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压缩空气系统节能评估与改造

 

现状及背景

    自工业革命以来，空压机即是工厂里面最重要的设备之一。随着世代的演进，各种新型压缩机及新应用不断产生，压缩机的应用范围越来越广。为了使压缩机能够提供稳定的压力和运转模式，也为了节约能源，全世界压缩机厂商想办法开发出不同的控制方式。依照原理来区分，大致有进气泄载、排气泄载、排气回流、进气节流和空重车等。

以上几种控制方式虽可满足压缩机在运行要求，但是就使用者而言，是想得到一个压力稳定而又能随负载比例变化来增减耗电量的压缩空气系统

随着世界一体化进程的加快，我们进入了微利时代。怎样提高企业的市场竞争力是每个企业经营者都面对的一个重要问题。据美国《财富杂志》报道，目前电费是制造业唯一未被控制的成本；其中电费中相当部分是由被称之为“幻影能源”的空气压缩机、中央空调和照明所产生的。

 

ISO14000                        十一·五计划

2006年中国国家发布五年计划　         防止全球温室化，减轻环境负荷

以及经营、管理有限能源              “节能降耗”被作为重要课题提出

9大重点节能产业                  实施对策

钢铁、有色金属、碳、电力、石油       指导节能推广、开展节能活动

化学、建筑材料、纺织、造纸           改革产业结构、开发高新技术

 

                           

   在压缩机运行所必须的经费中，电费占80﹪左右，节能对策与企业整体成本的下降息息相关。

 

您考虑过压缩空气的成本吗？

※ 空气压缩机“大马拉小车”的现象非常普遍，这主要来自两个原因：

   ◆在选型中，所选空气压缩机的额定排气量往往大于负载用气量的最大要求；

   ◆空气压缩机运行的负载始终是变化的，而我们所选压缩机要满足生产的最大负载要求，实际上最大负载只是间断出现，其它时间负载却小得多；

※ 绝大多数工厂的空气消耗量都是一直在变化的，当消耗量降低时，空气压力开始升高，反之则降低，这个现象反过来证明了两个事实：

   ◆ 空压机排气量必定大于消耗量。

   ◆ 压力开关的低压设定必定满足工厂需求的压力值。

※ 为此，我们有必要重新认识和评估整体的压缩空气系统

 

传统空压机的两种控制方式

 

红线为变频耗能曲线。

绿线为加卸载耗能曲线。

蓝线为进气容调耗能曲线。

註: 加卸载越频繁，曲线弯曲度越大，

    压缩机月耗能。 直线是表示系统

    储气罐为无限大时之耗能曲线。

 

1、加卸载控制方式

   加卸载控制方式是依据压力开关的压力设定作加卸载运行，加载时排气量为100﹪，

卸载时排气量为0﹪，所以存在两个浪费

   ﹡压缩机空车时的动力消耗

   ﹡超过低压设定值的动力消耗

   压缩机在加卸载模式下运转，在50﹪的负载时，压缩机将会经常在加载（提供最大气量输出及使用最大电流）与卸载（0气量输出但消耗约40﹪的电流）之间切换，也即消耗着72﹪的全载电力但确仅有50﹪的输出气量，结果是损失了近30﹪的运转效率。

2、进气容调控制方式

    进气节流方式是限制自然空气进入压缩主机进气口的量，以此来减少压缩空气的输出量，当压缩机持续运转在进气节流模式下，在固定的流量下，节能效果是一个固定比值，而且能源消耗比值在低排气量时将无法成等比例变化。

                     

※ 压缩机本身存在一个公式：

           HP/M/min=P1/0.45625×K/(K-1)×｛(P2/P1)^(K-1)/K-1｝

          P1：进气压力，  P2：排气压力，  K：气体常数

    在排气压力不变的情况下，进气压力改变只能导致单位排气量减小，也可理解为容调增加压缩比从而导致功率消耗增加。当采用进气节流模式的压缩机运转在50﹪的空气消耗量时，会限制50﹪的自由空气进入压缩主机进气口，如此是消耗了85﹪的全载电力但仅提供50﹪的输出气量，结果是损失了近40﹪的运转效率。

                                  

   变频节能改造

   压缩机电机的转速与电耗成一次方关系，降低电机转速将减少实际消耗功率。

       马达转速与频率之间的关系：   rpm=120×Hz/P

                                  Hz：频率， P：电机级数

 

   为此，我们改用变频器来驱动马达的话，即可对输出频率进行调变，进而使电机产生不同的转速，电机即可在其机械特性允许的最高和最低转速之间运转，通过转速的不同而输出不同的压缩空气量，这样就实现了功率消耗与实际用气量线性比例变化的节能效果。

   仅以变频后的空压机和空重车控制的定速螺杆空压机相比，由于变频空压机压力稳定，压力精确度可达0.1kg/cm2，因此首先节省了1－2kg/cm2的压差损耗浪费，而每1kg/cm2的压差能耗约相差8％，其次，定速螺杆空压机在空车时能耗约为40％，此时不产生任何压缩空气，这部分能耗也为变频空压机所节省。

                

   FUZZY节能控制器

 

   它是一个闭环控制模式，采用先进的lntel微处理器及FUZZY智能逻辑控制回路，能实现对空气压缩系统实时监测、动态控制，其原理为：用压力传感器实时感应系统中实际气压和用气量，通过电气控制和变频控制的精确配合，控制马达转速使能耗与产出成等比例，以实现高品质压缩空气的按需输出，并保持稳定的系统压力。

   FUZZY节能控制器可实现一拖二变频控制

   可与原有控制并存

   变频与工频可任意切换

 

 

 

 

变频压缩机FUZZY智能逻辑控制图

 

节电效果曲线图

                     
   从左图分析可知，安装节电装置后，和原方式相比油泵的输出功率在一个周期的各个时间段内均有不同程度的下降，特别是有冷却时段的输出功率几乎为零。图中阴影面积相当于节省出来的电能。

FUZZY节能控制器的优点

   提高排气压力的稳定，有利于提高产品的合格率

    提高电机功率因数

    降低启动电流减少对电网的冲击

    消除星三角切换之高电流

    延长压缩机使用寿命，降低故障率，减少维修成本

    降低机组运转噪音，提高工作环境质量

    降低能源消耗和生产成本，提高产品竞争力，提升企业形象

 

省电计算举例   

 

    一般而言，变频控制模组在一年半即可收回购置成本，在随后的至少十年内为您带来70﹪以上的年投资回报率。

    您的压缩机还在日积月累地增加着企业的经营成本吗？现在不用担心了，奥之神公司将为您的压缩机现状提交一份节能评估报告，并为您设计一套压缩机节能升级方案。