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我国目前螺杆空气压缩机能耗浪费和美国、英国、意大利、西班牙、法国和新加坡等国的对比以及浪费原因及改进意见

  我国目前螺杆空气压缩机系统电能消耗占工业能耗的7~9.5%左右,全国空压机耗电量约为3500亿kW·h/a,其中有效能耗只占66%,其余34%的能源(约1190亿kW·h/a)成为无用功,空压系统的节能势在必行。大量的数据表明,压缩空气系统的主要费用都耗费在运行环节上,在其生命周期中,运行费用(电费)占据的比例高达75~90%。

  随着科技的发展,空气压缩机作为一种重要的动力输出,被广泛应用于机械、冶炼、钢铁、建材、半导体、热电、医药、化工、食品、纺织、医药等众多工业领域。然而,空压机属于高能耗设备,在某些行业耗电占到了生产耗电的80%以上。节能是一项长期的战略任务和基本国策,也是实施十三五规划的紧迫任务。要深入贯彻科学发展观,以提高能源利用效率为核心;以转变经济增长方式,调整经济结构,加快技术进步为根本;强化全社会的节能意识,建立严格的管理制度,实行有效的激励机制;增强可持续发展能力。

  水泥和化工生产是高耗能行业,水泥行业能耗占全球能源消耗的3%,水泥行业的二氧化碳排放量占全球碳排量的 6%,而全球超过40%的水泥在中国生产。水泥工厂最大的挑战是能源消耗(热能和电能消耗),约占生产成本的 45%~65%。近年来,中央和地方政府对能源密集型的水泥行业加强管控,要求提高生态效益和可持续性,并出台规章制度和罚款条例,敦促水泥企业降低能源消耗,减少二氧化碳的排放。因此,如何通过精细化管理,对水泥能耗深入挖潜,提高能源使用效率,是每个水泥企业都要面临的一个课题。

中国与美国、英国、意大利、西班牙、法国和新加坡等国的能耗对比图

  根据现场调研与检测获取的大量生产数据(上图),结合工程经验,发现大部分压缩空气系统运行能耗高的主要原因如下:

  一、设备效率低

  几年前配置的空压机大多属于低能效设备(下表),与终端等设备匹配不合理,仅仅为了满足生产的基本需求;空压机调节方式落后、无集中控制,用气量随机变化时,空压机因卸载而浪费严重;末端设备用气不合理、效率低、设备用气存在浪费。

一级、二级和三级的螺杆空压机节能率对比表

  二、供气压力不合理

  没有对供气压力进行分级规划,而是简单采用高压供气外加机械自力式减压阀来满足不同的压力需求,大量的能源浪费在阀门上。此外,当需求侧用气量变化引起管网压力的随机波动,为了避免机组的频繁启停,需要设定一个很宽的压力变化范围,造成空压机出口压力的大幅波动,增加了空压系统的运行能耗。

  三、能源浪费的原因

  1、空载能耗高。目前企业压缩机为单台N立方,压缩机开停只有N或N的倍数,空压机设备开停依赖人工管理的传统。尤其在用气负载频繁变化时,系统不能快速反应,也不能实现压缩机排量的微调。这形成了空压站各压缩机的空载。通常情况下,当压力达到y公斤时,空压机进入卸载运行状态,当压力降到x公斤时,压缩机进入空载状态,即关闭进气阀使电机处于空转状态,同时将油器预分离罐中多余的压缩空气通过放空阀放空。关闭进气阀使电机空转虽然可以使空压机不需要再压缩气体作功,但空压机在空转中还是要带动螺杆或者活塞做回转运动,电耗仍在继续发生。实际检测发现,空压机空载时的能耗高达其满载运行时的40%~55%(请参考下表)。

空气压缩机用电成本理论计算表格

  2、爬升能耗高。螺杆压缩机有两种运行模式,加、卸载运行模式或空载、满载运行模式。加、卸载控制方式使得压缩气体的压力在x公斤~y公斤之间来回运动。X公斤是最低工作压力值,即能够保证用户正常工作的最低压力(加载压力)。一般情况下,x公斤、y公斤之间关系可以用下式来表示:y公斤=x公斤+(1+δ),δ是一个百分数,其数值大致在10%~25%之间。压差一般在一公斤以上。通过理论计算和实际检测,得知空压机压力每增加1公斤,能耗增加5-6%。由此可知,在加、卸载供气控制方式下的空压机,其工作气压由X到Y,有一个气压爬升的能耗,存在事实上的能源浪费。同时,高于x公斤的气体在进入用气终端前,其压力需要经过减压阀减压至接近x公斤,压力越高流速越快,这就造成同样的工况,压力越高所耗气量越大。这一过程同样是一个能源浪费的过程。

  3、传统管理。在空压站的使用管理过程中,存在两种不可避免的矛盾。一种是企业对空压机管理人员有明确的考核,那么会出现气压经常不够或能少开就少开的习惯,不利于生产线的正常运行,或出现压力达不到设备使用要求导致用气终端故障增加。一种是对空压机管理人员没有明确的考核,这就会导致空压机多开、空压站空载能耗高的结果。无论哪种管理模式,其结果都会是空压站电能浪费增大,而且不利于安全生产。

四、空压站节能案例赏析

  案例一:

  某某水泥有限公司4500t/d熟料生产线项目于2008年8月18日点火投产,总投资6.2亿元,年产熟料155万吨,水泥200万吨,建设范围自石灰石、砂岩矿山开采及破碎至水泥成品出厂,并同步配套建设纯低温余热发电系统,属典型的节能型项目,污染物的排放优于国家规定的标准,可以有效的提高现有资源的综合利用率。

  空压机设备节能改造前后效益对比数据

  下面是就该公司采用《合同能源服务管理》方式对现役高危、高耗能空压机产品实现节能改造的节能效益和工程项目达成方式的阐述,请参阅:

  1、改造前服役空气压缩机能耗数据(表一)

  备注:目前开机情:  1.空压机房平时开机5开1备。

  2.开机总运行功率:557kW/排气量

  3.齿轮传动损耗:3—5%(以110kW按3%的损耗是3.5kW/每小时)。

  4.所有的冷干机都未运行。

  备注:此份实时数据为该公司提供的,提供日期:2015年10月12日

  2、改造后服役空气压缩机能耗数据(表二)


  1、表1中得出:贵司正常使用是5台,铭牌功率110/kW*5=578kW;实际耗电557kW/每小时(实际运行压力在0.63);理论排气量在:100.6m3/min,实际排气量在85.51m3/min;

  2、表2中得出:采用益鑫提供的永磁同步双级压缩永磁变频一体机5台,90/kW*5=450kW; 实际耗电在453kW/每小时,理论排气量在:99m3/min,实际排气量在90m3/min;

  3、空压机设备节能改造前后节能量数据:采用同压力、同排量的节能空压机替换现用的空压机完成等同的生产量,节能空压机比原来的空压机在加载运行状态下每小时节省电量约104度,每小时节省电费约72.8元(电费按0.7元/度计算)。

  4、结论:该公司空压机节能改造后

  A、该公司节能效益收益

  ①运行1小时可节约电量约104度;可节约电费约72.8元;

  ②运行一年(365*0.95=346.75天/8322H)节约电量86.5万度;可节约电费约60.5万元;

  ③运行4万小时可节约电量约416万度;可节约电费约291万元。

 B、该公司节能效益收益

  备注:1.五年以后的常规保养费用在1.5万/元/台/年;

  2. 益鑫公司保证按照客户提供的空压机数据采集表节能率≥20%。

  3.客户零投入,五年所获利272.5万/元,十年获利525万/元。

 B、社会节能效益

  ①运行1小时可节约标准煤约0.0332吨;可减少二氧化碳排量约0.0664吨;

  ②运行4万小时可节约标准煤约1331吨;可减少二氧化碳排量约2662吨;

  ③随着碳排放上网交易,目前均价在25元/吨(目前7个试点城市,明年全国实施)。

  案例二:

  某某玻璃股份有限公司,占地800余亩,员工800多名,公司注册资本2亿元人民币,公司建于2004年,拥有两条700t/d超白玻璃及深加工生产线,年产超白玻璃860万重箱,钢化玻璃50万平方米,中控玻璃280万平方米。

  公司秉承“产品代表人品,质量代表形象”的经营理念,努力追求和和开发高科技、高标准、高质量的新产品,近年来创出了最佳的社会效益,成为同行业中一面旗帜。

  空压机设备节能改造前后效益对比数据

  下面是就该公司采用《合同能源服务管理》方式对现役高危、高耗能空压机产品实现节能改造的节能效益和工程项目达成方式的阐述,请参阅:

  1、改造前服役空气压缩机能耗数据(表一)

  备注:目前开机情况:A 正常开3台备2台,生产用气120m3/min  ;

  B 此3台设备出厂日期:2010年,随着时间的推移,设备保养费用会增加很大(5#主机即将大修,效率下降5—10%)。

  C皮带传动损耗:3—5%(以250kW按3%的损耗是7.5kW/每小时)。

  2、改造后服役空气压缩机能耗数据(表二)

  1、表1中得出:贵司正常使用是3台,铭牌功率250/KW*3=750kW;实际耗电846KW/每小时排气量在:120.8m3/min;

  2、表2中得出:采用益鑫提供的永磁同步双级压缩3台,200/kW*3=600kW; 实际耗电在660kW/每小时,排气量在:

  3、空压机设备节能改造前后节能量数据:采用同排量、同压力的节能空压机替换现用的空压机完成等同的生产量,节能空压机比原来的空压机在加载运行状态下每小时节省电量约186度,每小时节省电费约117.1元(电费按0.63元/度计算)。

 4、结论:贵公司空压机节能改造后

  A、贵公司节能效益收益

  ①运行1小时可节约电量约186度;可节约电费约117.1元;

  ②运行一年(365*0.95=346.75天/8322H)节约电量约154.7万度;可节约电费约97万元;

  ③运行4万小时可节约电量约744万度;可节约电费约468万元。

  B、该公司节能效益收益


  备注:1.五年以后的常规保养费用在3.5万/元/台/年;

  2.益鑫公司保证按照客户提供的空压机数据采集表节能率≥20%。

  3.客户零投入,五年所获利382.5万/元,十年获利854.5万/元。

 B、社会节能效益

  ①运行1小时可节约标准煤约0.0691吨;可减少二氧化碳排量约0.1382吨;

  ②运行4万小时可节约标准煤约2764.8吨;可减少二氧化碳排量约5529.6吨;

  ③随着碳排放上网交易,目前均价在25元/吨(目前7个试点城市,明年全国实施)。

五、推荐公司及产品篇

  双级压缩永磁变频一体机简述

  喷油螺杆空气压缩机采用永磁同步双级压缩来提高压缩机的能效,其能效的提高基于下列的三个主要原因:一是每一级压比的降低,提高了容积效率,降低了每一级的内外泄露;二是采用了永磁同步高效电机,效率在95%以上,比普通电机能效高5%--8%个点;三是在油气混合物在一级排气进入二级吸气之前,可充分混合,起到级间冷却的作用,这一较为充分混合的油气混合物进入压缩机的第二级进行压缩,也使得第二级的压缩过程更为接近等温过程,提高了压缩机的能效。

  1.关键技术

  (1)高效转子型线技术;

  (2)永磁同步高效电机;

  (3)级间冷却关键技术:在压缩气体通道上安装有多个喷射孔形成雾状喷射帘,以实现快速降温。整个过程接近等温,节能效果较好;

  (4)系统结构优化技术,其中包含压比分配优化技术、排气空口优化技术、喷油量优化技术等。

  2.工艺流程

  该技术工艺主要包括:压缩空气流程、润滑油流程和控制管路流程。具体工艺流程见图1。

  (1)压缩空气流程:空气通过进气过滤器将大气中的灰尘或杂质滤除后,由进气控制阀进入压缩机一级主机,在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合,经压缩后的混合气体从一级压缩腔排入联接腔,在联接腔内与喷入润滑油混合冷却,进入二级主机进气腔,并经行压缩、提高压力,从二级压缩腔排入油气分离罐。

  (2)润滑油流程:油气桶内的润滑油被压出,经温控阀、油冷却器,冷却后再经油过滤器除去杂质颗粒,然后分成两路。一路从机体下端喷入一级压缩室,冷却压缩空气,并通到一级及二级机体两端,润滑轴承组;另一路通过管路,喷入联接腔,降低一级压缩气体温度。而后各部分的润滑油再聚集于压缩室底部,由排气口排出。与油混合的压缩空气排入油气桶后,绝大部分的油沉淀于油气筒的底部,其余的含油雾空气再经过油细分离器,进一步滤下剩余的油,并参与下一个循环。

  (3)控制管路流程:起动→负载运行→卸载运行。

  主要技术指标

  备注:1级能效比3级能效节能>25%以上。