因各企業壓縮空氣系統的特點和適用的節能技術不同，為提高節能改造成功率，節能改造不能盲目實施。一般在對整個系統進行全面分析、測試和評估的基礎上，選擇適合的節能措施顯得尤為重要。本文在基于氣動系統能量消耗評價及能量損失分析理論的基礎上，從系統構成的各個環節入手，對目前存在的和新興的一些空壓機節能技術的特點進行了分析和探討，總結出了如下節能措施要點。

  ①壓縮機的設計階段。長期以來，壓縮機一直采用降壓啟動，以工頻恒轉速運行模式進行工作。因選擇壓縮機時是根據壓縮空氣最大需要量來確定的，所以整個運行過程空壓機出現頻繁起動，造成能源浪費。由此，可考慮一些克服頻繁起動的具體途徑．以達到節電的目的。另外，針對空氣壓縮系統的設計，也可考慮一些優化設計。

  ②壓縮空氣的產生階段。主要是涉及到不同類型壓縮機的合理配置和維護，運行模式的優化，空氣凈化設備的日常管理。

  ③壓縮空氣的輸送階段。主要是管網配置的優化，高低壓供氣管道分離；耗氣量分配的實時監管，泄漏的日常點檢與最小化，接頭處的壓損改進等。

  ④壓縮機余熱回收階段。通過熱交換等手段將空氣壓縮過程中產生的熱量回收，用于輔助采暖和工藝加熱等。

  空壓機的設計階段

  變頻調速方式

  空壓機在工作時，由于同時工作的設備臺套數經常發生變化，因此耗氣量也隨之變化。當耗氣量減少時，如果空壓機還在高速運轉，不僅浪費了能源，還可能因氣包內壓力不斷升高，引發超壓事故。為了解決這一問題，空壓機上均設有自動調節和控制系統。對于連續運轉的空壓機，當需要的耗氣量減少時，空壓機自動投入輕載或空載運行；反之，又能自動恢復正常運行。常用的調節方式主要是關閉吸氣管法，使空壓機空轉，捧氣量等于零。這種調節方法簡便易行，經濟性好，廣泛應用于中小型空壓機上。在空壓機充氣和空載交替運行過程中，牽引電機也是在滿載和輕載之間周期性地轉換：滿載時，電機處于高效經濟運行狀態，輕載時電機處于非經濟運行狀態，浪費了大量電能，而變頻調速方式可以很好的解決這一問題。

    (1)、變頻調速的基本原理

    變頻調速技術的基本原理是根據電機轉速與工作電源輸入頻率成正比的關系，通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。

    三相異步電動機的轉速公式為；

    n=n.（l-s）=60f（l-s）/p

    式中：

    n-電動機轉子的實際轉速，r/min;

    n．——定子旋轉磁場的轉速．也叫異步電機的同步轉速，r/min;

    p-磁極對數；

    s-電動機的轉差率．s=(n.-n) /n;

    f-電源的工作頻率．HZ。

    由轉速公式可知，可以通過改變磁極對數p、轉差率s和頻率f的方法實現對異步電機的調速。可以知道，如果能設法改變三相交流電動機的供電頻率f．就可以十分方便地改變電機的轉速n，這比改變極對數p和轉差率s兩個參數要簡單得多。

    由異步電機的電勢公式E =4.44KN．f.￠m，可知，外加電壓近似與頻率和磁通乘積成正比，即U=E= C.f￠，其中C1為常數，若外加電壓不變，則磁通會隨著頻率的下降而增加，造成磁路過飽和，勵磁電流增加，功率因數下降，鐵蕊和線圈過熱，顯然，這樣會造成電機工作不安全。此外，在許多場合，為了保持在調速時電機產坐的最大轉矩不變，需要使得磁通不變，所以人們常常采用頻率和電壓協調控制來實現，即可變頻率可變電壓調速(VVVF)，簡稱變頻調速。變頻調速系統的關鍵裝置是頻率變換器，即變頻器，它的作用是提供變頻電源。變頻器可分成交～直～交變頻器和交～交變頻器兩大類。目前國內大都使用交～直～交變頻器，其特點：效率高，調速過程中沒有附加損耗，應用范圍廣，適用于要求精度高、調速性能較好的場合。

    交～直～交變頻調速系統的變頻部分是由整流器、濾波器和逆變器三部分組成的。整流器的作用是把交變電流轉換為直流電，濾波器的作用是把整流后的電壓或電流進行濾波，逆變器的作用與整流器的作用相反，它是將恒定的直流電轉換為可調電壓可調頻率的交流電，它是變頻器的主要組成部分。工作時首先將三相交流電經整流器整流為直流電，脈動的直流電經平滑濾波后，在微處理器的調控下，用逆變器將直流電再逆變為電壓和頻率可調的三相交流電，輸出到需要調速的電動機上。由電動機的轉速公式可知電機的轉速與電源頻率成正比，通過變頻器可任意改變電源輸出頻率，從而任意調節電機轉速，實現平滑的無級調速。

    (2)、變頻調速的節能分析

  ①恒轉矩負載類應用

  恒轉矩負載即不管轉速如何變，負載轉矩是恒定的。其公式如下：

  P=KXT×n

  式中：

  P為軸功率，K為系數，T為負載轉矩，n為轉速。

  從公式可以看到，軸功率與電機的轉速成正比。應用變頻調速技術后，如當由于工藝的需要而降低電機轉速至額定轉速的80%時，相應的電能消耗降低為原來的8096。

  ②變轉矩負載類應用

  由流體力學的基本定律可知：壓縮機屬變轉矩負載，其轉速n與排量Q，壓力H以及軸功率P具有如下關系：Q≌n，H≌N，P≌n3:也就是說，捧量與轉速成正比，壓力與轉速的平方成正比，軸功率與轉速立方成正比。當電機轉速稍有下降時，軸功率將大幅下降。如當流量為額定流量的80%，Pn僅為0.51。軸功率僅為額定功率的51%，下降近一半。因而，當變頻應用于空壓機負載，用氣量有變化時就夠節能，且節能效果非常顯著。

    優化空氣壓縮系統的設計

    實行空壓站集中供氣，不僅便于管理，節約投資，還可以提高設備的利用率，更方便地調節供氣壓力和供氣量，滿足生產的需要。設計時，首先要根據用氣裝置的分布情況，各裝置用氣時間和用氣壓力的情況，盡可能地避免輸送管道過長而引起的較大的阻力損失和泄漏損失，而設計一個或兩個甚至更多的空壓站。實行分片供氣或分片聯網供氣，同時空壓站的位置應該位于該片供氣系統的中心，并盡量離用氣量大、用氣壓力高的裝置近一些。其次，對輸送管道的設計也要認真對待，盡量做好：在沒有障礙物的情況下，管道越短越好；為盡量降低泄漏率，管道輔設設計時優先采用輻射狀而少采用樹枝狀方式輸送壓縮空氣；優化保障重點裝置的供氣壓力和供氣量。最后，設計時還應考慮空壓機的運行環境，盡可能降低吸氣溫度，保障吸氣清潔度，并配備良好的冷卻系統。

  壓縮空氣的產生階段

  單臺空壓機節能

  采用的主要節能措施有：

  (1)保證進口空氣潔凈度。

(2)降低空壓機進氣溫度，提高效率。 

 (3)潤滑油油壓對離心機轉子振動影響大，故需選用含消泡劑和氧化穩定劑的潤滑油。

(4)重視冷卻水水質，合理冷卻水捧污量，有計劃地補水；

(5)空壓機、干燥器、儲氣罐及管

網的冷凝水捧放點要定期捧放；  

(6)為防止空氣需求變化過快等引起喘振，注意調整機組設定的

比例帶和積分時間，盡量避免用氣突減。

  壓縮空氣干燥工藝的改進

  目前最常用的壓縮空氣干燥處理設備分為冷凍式、無熱再生式和微熱再生復合式，主要性能比較如表1所示。

 

 

 

    節能改造方向應遵循以下原則：①若原系統對空氣進行過高純度處理時，改成較低的匹配的處理方式。②改進干燥工藝，減少干燥處理環節的壓損(某些系統干燥器處壓損達0. 05～0.1mPa)，減少能量消耗。

  冷卻水系統

  工作時空壓機內的氣體要經過絕熱、多變和等溫3種壓縮過程，在相同的初壓和終壓條件下，等溫壓縮消耗的循環功最少。但實際的壓縮過程為多變壓縮，空壓機的冷卻效果越好，越接近等溫過程，則循環功越少。因此，為提高冷卻效率，在空壓機的冷卻水系統中，一般設有中間冷卻器和后冷卻器，以保證各級壓縮空氣的吸入溫度基本一致。無論是中間冷卻器，還是后冷卻器，其循環水的動力都來自于循環水泵，合理地進行系統配置，控制循環用水量，并減少管路系統的水路損失，可以有效節約循環水泵的功率消耗。冷卻水系統的設計可以采用開式和閉式兩種結構。閉式系統為了使回流的熱水溫度快速降低，可以采用較大面積的循環水池，或者采用帶有淋水裝置的冷卻塔。對冷卻用水量的大小，也要適當加以控制，水量過大會增加循環水泵的電能消耗。合理的冷卻用水量有如下經驗公式：

  Q=0.06qQz

  式中：

  q-冷卻1M3空氣所需的水量；

  Q-空壓機的送氣量；

  z-空壓機的工作臺套數。

  壓縮空氣的輸送階段

  氣路系統

  空壓機的氣路系統由濾風器、氣缸、吸捧氣閥、活塞組件、冷卻器、密封裝置和貯氣罐等組成。外界的大氣經過清潔和壓縮后通過輸氣管路到使用設備，這一過程存在較大的節能潛力。如果活塞與缸套內壁密封不嚴（間隙過大）、吸捧氣閥年久失修（或修理不善）等，就會造成嚴重漏氣，直接減少了空壓機的捧氣量，使其效率下降。對吸捧氣閥的要求是開閉迅速，阻力小，密封性能好。按國家標準的規定，其漏氣系數應達到0.95以上，定期進行工作參數的測試，及時發現和解決問題是十分必要的。

    另外，輸氣管路中壓縮空氣的泄漏也是造成氣路系統能耗增大的重要原因。管路系統的能耗損失主要表現在沿程管路損失和漏氣壓力損失。管路系統的壓降不應超過工作壓力的1-5%。當前很多空壓站的輸氣管道沒有主次之分，不必要的彎頭、彎管過多，壓力脈動頻繁，壓損嚴重。氣動管道有的埋于地溝，無法監測泄漏。因此，合理地選擇（或設計）輸氣管路的管徑和管材，高標準、高質量地安裝和施工，才能達到投資少，能耗損失小，確保輸氣管路的安全可靠性能。實踐證明，為保證任何情況下系統壓力需求，運行管理人員提高整個系統的運行壓力0.1～0.2MPa．引入人為壓力損失。空壓機捧氣壓力每增加0.lMPa．空壓機功耗將增加796---1096。為此，所采取的節能改造措施有：①將支路布置的管線改成環路布置，實行高低壓供氣分離，并安裝高低壓精密溢流單元：②節能改造時更改局部阻力偏大的管線，降低管道阻力，對管內壁酸洗、除銹等凈化處理，保證管壁光滑。

  泄漏、檢漏和堵漏

  泄漏嚴重時，泄漏量可達到20%～35%．主要發生在各用氣設備的閥門、接頭、三聯件、電磁閥、螺紋連接和氣缸前端蓋等處；有的設備超壓工作，自動卸荷，頻繁捧氣。泄漏造成的損失幾乎超出大多數人的想象。有數據顯示，汽車點焊工位的一個焊渣在氣管上造成的一個直徑1mn的小孔，每年電費損失高達3525KWh。

    節能措施：①對主要生產車間的供氣管道安裝流量計量管理系統，確定工藝用量限額。②調整工藝用氣量，盡可能減少閥門、接頭的數量，減少泄漏點。⑨加強管理，使用專業工具定期巡檢。總之，可以采用一些專業監測設備如并聯接入式智能氣體泄漏檢測儀、泄漏點掃描槍等，采取措施防止壓縮空氣系統的跑、冒、滴、漏，據此開展雛修工作和元器件更換工作。

  空壓機余熱回收階段

  空壓機余熱指的是螺桿空壓機在生產高壓空氣過程中隨之產生的多余熱量。在空壓機將機械能轉換為風能的過程中，空氣得到強烈的高壓壓縮，溫度驟升。同時，空壓機螺桿的高速旋轉也會摩擦發熱，這些高溫熱量由空壓機潤滑油混合成的油氣、蒸氣攜帶捧出機體。這部分高溫油氣流的熱量相當于空壓機輸入電功率的3/4，它的溫度通常在80 --100℃。同時，這些熱能都需要通過空壓機的散熱系統快速的冷卻，以滿足空壓機正常工作的溫度要求，這巨大的熱量被白白浪費且在冷卻過程中還需要消耗額外電能。

    根據全生命周期評價，空壓機消耗的電能有80%—90%轉化成熱的形式散失掉了。除去輻射到環境中和存于壓縮空氣自身的熱量外，剩余94%的能量均可以采用余熱回收的方式加以利用。

    典型余熱回收主要有：輔助采暖、工藝加熱和鍋爐補水預熱等。通過合理改進，50%～90%的熱能可以回收并利用。安裝熱能回收裝置可以將空壓機運行溫度有效控制在最佳運行溫度，使潤滑油工作狀態更良好，空壓機排氣量會增加2%～6%。對于空冷式空壓機，可以停止空壓機自身的冷卻風機，采用循環水泵回收熱量；水冷式空壓機可以用來加熱冷水或空間加熱，回收率在50%～60%。余熱回收相對電熱設備幾乎無需能耗；相對于燃油燃氣設備零排放，是清潔環保的節能方式。

 

 

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