，其運轉(zhuǎn)成本占企業(yè)電力成本的30%以上，在有些企業(yè)甚至達到60%左右。時代科儀經(jīng)過數(shù)年的潛心研究和實踐，結(jié)合航空、航天技術(shù)，推出了離心空壓機節(jié)電王。該產(chǎn)品的推出改善了能耗高的問題，能夠顯著降低運行成本，同時還具有提高離心空壓機產(chǎn)能、減少配電需求的作用。
六、空壓機的氣源更換節(jié)能---節(jié)能型螺桿空壓機
在當(dāng)今的工業(yè)領(lǐng)域，螺桿空壓機由于堅固耐用、便于維護的特性，成為保有量最大的空壓機類型，用途非常廣泛。然而，螺桿空壓機的能源利用率仍然在低位徘徊，輸入給螺桿空壓機的電力只有大約20%轉(zhuǎn)化為有效的壓縮空氣動力，其余全部轉(zhuǎn)化為熱。如果將螺桿空壓機自身的效率提高，實現(xiàn)節(jié)能型螺桿空壓機，那么將獲得巨大的效益。
七、氣體傳輸管路和末梢優(yōu)化節(jié)能
壓縮空氣一經(jīng)產(chǎn)生，需要經(jīng)過儲氣罐和管路輸送到使用場合，而在輸送過程中，管路常常存在問題，這些問題增大了能源消耗，造成了無謂的浪費。通過管路和末梢用氣環(huán)節(jié)優(yōu)化的節(jié)能手段，能夠?qū)崿F(xiàn)空壓機系統(tǒng)的大幅節(jié)能。本章對常見的管路問題進行講解，并對解決方案進行簡單的介紹。
7.1 儲氣罐容量不足
在應(yīng)用現(xiàn)場中，常常發(fā)生的問題是儲氣罐容量不足，由于容量較小，儲能作用較差，氣壓波動大，造成空壓機反復(fù)加載和卸載，形成大量的能源浪費。
通過增大儲氣罐，單次卸載時間超過一定時長，那么空壓機的卸載功耗會下降，形成節(jié)能效果。
7.2 直角彎頭
管路駁接處的直角彎頭對能效具有很大的破壞作用，其原因：
1、直角彎頭形成氣體沖擊，局部壓力增大，造成空壓機持續(xù)運行于高氣壓狀態(tài)，且容易卸載。
2、直角彎頭造成流動阻力加大，形成附加的做功點。
對于空壓機輸出口的直角彎頭，嚴(yán)重時可空耗0.5bar的壓力，如現(xiàn)場采用6.5bar壓力系統(tǒng)，則直角彎頭的能量損失占到了7%以上，其危害程度可見一斑。
北京時代科儀采用航天技術(shù)、流體力學(xué)，對管路駁接點進行合理優(yōu)化，能夠顯著降低能源損耗，該部分損耗幾乎消除。
7.3 管路走向不良
壓縮空氣從統(tǒng)一的儲氣罐送出之后，經(jīng)過各條管路向用氣環(huán)節(jié)輸送，高效的輸送形式有單點菊花鏈狀、多點環(huán)狀。但是一般的用戶現(xiàn)場因為一次性投資的節(jié)省等原因，空氣管路的走向往往不合理，造成壓力損失過大，導(dǎo)致必須供應(yīng)更高的氣體壓力。例如，一般氣動現(xiàn)場末端氣壓只要大于4.5bar就可以穩(wěn)定工作，但是由于管路走向不佳，導(dǎo)致空壓機必須供應(yīng)6.5bar壓力，如果進行管路走向優(yōu)化，只需要供應(yīng)5.8bar壓力即可，節(jié)能率可以達到10%左右。
7.4 末梢儲能不足
在一條生產(chǎn)線中，有不同類型的用氣環(huán)節(jié)，例如：
1、持續(xù)用氣環(huán)節(jié)，例如氣動馬達（手持式磨削機）等，要求壓力持續(xù)可靠；
2、小規(guī)模脈沖式用氣環(huán)節(jié)，例如氣動螺絲刀、氣動活塞等，要求壓力持續(xù)可靠；
3、大規(guī)模脈沖式用氣環(huán)節(jié)，例如氣除灰、噴吹設(shè)備等，要求儲能量大；
4、敞口用氣環(huán)節(jié)，例如玻璃冷卻、吹掃環(huán)節(jié)等，要求流量大，對壓力無明確要求。
由于上述各種用氣環(huán)節(jié)常常共存于同一段管道上，脈沖用氣設(shè)備需要瞬時較大的氣體供應(yīng)，它們勢必拉低管路氣壓，導(dǎo)致持續(xù)用氣環(huán)節(jié)得不到充足的氣壓，這就要求供氣端供應(yīng)更大的氣壓，從而導(dǎo)致空壓機能耗大幅度增大。
北京時代科儀通過氣壓、氣流偵測，在準(zhǔn)確位置部署儲氣罐，增大局部儲能量，改善局部氣壓，使得整體供氣壓力下降，實現(xiàn)了較好的節(jié)能效果。
7.5 采取分壓供氣
在部分領(lǐng)域，廠內(nèi)壓縮空氣的供應(yīng)需求分為幾種，如前面章節(jié)所述。例如，儀表供氣末端需要4.5bar壓力，要求空壓機供應(yīng)6bar壓力，而吹掃和冷卻用氣只需要流量，對于壓力只要高于2bar就會很好，那么，如果全廠統(tǒng)一供應(yīng)6bar壓力，就會導(dǎo)致大量的浪費。北京時代科儀在這個領(lǐng)域具有較好的經(jīng)驗，通過專家進場檢測，合理設(shè)計分壓供氣回路，實現(xiàn)大幅度節(jié)能。部分現(xiàn)場甚至節(jié)能50%以上。
7.6 氣體部件更換和漏點偵測
空壓機系統(tǒng)是一個持續(xù)運行的整體，各個氣體部件和接頭在長期運行過程中，都可能出現(xiàn)性能下降、漏氣等不良現(xiàn)象，通過時代科儀專家的進駐，對企業(yè)的各個用氣點進行檢測，找到其中效率較低的環(huán)節(jié)，并進行更換，實現(xiàn)最大程度的節(jié)能。
八、空壓機余熱利用節(jié)能
壓縮空氣的產(chǎn)生過程是較為復(fù)雜的，在氣體壓縮的過程中，發(fā)熱程度較高，常達到100攝氏度以上，空壓機消耗的電能只有約20%轉(zhuǎn)換為壓縮空氣動力，其余80%皆轉(zhuǎn)換為熱量。故空壓機的余熱利用價值常常較高。在此，對北京時代科儀在空壓機在余熱利用方面的經(jīng)驗進行簡單的介紹。
8.1 空壓機余熱制熱水
使用空壓機運行過程中的熱油、熱空氣進行換熱，將熱量傳遞到軟水介質(zhì)中，然后再將軟水介質(zhì)的熱量再次換熱，傳遞到用戶所用的熱水中，雙級換熱，實現(xiàn)余熱的利用。
這種余熱利用方式主要針對具有較多空壓機、且具有較多熱水需求的場合。
例如：
南方的各家企業(yè)，具有空壓機長期運行，并且員工宿舍需要洗浴熱水；
煤礦，具有大量空壓機運行，并且工人洗浴熱水量較大。
8.2 空壓機余熱制冷
使用空壓機運行過程中的熱能，產(chǎn)生高溫?zé)崴缓笫褂酶邷責(zé)崴鳛闊嵩矗?qū)動溴化鋰機組制冷，能夠產(chǎn)生冷凍水供應(yīng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。例如：
制藥企業(yè)，利用離心空壓機的余熱，產(chǎn)生90攝氏度熱水，驅(qū)動溴化鋰機組制冷，彌補冷凍水的不足，大幅降低制冷壓縮機的使用率，節(jié)能效果顯著。
電子企業(yè)，利用空壓機的余熱，產(chǎn)生95攝氏度熱水，驅(qū)動溴化鋰制冷，產(chǎn)生的冷凍水供應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)車間空調(diào)和生產(chǎn)線。
九、空壓機附屬干燥機節(jié)能
在化工等場合，對壓縮空氣的含水率要求較高，因此采用冷干機或者吸干機來對壓縮后的空氣進行干燥處理，同時也會帶來附加的能源消耗。北京時代科儀對此進行了一定的研究，并提出和實施解決方案。
9.1 冷干機聯(lián)動
在部分現(xiàn)場，冷干機常年運行，運行方式較為粗放。時代科儀通過一套專家系統(tǒng)，評估壓縮空氣的濕度（露點），并對冷干機進行聯(lián)動，實現(xiàn)較好的節(jié)電效果。
9.2 吸干機優(yōu)化
一般的吸附式干燥機具有兩種能耗：
1、對壓縮空氣的損耗；
2、再生加熱的用電損耗；
在部分現(xiàn)場，吸干機的損耗較大，北京時代科儀采用的手段是經(jīng)過優(yōu)化的吸干機，能夠大幅度降低耗氣量和耗電量，消除無謂的損耗，實現(xiàn)節(jié)能。
9.3 智能疏水閥
在較多的現(xiàn)場，為了實現(xiàn)排水，疏水閥都沒有經(jīng)過仔細(xì)的控制，長期開啟，存在持續(xù)的泄漏，此種工作方式能耗很高，看似不大的一個泄漏，由于空壓機的產(chǎn)氣效率本身就不高，壓縮空氣比較寶貴，所以引起的耗電量是相當(dāng)驚人的。通過時代科儀的智能疏水閥控制，使得疏水閥的開啟時間大幅縮短（縮短了90%），杜絕了持續(xù)的泄漏，此技術(shù)的投資回收期非常短。
后 記
北京時代科儀新能源科技有限公司是一家致力于企業(yè)綜合節(jié)能的企業(yè)，獲得國家級高新技術(shù)企業(yè)認(rèn)證，國家雙軟企業(yè)認(rèn)證，發(fā)改委備案的節(jié)能服務(wù)公司。
北京時代科儀新能源科技有限公司在空壓機節(jié)能領(lǐng)域承擔(dān)了國家創(chuàng)新基金研發(fā)課題，并通過6年的時間，對空壓機節(jié)能領(lǐng)域進行了深入的研究和實踐，獲得了一些成績。目前，時代科儀的研究和實施重點方向是空壓機系統(tǒng)整體節(jié)能。
本文是對空壓機節(jié)能方案的一個小結(jié)，希望能夠起到拋磚引玉的作用，為企業(yè)提供參考，帶來更多的節(jié)能效果。
