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摘要：本文從壓縮空氣系統(tǒng)的選型，設(shè)計(jì)，使用，維護(hù)等方面論述如何提高它的能源效率
關(guān)鍵字：壓縮機(jī) 壓縮空氣 能耗 效率
自從1960年開(kāi)始，壓縮空氣作為清潔和安全的能源被廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)中。它與其具有相似功能的液壓和電動(dòng)元件相比更清潔，簡(jiǎn)單和容易維護(hù)。并且能夠在苛刻的環(huán)境下工作，而且沒(méi)有火花。因此，壓縮空氣經(jīng)常被人們假定為便宜的或甚至認(rèn)為是“免費(fèi)”的能源。事實(shí)上，它是非常昂貴的，壓縮空氣的用電費(fèi)用可能要超過(guò)工廠總電費(fèi)用的40%。在它的生命周期中，能源費(fèi)用可能占總的采購(gòu)和運(yùn)行壓縮機(jī)費(fèi)用的75%。一些用戶也逐漸地意識(shí)到由于氣動(dòng)執(zhí)行器底的能源效率，操作起來(lái)是相當(dāng)昂貴的。事實(shí)上，氣動(dòng)元件的能源效率僅僅在23-30%之間，并且通常低于20%,，顯然比電動(dòng)器件60%的效率要低很多。因此，大家逐漸開(kāi)始對(duì)這個(gè)效率低下和昂貴的系統(tǒng)投入更多的關(guān)注。無(wú)數(shù)的研究表明，工業(yè)中產(chǎn)生的壓縮空氣大約有30%浪費(fèi)掉了。同時(shí)伴隨著燃料污染的控制和獲取原材料困難的增加，能源節(jié)省和能源有效的使用成為當(dāng)今全球工業(yè)面臨的重要的問(wèn)題之一。因此，我們必須嘗試各種方法提高效率來(lái)節(jié)省能源。
壓縮空氣系統(tǒng)使用的能源是與壓縮空氣的數(shù)量和壓力的乘積成比例的。相對(duì)的，能源是與系統(tǒng)的效率成比例的。因此，為了節(jié)省能源，我們必須減少空氣的消耗和壓力，提高系統(tǒng)的效率。
我們首先從應(yīng)用開(kāi)始，既然壓縮空氣是能源效率低下的能源，壓縮機(jī)需要消耗8KW的能源輸入才能夠?yàn)槭褂脡嚎s空氣的工具提供1KW的能源輸出。因此應(yīng)該僅僅在需要壓縮空氣的時(shí)候才使用它，而不是哪里都可以隨便使用。像清潔身體，液體攪拌，地面清潔，干燥，設(shè)備冷卻和其它相似的使用必須被制止。在可能的地方，用風(fēng)機(jī)的低壓空氣能夠代替壓縮空氣，例如，對(duì)于鍋爐或爐子里的二次風(fēng)供給。
以下舉例說(shuō)明，但同時(shí)也不要忘記壓縮空的安全性和其它的優(yōu)勢(shì)。
1) 在允許應(yīng)用的地方，電動(dòng)機(jī)能夠比氣動(dòng)旋轉(zhuǎn)設(shè)備提供更高的效率。表1中給出通過(guò)選擇代替的方法執(zhí)行相同的任務(wù)來(lái)停止壓縮空氣使用帶來(lái)的節(jié)省。但也應(yīng)該注意到由于安全限制在一些區(qū)域中不允許使用電動(dòng)工具，特別是有可燃?xì)怏w存在的環(huán)境。應(yīng)該記住，安全的考慮永遠(yuǎn)要比能源的節(jié)省重要。
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工具名稱(chēng) |
輪徑 （mm） |
速度 （rpm） |
空氣消耗 （m3/h） |
消耗功率? （Kw） |
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氣動(dòng)角磨機(jī) |
150 |
6000 |
6bar時(shí) 102 m3/h |
10.2 |
|
電動(dòng)角磨機(jī) |
150 |
5700-8600 |
無(wú) |
1.95-2.90 |
|
氣動(dòng)直磨 |
35 |
30000 |
6bar時(shí) 32.3 m3/h |
3.59 |
|
電動(dòng)直磨 |
25 |
22900-30500 |
無(wú) |
0.18 |
表1 通常氣動(dòng)工具和電動(dòng)工具的能耗
2)在使用氣動(dòng)提升的地方，可以使用電動(dòng)提升。
3)通過(guò)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的材料傳送最好能通過(guò)使用皮帶，螺桿傳動(dòng)和鏈斗升降機(jī)的結(jié)合來(lái)代替;例如，在造紙廠的設(shè)備中，使用壓縮空氣傳送木屑，相當(dāng)功率消耗是77KW，這種傳送方法如果使用風(fēng)機(jī)系統(tǒng)代替耗能僅僅為7KW，節(jié)省70KW;還有氣動(dòng)傳動(dòng)被桶式或螺桿傳動(dòng)代替的方式，在水泥工業(yè)中已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用，能夠大大地節(jié)省能源。
4)如果必須使用空氣移動(dòng)，通常有其它不是壓縮空氣的資源能夠使用。例如，使用壓縮空氣放大器吹送元件，也可以使用風(fēng)機(jī)或重力基礎(chǔ)的系統(tǒng)；刷子可以有與壓縮空氣相同的清掃效果，風(fēng)機(jī)也可以使用;許多的應(yīng)用不需要清潔、干燥、高壓和昂貴的6-7Bar的壓縮空氣，僅僅需要運(yùn)動(dòng)的空氣就可以清除碎片，提供冷卻或其它的功能。在這些情況下，本地的風(fēng)扇或風(fēng)機(jī)可能就能滿足運(yùn)動(dòng)空氣的需要，而且更經(jīng)濟(jì)。如果必須使用，那么就采用氣槍并且保持壓力低于2Bar。
5)對(duì)于應(yīng)用在清潔設(shè)備裂縫的必不可少的壓縮空氣，應(yīng)該考慮使用具有一個(gè)總隔離閥的分離的清潔用壓縮空氣總管?？傞y僅僅在很少的，特定的時(shí)間打開(kāi)，不應(yīng)該從工藝或設(shè)備上連接清潔管線。
6)可以考慮使用液壓代替氣動(dòng)操作。
7)真空機(jī)系統(tǒng)比昂貴的文丘氏方法經(jīng)濟(jì)很多，文丘氏使用昂貴的壓縮空氣通過(guò)小孔產(chǎn)生真空。
8)機(jī)械攪拌，傳送裝置，和低壓空氣對(duì)于混合材料比高壓空氣更經(jīng)濟(jì)。
除了停止不恰當(dāng)?shù)氖褂脡嚎s空氣，提高需要使用壓縮空氣的工藝效率也是必需的。例如，新的噴涂方法比老的壓縮空氣噴涂需要更少的能源。改善工藝可能比對(duì)壓縮空氣本身進(jìn)行的所有的改善節(jié)省更多的能源。
確定應(yīng)用以后，我們就需要將系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布局最佳化，因?yàn)閴嚎s機(jī)的安放位置和壓縮機(jī)吸入空氣的質(zhì)量對(duì)壓縮機(jī)的能耗有很大的影響。如果吸入的空氣溫度低，潔凈和干燥，那么它的性能將有很大的提高。
1) 對(duì)于需要不同壓力的應(yīng)用，使用單獨(dú)的壓縮空氣系統(tǒng)，隔離低壓和高壓壓縮空氣的需要：建議單獨(dú)的產(chǎn)生低壓壓縮空氣和高壓壓縮空氣，然后供給各自部分，盡量減少使用減壓閥，因?yàn)樗鼘⒗速M(fèi)大量的能量。這可能需要多臺(tái)的壓縮機(jī)，但能減少管線和能源的用量。
2) 壓縮機(jī)的大?。耗銘?yīng)該選擇壓縮機(jī)的大小盡可能的接近滿負(fù)荷的需要。更重要的一點(diǎn)是，不要為以后打算而安裝過(guò)大尺寸的壓縮機(jī)，通常在以后需要的時(shí)候安裝另外一臺(tái)，這樣可能更經(jīng)濟(jì)、更有效。如果現(xiàn)有的壓縮機(jī)對(duì)于應(yīng)用太大，可以增加一臺(tái)小的壓縮機(jī)并且增加順序控制來(lái)使它在部分負(fù)載的時(shí)候更有效地運(yùn)行。順序控制能夠調(diào)節(jié)一定數(shù)量的壓縮機(jī)來(lái)匹配壓縮空氣的需要。
3) 選擇效率最高的壓縮機(jī)：考慮所有的應(yīng)用問(wèn)題。例如，螺桿壓縮機(jī)比往復(fù)式壓縮機(jī)效率更高，但進(jìn)口空氣的過(guò)濾要求更嚴(yán)格。調(diào)速壓縮機(jī)(VSD)能夠工作在低的平均壓力下，比一般的壓縮機(jī)可以節(jié)能35%或更高(參見(jiàn)圖1)。
圖1 能源節(jié)省的比較
4) 選擇可以有效再生熱量的壓縮機(jī)：因?yàn)閴嚎s機(jī)中使用的電能高達(dá)80-90%的被轉(zhuǎn)換成熱能。如果能恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)能使用再生的熱量來(lái)加熱空氣或水，能夠恢復(fù)50-90%的熱量。因此，在使用巨大壓縮機(jī)的情況下，從熱的壓縮空氣中再生熱量為工藝應(yīng)用產(chǎn)生熱的空氣或水的可能性必須進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析。也要考慮再生空氣干燥機(jī)的使用，它將使用壓縮空氣的熱去除濕氣。
5) 為壓縮機(jī)選擇最經(jīng)濟(jì)的原動(dòng)力：可以選擇電動(dòng)機(jī)，柴油機(jī)，氣輪機(jī),汽輪機(jī)等。
6) 盡可能地為壓縮機(jī)提供溫度低的吸入空氣：通常對(duì)于獲得相同的輸出，吸入口溫度每提升4°C，能源消耗將增加1%。因?yàn)槔淇諝獾奈肟梢詭?lái)更有效的壓縮(見(jiàn)表2)，因此最好吸入室外環(huán)境的空氣，因?yàn)橥ǔ嚎s機(jī)房的溫度要比室外高幾度。但在延長(zhǎng)吸氣口到室外時(shí)，必須小心吸入管線中的壓降，通常選用大的直徑和減少?gòu)澢墓芫€。
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進(jìn)口溫度（℃） |
相對(duì)空氣傳輸（%） |
節(jié)省能源 （%） |
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10.0 |
102.0 |
+1.4 |
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15.5 |
100.0 |
0 |
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21.1 |
98.1 |
-1.3 |
|
26.6 |
96.3 |
-2.5 |
|
32.2 |
94.1 |
-4.0 |
|
37.7 |
92.8 |
-5.0 |
|
43.3 |
91.2 |
-5.8 |
表2 吸入空氣溫度對(duì)能源消耗的影響
1) 盡可能為壓縮空氣提供無(wú)污染的空氣：吸入污染的空氣能夠?qū)е逻\(yùn)動(dòng)零件額外的磨損，并導(dǎo)致由于磨損引起的閥的故障。應(yīng)該在吸入側(cè)安裝恰當(dāng)?shù)目諝膺^(guò)濾器?？諝膺^(guò)濾器的設(shè)計(jì)應(yīng)該有高灰塵分離能力，低的壓力降和足夠的容量，來(lái)避免經(jīng)常的清潔和更換?？諝膺^(guò)濾器應(yīng)該根據(jù)壓縮機(jī)的類(lèi)型選擇，并盡可能地靠近壓縮機(jī)安裝。
2) 吸入干燥的空氣：大氣中通常含有一定量的水蒸汽，依靠于相對(duì)濕度，在潮濕的氣候中可能非常的高。如果空氣從潮濕的區(qū)域吸入，濕度也會(huì)很高，例如把壓縮機(jī)安裝在冷卻水塔附近，或干燥機(jī)排放口附近等，這些情況應(yīng)該避免(見(jiàn)表3)?？諝獾臐穸葘㈦S著溫度的升高增加和隨著壓力的增加減少。
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相對(duì)濕度% |
在30℃時(shí)，對(duì)于每1000m3/min的流量，每小時(shí)的水蒸氣的重量（kg） |
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50 |
27.60 |
|
80 |
45.00 |
|
100 |
68.22 |
表3 不同濕度下環(huán)境空氣中的含濕量
1) 冷卻水的選擇：大多數(shù)的工業(yè)壓縮機(jī)是水冷的，這里的壓縮熱被冷卻水移出到氣缸蓋，內(nèi)冷卻器和后冷卻器。暖水在冷卻水塔中冷卻并且循環(huán)返回壓縮機(jī)。壓縮空氣系統(tǒng)的性能依靠于內(nèi)冷卻器和后冷卻器的效率，而它們依靠于冷卻水的流量和溫度。更進(jìn)一步，不恰當(dāng)?shù)睦鋮s水處理能夠?qū)е驴側(cè)芙夤腆w(TDS)的增加，它能夠?qū)е聯(lián)Q熱器中的結(jié)垢。這些結(jié)垢不僅僅作為隔熱體減少熱的傳導(dǎo)，同時(shí)也增加冷卻水泵送系統(tǒng)中的壓降。使用處理過(guò)的水，或定期的凈化冷卻水中的一部分能夠維持TDS在可以接受的范圍內(nèi)。此外最好通過(guò)添加化學(xué)物質(zhì)來(lái)維持水的PH值，和通過(guò)添加殺真菌和除海藻劑來(lái)避免微生物的生長(zhǎng)。
2) 將管線的壓降最小化：過(guò)大的壓力降可能由于以下原因引起：管線尺寸的不足，阻塞的過(guò)濾元件，不恰當(dāng)尺寸的連接件和軟管，這些都表示能源的浪費(fèi)。表4舉例說(shuō)明因?yàn)楣芫€直徑小引起的能源浪費(fèi)。在工業(yè)慣例中，在主管線最遠(yuǎn)點(diǎn)上通常允許的壓力降為0.3 bar，在分配管線上為0.5bar。不僅僅是管線，管件也是壓力損失的來(lái)源。通常對(duì)于不同管件的壓力損失如表5。
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管子名義孔徑 （mm） |
每100米的壓降（bar） |
等同的功率損耗（kw） |
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40 |
1.8 |
9.5 |
|
50 |
0.65 |
3.4 |
|
65 |
0.22 |
1.2 |
|
80 |
0.04 |
0.2 |
|
100 |
0.02 |
0.1 |
表4 對(duì)于170m3/h(100 CFM)的流量，由于較小管徑引起的能源浪費(fèi)
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管件的類(lèi)型 |
管子的名義尺寸（mm） |
|||||||||
|
15 |
20 |
25 |
32 |
40 |
50 |
65 |
80 |
100 |
125 |
|
|
閘式閥 |
0.11 |
0.14 |
0.18 |
0.27 |
0.32 |
0.40 |
0.49 |
0.64 |
0.91 |
1.20 |
|
T型90度長(zhǎng)彎頭 |
0.15 |
0.18 |
0.24 |
0.38 |
0.46 |
0.61 |
0.76 |
0.91 |
1.20 |
1.52 |
|
彎頭 |
0.26 |
0.37 |
0.49 |
0.67 |
0.76 |
1.07 |
1.37 |
1.83 |
2.44 |
3.20 |
|
U形彎頭 |
0.46 |
0.61 |
0.76 |
1.07 |
1.20 |
1.68 |
1.98 |
2.60 |
3.66 |
4.88 |
|
T型球心閥出口 |
0.76 |
1.07 |
1.37 |
1.98 |
2.44 |
3.36 |
3.96 |
5.18 |
7.32 |
9.45 |
表5 管件阻力的等效長(zhǎng)度(m)
1) 使用足夠大的儲(chǔ)氣罐來(lái)減少壓縮機(jī)的循環(huán)次數(shù)，避免過(guò)大的峰值壓力：罐的尺寸應(yīng)該與壓縮機(jī)的功率對(duì)應(yīng)。例如，一個(gè)50馬力的壓縮機(jī)大約需要一個(gè)50加侖的儲(chǔ)氣罐。對(duì)于相同的容量，壓縮機(jī)在高壓的時(shí)候?qū)⑾母蟮墓β?。不?yīng)該在壓縮機(jī)超過(guò)它們最佳運(yùn)行壓力的范圍運(yùn)行，因?yàn)檫@樣不僅僅浪費(fèi)能源，也導(dǎo)致額外的磨損，和導(dǎo)致進(jìn)一步的能源浪費(fèi)。壓縮機(jī)的容積效率在更高的傳送壓力下也更小。
2) 使用恰當(dāng)?shù)倪^(guò)濾和干燥：這兩個(gè)功能都浪費(fèi)能源?？諝膺^(guò)濾器上壓力降對(duì)能耗的影響見(jiàn)表6。空氣過(guò)濾器應(yīng)該根據(jù)壓縮機(jī)的類(lèi)型選擇，并盡可能地靠近壓縮機(jī)安裝。通常對(duì)于由于吸入側(cè)過(guò)濾阻塞引起的壓力降，每250mmWC的壓力降將增加2%的壓縮機(jī)能耗。因此，建議規(guī)律地清潔進(jìn)口的空氣過(guò)濾器來(lái)將壓降最小化。為了監(jiān)測(cè)壓降，可以在過(guò)濾器的兩側(cè)安裝壓力表或微差壓力表，這樣可以通過(guò)這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)安排清潔的日程。
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通過(guò)空氣過(guò)濾器的壓降（mmWC） |
增加能源消耗（%） |
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0 |
0 |
|
200 |
1.6 |
|
400 |
3.2 |
|
600 |
4.7 |
|
800 |
7.0 |
表6 進(jìn)口空氣過(guò)濾器壓降對(duì)能源消耗的影響
1) 對(duì)壓縮空氣使用點(diǎn)上安裝控制來(lái)將壓縮空氣的浪費(fèi)最小化:
A)在使用壓縮空壓的設(shè)備上安裝互鎖切斷電磁閥，這樣當(dāng)它們不用的時(shí)候能過(guò)切斷壓縮空氣對(duì)設(shè)備的供給。在子系統(tǒng)有不可避免的泄漏或正?？辙D(zhuǎn)消耗的地方，可以把壓縮空氣系統(tǒng)隔離，直到需要再次使用為止。簡(jiǎn)單的切斷閥(圖2)，或電動(dòng)軟啟動(dòng)傾泄閥(安全閥)(圖3)都能夠用很經(jīng)濟(jì)的方法切斷間斷使用的泄漏系統(tǒng)。
圖2 手動(dòng)切斷閥 圖3 提供隔離和增加安全的電動(dòng)軟啟動(dòng)傾泄閥
B)對(duì)使用壓縮空氣的設(shè)備安裝常閉閥。用對(duì)應(yīng)用最有效的方式操作閥。例如，電磁閥是容易協(xié)調(diào)設(shè)備運(yùn)行以及壓縮空氣使用。
如果壓縮機(jī)已經(jīng)投入運(yùn)行，我們?cè)鯓犹岣邏嚎s機(jī)本身的效率呢?怎樣對(duì)它進(jìn)行運(yùn)行和維護(hù)呢?
1) 如果現(xiàn)存的壓縮機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)故障和需要大修，那么就需要更換更有效的壓縮機(jī)。如果一個(gè)壓縮機(jī)使用太多的能源，立即更換它可能更經(jīng)濟(jì)。當(dāng)更換一個(gè)壓縮機(jī)的時(shí)候，同時(shí)將系統(tǒng)的布局最佳化。
2) 保持內(nèi)冷卻和后冷卻的溫度盡可能的低：壓縮機(jī)的能源消耗是與排放溫度成比例的。安裝一個(gè)小的風(fēng)扇來(lái)冷卻翅片式內(nèi)冷卻器。
內(nèi)冷卻器和后冷卻器的功效：功效是衡量熱交換器性能的指標(biāo)，顯示內(nèi)冷卻器和后冷卻器執(zhí)行程度的好壞。內(nèi)冷卻器在多級(jí)壓縮機(jī)的連續(xù)段之間提供來(lái)減少壓縮功(功率要求)，通過(guò)冷卻空氣，除去濕氣減少比容。
理想狀態(tài)下，在多級(jí)機(jī)械的每個(gè)階段的進(jìn)口空氣溫度應(yīng)該與第一階段相同。這被稱(chēng)為“完美冷卻”或等溫壓縮。由于以前描述的原因，冷卻不可能完美。因此，在實(shí)際中，后續(xù)階段的進(jìn)入空氣溫度要比通常的高，結(jié)果是更高的能源消耗，因?yàn)闉榱讼嗤娜蝿?wù)需要處理更大的體積。(見(jiàn)表7)
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描述 |
不良的冷卻 |
理想的冷卻（基礎(chǔ)值） |
冷凍水冷卻 |
|
首級(jí)進(jìn)口溫度℃ |
21.1 |
21.1 |
21.1 |
|
次級(jí)進(jìn)口溫度℃ |
26.6 |
21.1 |
15.5 |
|
容量（Nm3/min） |
15.5 |
15.6 |
15.7 |
|
軸功率（kw） |
76.3 |
75.3 |
74.2 |
|
單位能量消耗 ( ? Kw/Nm3/min) |
4.9 |
4.8 |
4.7 |
|
變化百分比（%） |
+2.1 |
參考 |
-2.1 |
表7 內(nèi)冷卻對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)單位能耗的影響
從表7中可以看出，到第2段入口空氣溫度提高5.5°C，結(jié)果比能消耗增長(zhǎng)2%。使用更低溫度的水能夠減少比能的消耗。然而，太低溫度的水能夠?qū)е驴諝庵袧駳獾哪Y(jié)，如果不去除將導(dǎo)致缸體的損壞。
相類(lèi)似的，在后冷卻器中不足的冷卻(由于污垢，水垢等)，將使溫暖的濕空氣進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，這將引起壓縮空氣的儲(chǔ)氣罐和分布管線中更多的凝結(jié)，結(jié)果將導(dǎo)致管線和終端用戶設(shè)備的腐蝕，壓力降和泄漏。為了維持希望的性能，維持內(nèi)冷卻和后冷卻器在恰當(dāng)?shù)臏囟?，定期的清潔和確保適當(dāng)?shù)牧髁渴潜仨毜摹?
1) 壓力設(shè)置：壓縮機(jī)運(yùn)行在加壓和卸壓之間的壓力范圍。例如，如果一個(gè)壓縮機(jī)運(yùn)行的壓力范圍設(shè)定為6-7 kg/cm2，那就意味著壓縮機(jī)在7 kg/cm2時(shí)卸載，在6 kg/cm2的時(shí)候加載。加載和卸載是通過(guò)使用壓力開(kāi)關(guān)完成的。
對(duì)于相同的容量，壓縮機(jī)在高壓的時(shí)候?qū)⑾母嗟墓β?。它們不?yīng)該運(yùn)行在超過(guò)它們最佳運(yùn)行壓力的范圍，因?yàn)檫@樣不僅僅浪費(fèi)能源，也導(dǎo)致額外的磨損，導(dǎo)致進(jìn)一步的能源浪費(fèi)。壓縮機(jī)的容積效率在更高的傳送壓力下也更小。
也就是我們應(yīng)該設(shè)置壓縮機(jī)的壓力到能夠滿足應(yīng)用的最小壓力。但也不要設(shè)置太低使設(shè)備不能夠有效地運(yùn)轉(zhuǎn)。通常對(duì)于運(yùn)行壓力每減少100Kpa，將有8%的能源和費(fèi)用的節(jié)省。
能源節(jié)省(kwh)=8%x功率(kW)x 壓力減少(kpa)/ 100 x 運(yùn)行小時(shí)(h)
例如：一個(gè)75kw的壓縮機(jī)，壓力從800kpa減少到700kpa,每年運(yùn)行2000小時(shí)
節(jié)省的能源=0.08 x 75kw x 100kpa/100 x 2000 =12000 kwh /年
4) 避免空氣泄漏和能源的浪費(fèi)：在壓縮空氣系統(tǒng)中節(jié)省能源的主要的機(jī)會(huì)是防止壓縮空氣的泄漏。泄漏通常發(fā)生在老化的管線、空氣儲(chǔ)氣罐、安全閥、管線、法蘭和軟管的連接、關(guān)閉閥、快速接頭、工具和設(shè)備上等。在大多數(shù)的情況下，它們是由于不良的維護(hù)，不恰當(dāng)?shù)陌惭b造成的。對(duì)于通過(guò)不同尺寸小孔的空氣泄漏量，表8給出在不同孔的尺寸和壓力下浪費(fèi)的自由空氣的量。對(duì)應(yīng)的能源的浪費(fèi)是非常高的，參見(jiàn)下表9
|
測(cè)量壓力 bar |
0.5mm |
1mm |
2mm |
3mm |
5mm |
10mm |
12.5mm |
|
0.5 |
0.06 |
0.22 |
0.92 |
2.1 |
5.7 |
22.8 |
35.5 |
|
1.0 |
0.08 |
0.33 |
1.33 |
3.0 |
8.4 |
33.6 |
52.5 |
|
2.5 |
0.14 |
0.58 |
2.33 |
5.5 |
14.6 |
58.6 |
91.4 |
|
5.0 |
0.25 |
0.97 |
3.92 |
8.8 |
24.4 |
97.5 |
152.0 |
|
7.0 |
0.33 |
1.31 |
5.19 |
11.6 |
32.5 |
129.0 |
202.0 |
表8 通過(guò)小孔排放的空氣量(m3/min)(孔常量Cd-1.0)
|
泄漏孔徑（mm） |
壓縮空氣壓力 bar |
|||
|
6 |
5 |
3 |
2.5 |
|
|
10 |
152468 |
139184 |
107811 |
98418 |
|
7.5 |
85763 |
78291 |
60664 |
55360 |
|
5 |
38117 |
34796 |
26953 |
24604 |
|
2 |
6019 |
5567 |
4312 |
3937 |
|
1 |
1525 |
1392 |
1078 |
984 |
(注：能量損失是在以下的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上測(cè)量：60% 的噴嘴系數(shù)，10.16m3/kwh
的壓縮機(jī)效率，電機(jī)效率為95%。假設(shè)壓縮機(jī)每年運(yùn)行8760小時(shí))
表9 泄漏壓縮空氣的能源損耗(kw)。
下面介紹簡(jiǎn)單的對(duì)泄漏量化的工廠現(xiàn)場(chǎng)方法的步驟：
A) 關(guān)閉所有使用壓縮空氣的設(shè)備(或當(dāng)沒(méi)有設(shè)備使用壓縮空氣的時(shí)候進(jìn)行測(cè)試)。
B) 運(yùn)行壓縮機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加壓到設(shè)置的壓力。
C) 記錄壓縮機(jī)加載和卸載周期的時(shí)間。為了精確，記錄連續(xù)8到10個(gè)周期的打開(kāi)和關(guān)閉的時(shí)間。然后計(jì)算總的打開(kāi)時(shí)間(T)和總的關(guān)閉時(shí)間(t)。
D) 系統(tǒng)的泄漏計(jì)算如下：
泄漏率%= T / (T+t) x 100
或 系統(tǒng)的泄漏量(m3/min)，q=T / (T + t) x Q
其中 Q= 壓縮機(jī)的容量 (m3/min)
T= 加載的時(shí)間(min)
t = 卸載時(shí)間(min)
例如
在一個(gè)過(guò)程工業(yè)中泄漏的測(cè)試，觀察到以下的結(jié)果。
壓縮機(jī)的容量(m3/min) = 35
加載壓力, kg/cm2(g) = 6.8
卸載壓力, kg/cm2(g) = 7.5
加載功率 kW = 188 kW
卸載功率 kW = 54 kW
平均加載時(shí)間, T = 1.5 分鐘
平均卸載時(shí)間, t = 10.5 分鐘
泄漏量和避免由于空氣損失的能耗。
泄漏量(m3/min) q=1.5 / (1.5 + 10.5) x 35 = 4.375 m3/min
每天泄漏量(m3/min)= 4.375 x 24 x 60 = 6300 m3/min
產(chǎn)生壓縮空氣的單位能耗 = 188 kw/(35x60) m3/h = 0.0895 kwh/ m3
每天泄漏造成的能源損失 = 0.0895 x 6300 = 564 kwh
泄漏通常能夠通過(guò)聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)檢查(用肥皂水檢查連接處)，或用超聲波探測(cè)。對(duì)于通過(guò)超聲波泄漏探測(cè)器對(duì)泄漏的探測(cè)，泄漏能夠通過(guò)一個(gè)有傳感探頭的泄漏探測(cè)器進(jìn)行測(cè)試，它能夠感測(cè)到在隔熱層底下高溫的，管線的和多種形式的壓縮空氣系統(tǒng)的泄漏。泄漏測(cè)試是通過(guò)觀察和定位氣體通過(guò)加壓或排放系統(tǒng)中泄漏產(chǎn)生的湍流引起的超聲波震動(dòng)源進(jìn)行的。
5) 在可移動(dòng)氣動(dòng)工具的接頭開(kāi)始泄漏的時(shí)候立即更換它。并且保持安裝接頭的鎖緊。
6) 在需要軟管的時(shí)候，將軟管控制在最短，并使用盡可能大的直徑。但不要干涉設(shè)備的使用。
7) 保持過(guò)濾器和干燥器的清潔。見(jiàn)表6空氣過(guò)濾器上壓力降對(duì)能耗的影響。因此，建議規(guī)律的清潔進(jìn)口的空氣過(guò)濾器來(lái)將壓降最小化。為了監(jiān)視壓降，可以在過(guò)濾器的兩側(cè)安裝壓力表或微差壓力表，這樣通過(guò)這些監(jiān)視數(shù)據(jù)安排清潔的日程。
8) 在儲(chǔ)氣罐和其它系統(tǒng)中可能有凝結(jié)積聚的地方安裝有效的疏水器。并且經(jīng)常檢查它們是否恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)行，因?yàn)椴怀浞值呐欧拍軌蛟黾臃植枷到y(tǒng)中的壓降。
9) 通過(guò)最佳化壓力設(shè)置對(duì)壓縮機(jī)調(diào)制：經(jīng)常在一個(gè)系統(tǒng)中，不同類(lèi)型，容量和不同廠家制造的壓縮機(jī)被連接到一個(gè)公用配氣網(wǎng)絡(luò)中。在這種情況下，恰當(dāng)?shù)剡x擇正確的壓縮機(jī)組合，和最佳化不同壓縮機(jī)的調(diào)制能夠節(jié)省能源。因?yàn)檫@里不只一臺(tái)壓縮機(jī)供給公用的總管，因此壓縮機(jī)必須以產(chǎn)生壓縮空氣費(fèi)用最低的方式來(lái)運(yùn)行。
A) 如果所有的壓縮機(jī)相似，壓力應(yīng)該設(shè)置為只有一臺(tái)壓縮機(jī)處理負(fù)載的波動(dòng)，而其它運(yùn)行在大于或小于全載的情況下。
B) 如果壓縮機(jī)為不同的規(guī)格，應(yīng)該設(shè)置壓力開(kāi)關(guān)，這樣只有最小的壓縮機(jī)允許調(diào)節(jié)(流速的變化)
C) 如果不同類(lèi)型的壓縮機(jī)在一起運(yùn)行，卸載能源消耗是很大的。有最低無(wú)負(fù)載功率的壓縮機(jī)必須被調(diào)節(jié)。
D) 通常，有更低的部分負(fù)載功率消耗的壓縮機(jī)應(yīng)該被調(diào)節(jié)。
E) 壓縮機(jī)能夠根據(jù)它的能耗消耗率來(lái)劃分等級(jí)，在不同的壓力和能源效率，必須達(dá)到大部分需要。
10) 檢查所有的皮帶驅(qū)動(dòng)，測(cè)試它們是否有恰當(dāng)?shù)膹埩?，如果松弛，將發(fā)生由于皮帶打滑造成的能源損耗。如果太緊，皮帶將受過(guò)大的張力，壓縮機(jī)和電機(jī)軸承將遭受額外的負(fù)載。
11) 建立定期的維護(hù)程序。根據(jù)設(shè)備制造商的建議，和接合公司的狀況，為每個(gè)系統(tǒng)元件建立檢查間隔，和維護(hù)與維修的程序。
通過(guò)以上這些工作我們到底能夠節(jié)省多少能源和費(fèi)用呢?下表列出可能節(jié)省費(fèi)用的百分比。每個(gè)公司可以根據(jù)自身情況有重點(diǎn)地選擇改進(jìn)項(xiàng)目。
|
改進(jìn)項(xiàng)目 |
潛在節(jié)省的百分比 |
|
用更有效的模式更換當(dāng)前的壓縮機(jī) |
2 |
|
重新配置管線減少壓力損失 |
20 |
|
增加壓縮空氣的存儲(chǔ) |
20 |
|
對(duì)于非高峰負(fù)載增加小的壓縮機(jī) |
2 |
|
增加，修復(fù)，升級(jí)壓縮機(jī)的控制 |
30 |
|
安裝或升級(jí)分配控制系統(tǒng) |
20 |
|
重裝或更改主管線 |
20 |
|
增加，升級(jí)，或重新配置空氣干燥機(jī) |
1 |
|
更換或維修空氣過(guò)濾器 |
10 |
|
更換或升級(jí)冷凝水排放 |
5 |
|
更改或更換調(diào)節(jié)器（在工藝上控制） |
20 |
|
在分配系統(tǒng)中安裝或更換閥門(mén) |
10 |
|
其它 |
10 |
參考
1.Energy saving in compressed air systems — how Norgren is helping to improve energy efficiency
2.Evaluation of the Compressed Air Challenge? Training Program DOE/GO-102004-1919 March 2004
3.Atlas Copco VSD Introduction
4. Technology Menu for Energy Efficiency (NPC)
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