压缩空气系统的节能解决方案

压缩空气系统的节能解决方案

Anil Hingorani于1980年加入阿特拉斯.科普柯印度公司，曾担任多个职务，并于2010年，来到中国，担任无油空气部市场副总裁，负责亚太地区的营销业务。他致力于推广压缩空气行业节能的重要性并已完成

一些有关如何实现节能的论文。

一个完整的压缩空气系统通常由空压机、后处理设备、管道、电气及控制等部分组成，其能耗约占整个工厂耗电的10%。分析空压机的生命周期成本发现：在其全生命周期成本中，约80%为运行电费，且99%的CO2排放也发生在运行过程中。因此，当某些企业对压缩空气的能耗漠不关心时，我们感到非常的惊讶和可惜。

我们将介绍空压机及整个系统的合理选型和使用，帮助大家了解如何节省能耗、节约成本和履行环保的责任。此外，通过分析发现相对于压缩机的初期投资而言，节能所产生的经济效益更为显著。

如何真正在压缩空气系统中实现能耗的降低。一般而言，用户常常倾向于某个方面，期望它是灵丹妙药，能实现节能的最大化。然而，事实是不能一味走捷径，为了实现整个系统的最佳节能效果，应当认真研究每个环节，采取相应措施，包括减少压缩空气生产成本；减少压缩空气输送成本；减少压缩空气使用成本；尽可能与其他的公用工程设备进行整体考虑。

减少压缩空气生产成本

优化压缩空气的生产，必须遵照下面的合理步骤：进行空气需求评估，全面了解客户应用；选择合适的压缩技术；选择合适的驱动装置；选择合适的空气后处理设备；对整个压缩机房的设备运行进行优化；配置能量回收装置。压缩机本身的效率也是产气成本的一个重要方面，因此，制造商要不断提高压缩机的效率，本文也将着重介绍如何帮助客户选择合适机型来实现节能。

1.空气需求评估

压缩机制造商必须清楚了解客户的压缩空气应用流程，以便选择合适的压缩机型。虽然，这一步常常被忽略，但却是最重要的一个环节。空气需求评估包括四步：用气量的要求、工作压力、用气量的波动情况和空气的品质。空气需求评估可以通过现场测量来实现，也可以选择同类型工厂的相似设备进行类比估算，Atlas Copco使用流量、压力和露点等测量设备，结合模拟程序等计算机分析工具来进行评估。

2.选择合适的压缩技术

接下来，要借助模拟程序优化压缩机的运行台数，以符合上述用气量变化需求。如果工厂存在较大流量的两个或多个压力需要，则必须考虑将不同的管网分开，再进行模拟计算。根据每台压缩机的供气量和压缩方式等进行选型，以获得最低的能耗。

一般来讲，对于某一个特定的流量，只对应一种最佳的压缩方式，能达到最低能耗。离心压缩机适用于大流量的应用，其他的压缩方式则对应各自的中小流量范围。当然，这不是选型的唯一依据，还要综合考虑其他因素，如环境温度和流量变化。正确的压缩机选型能为客户节省可观的能耗，选择高效率的电机也能额外地节省一部份能量，虽然这部分节能没有之前的方法来得多，但是非常快捷，而且仅增加了极小的支出。

3.选择合适的驱动装置

如果空气需求是波动的，变频驱动（VSD）压缩机因为能及时地根据流量的变化调节转速，降低能耗，Atlas Copco有因采用变频驱动节省40%能耗的实际案例。研究表明，88%的压缩空气系统用气量都是波动的，所以变频驱动多能提供显著的节能效果。Atlas Copco提供最大接近1MW的标准变频压缩机，充分满足不同客户的需求。

不同驱动方式的压缩机，能耗也有所不同。离心压缩机在满负荷时效率最高，但在部分负荷时单位能耗最高。其次是固定转速螺杆压缩机，其单位能耗在部分负荷时有所增加。而变频螺杆压缩机的能耗效率无论在满负荷，还是部分负荷时，基本保持不变，维持高效率。当用气量减少时，VSD可以节省更多能量。由此看出，最佳机型组合是离心压缩机或固定转速螺杆压缩机配合一台变频螺杆压缩机。离心压缩机或固定转速螺杆压缩机保持满负荷运行，效率最高。变频螺杆压缩机调速运行，作为部分负荷的调节，同样运行在最高效率。这时，需要采用智能的集中控制器来保证各压缩机都运行在最佳区域，即“最佳运行工况点”。现在，有数千用户正得益于这种高效驱动和智能控制技术的组合。

4.选择合适的空气后处理设备

空气需求评估的另一个重要工作就是了解工艺或用户最终产品对压缩空气品质的要求。通常包括：允许的最大含水量、含油量和颗粒杂质，最新的国际标准是ISO 8573-1 ed.2, 2010。

为了获得所需的空气品质，可以采用过滤器来去除颗粒杂质，采用干燥机去除水分，而油的含量取决于采用什么类型的压缩机或后处理设备。下面是一些空气后处理设备的实用选型经验。去除颗粒杂质：必须选择处理气量匹配的过滤器来过滤颗粒杂质，过滤器选小了，会使压降增大。去除水分：干燥机的选择取决于对干燥程度的要求（露点）。压缩空气的干燥方法有多种，但是简单概括起来主要有二类，一是冷冻式干燥机，对冷却空气进行干燥，可达到的压力露点为+2℃或3℃以上；二是吸附式干燥机，采用吸附方式来去除空气中的水分，压力露点可以达到-703℃，甚至更低。在这里要重点提一下变压吸附干燥机（又称无热再生干燥机）。这种类型干燥机号称“结构简单”，消耗约20%的压缩空气，用于再生吸附剂。它不但浪费了大量能量，还迫使用户不得不选择更大气量的压缩机来补偿再生损失的压缩空气。初始投资上节省的费用在使用仅仅几个月后就耗尽。除油：为了达到工艺上要求的纯净空气，要选择能直接满足空气品质需求的压缩机。

5.优化压缩机房的设备运行

压缩空气节能的另一方面是对于多台压缩机的机房优化控制能带来很多好处。智能集中控制器连续监测用气量的变化，选择最有效的机器组合，以最佳的能耗效率来满足气量要求。如果没有集中控制器，每个压缩机通常被设置不同的压力带，叫作压力阶梯。压缩机运行的平均压力提高，要消耗更多能量，造成浪费。集中控制器可以降低平均压力，减少能源消耗。

6.配置能量回收装置

在压缩过程中压缩机几乎把所有电能都转换成热量。安装能量回收装置后，这部分的热量能以热空气或热水的方式被回收。热空气的使用受到一定的限制，主要用于空间加热。热水的应用场合非常宽广，不但能用于厂房加热和热水洗澡，还能连续提供工艺所需的热水，或作为锅炉给水的预热，最终成为蒸汽。精确设计的热水型能量回收装置能够回收输入电能的90%，其余10%因辐射而损失。事实上，高效换热器能把