摘要

分析空壓系統節能技術在紡織企業中的應用效果。討論了空壓系統節能改造的節能性、經濟性及必要性。通過試驗測試與理論計算，分析了空壓系統應用不同節能技術的效果。結果表明：該企業空壓系統應用節能技術后，壓力波動較小、機組效率較高，每年可省電845.8萬kW•h，節能、節支效益非常明顯。認為：企業進行空壓系統優化改造時，應結合實際情況，從壓縮空氣生產、輸送和使用三個方面綜合應用節能措施，以實現降低空壓機組生產能耗之目標。

關鍵詞

空壓系統;空壓機;變頻調速;中央控制;余熱回收;分壓力供氣

壓縮空氣具有清潔、安全、使用方便等特點，在紡織行業中已成為僅次于電力的第二大動力源。壓縮空氣生產是一個高能耗過程，通常占到紡織企業總能耗的25%～35%，所以壓縮空氣生產成本直接影響企業的市場競爭力。紡織企業空壓系統5年的運行成本構成中，初期設備投資和維護保養費用占到23%，而電費高達77%，因此充分挖掘壓縮空氣生產和使用過程中的節能潛力意義重大。本文結合紡織領域壓縮空氣的生產、輸送和使用過程，通過分析某紡織企業空壓系統應用的不同節能技術及其節能效果，討論了空壓系統優化改造的必要性、節能性和經濟性。

1紡織廠空壓系統常用的節能技術

一個典型的空壓系統由壓縮空氣的生產、輸送和使用三部分構成，因此系統節能改造應從以上三個方面著手進行，以達到節能、節支的目的。

1.1壓縮空氣生產的節能技術

空壓機是空壓系統最重要也是耗能最大的部分。壓縮空氣生產過程中節能與否決定了整個系統的主要節能效果。空壓機生產壓縮空氣的過程需要對空氣做功，該過程使空氣壓力升高的同時還會產生大量壓縮熱，使壓縮后的空氣溫度升高。但這些熱量對空壓機是有害的，如果不及時排出會造成空壓機耗電增加，嚴重時還會影響空壓機使用壽命。因此，壓縮空氣生產過程節能技術的應用除了可以降低機組能耗外，還可以設法利用壓縮熱，提高系統能源利用率。壓縮空氣生產過程常用的節能技術包括：提高空壓機自身效率、運用變頻調速技術、空壓機中央控制技術、余熱回收技術、分壓力供氣和壓力流量控制技術等。

1.2壓縮空氣輸送和使用中的節能技術

壓縮空氣通過管網輸送至各用氣點，其輸送和使用過程在系統中必不可少，該過程中的節能性對系統能耗的影響不容忽視。大部分空壓系統都存在輸送過程壓降大和壓縮空氣泄露等問題，因此降低管網壓降、控制壓縮空氣泄漏就顯得更加必要。壓縮空氣輸送和使用過程的優化主要從優化管網配置和減少壓縮空氣泄露兩個方面進行。對于以上節能方法，每個企業都應從自身的實際情況出發做具體分析，盲目照搬照用非但不能降低系統能耗，還會造成壓縮空氣節流，增加企業運行成本。因此，實地考察、深入了解系統壓縮空氣使用與機組運行情況，合理正確應用節能技術顯得非常重要。

2某紡織企業空壓系統簡介

某紡織廠空壓系統有空壓機10臺，其中有離心機式空壓機3臺，總功率為4290kW;無油螺桿式空壓機5臺，總功率為2690kW;剩余2臺為變頻無油螺桿式空壓機，總功率為1015kW。基于工藝要求，該企業空壓系統設有絕對壓力為0.85MPa管網1套(由2臺無油螺桿式空壓機供氣)，0.75MPa管網2套(由剩余8臺全部用于該管網供氣)，高壓管網設有壓縮空氣儲氣罐1個，儲氣量為34.4m3/s(0.57m3/s)，2套低壓管網布置完全相同，共設有壓縮空氣儲氣罐2個，儲氣量為880.1m3/s(14.7m3/s)。該空壓系統為新建系統，目前已經使用了提高空壓機自身效率、變頻調速技術、中央控制技術、余熱回收技術和分壓力供氣等節能技術措施。

3某紡織企業空壓系統應用的節能技術措施分析

3.1提高空壓機工作效率

提高空壓機工作效率是保證空壓系統節能運行的基礎，可通過對現有空壓機組進行定期維護、保養和使用高效機組替代原有機組方式實現，前者適用于任何機組而后者僅適用于企業現有機組需要更換的情況。判斷空壓機是否高效運行是通過對空壓機在一定壓力下全效率是否降低為依據來判斷。

目前，該紡織企業無空壓機組需要更換，因此只需針對空壓機主機、潤滑系統、冷卻系統、電氣裝置建立全面的檢查維護方案并進行周期性檢查、保養，以提高機組效率、降低系統運行能耗與成本。對該企業定期維護保養前后的一套低壓機組系統的運行情況進行測試，測試結果對比如下。

通過分析，該低壓機組全效率由原來69.48%增加至74.67%，提高了5.19個百分點。當全部機組滿負荷運行時，額定功率為7995kW，在生產相同壓力、流量的壓縮空氣時，機組功率降低415.7kW。該紡織企業采用全天不間斷、全年350天的運行方式，每年可省電349.2萬kW•h。

3.2變頻調速技術

空壓機為恒轉矩，其功率與轉速可近似看成線性關系。目前，變頻調速技術主要針對螺桿式空壓機，采用變頻調速技術的螺桿式空壓機在加載時，變頻器控制空壓機的電機使其低速啟動;正常工作時，變頻器依據系統壓力，計算電機所需頻率調節轉速，達到所需壓力。該技術解決了空壓系統負荷降低時，空壓機仍滿負荷運行造成的能源浪費問題。應用該技術時應該根據空壓系統用氣負荷波動范圍來確定如何對無油螺桿式空壓機組安裝變頻器。該紡織企業有2臺額定功率分別為700kW和315kW的變頻無油螺桿式空壓機。本文對額定功率功率700kW、速度1700r/min的變頻無油螺桿式空壓機工作3050h運行情況進行測試，結果見表1。

通過分析，該無油螺桿式空壓機負載率(電機實際速度與額定速度的比值)為60%～80%的運行時間最長，占總運行時間的45%。采用變頻技術后空壓機實際功率的加權平均值降低194.6kW，占額定功率的27.8%。該技術的應用使機組每年省電163.5萬kW•h。

3.3空壓機中央控制技術

空壓機中央控制技術適用于多臺空壓機聯合運行的空壓系統，該技術根據系統壓力和流量變化分析控制不同空壓機啟閉與加卸載。該技術使系統在保證用戶正常用氣的同時，降低了系統壓力波動，提高了機組運行效率。該紡織企業空壓系統使用AtlasCopco公司研發的ESC8000中央控制技術，對應用中央控制技術后的一套系統進行測試，測試結果見表2。

在測試時間段內，應用中央控制技術后的空壓系統最大壓差為0.044MPa，為儲氣罐平均壓力的6.1%，波動較小;空壓機組全效率最高為77.3%，且平均為74.7%，處于較高水平。應用空壓機中央控制技術后，系統壓縮空氣壓力波動小，質量提高，節能效益明顯。

3.4余熱回收技術

空壓機生產出的高溫壓縮空氣，無論采用風冷還是水冷方式將熱量直接排至大氣，都會造成能源的大量浪費。余熱回收技術目前主要應用于螺桿式空壓機，可利用換熱設備將熱量回收再利用，以達到節能、節支的目的。該紡織企業5臺無油螺桿式空壓機安裝余熱回收裝置，并用回收的熱量生產熱水。該企業中間冷卻器與后冷卻器的冷卻水系統串聯連接，高溫空氣與冷卻水換熱采用逆流換熱。

自由空氣進入空壓機氣缸被壓縮，變成高溫空氣進入中間冷卻器、后冷卻器被冷卻，成為低溫空氣。本文對1臺額定功率為630kW的無油螺桿式空壓機和冷卻器運行參數進行測試與計算，計算時假定中間冷卻器與后冷卻器的進出口冷卻水溫度相等，結果如下：冷卻進出水量1.51kg/s，進口/出口水溫24.2℃/63.6℃，中間冷卻器進口/出口空氣溫度165.2℃/49.7℃，后冷卻器進口/出口空氣溫度171.4℃/40.1℃。冷卻水的熱量可依據下式計算：

式中：cP為水的定壓比熱容，取4.183[kJ/(kg•k)];m為水的質量流量(kg/s);t′w、t″w分別為換熱器冷卻水的進出口溫度(℃)。

該冷卻器冷卻水的熱量Q為248.9kW，螺桿式空壓機額定功率為630kW，取其輸入功率系數為0.9，則該空壓機的輸入功率P為567kW，余熱回收可利用率η=Q/P×100%=245.9/697×100%=43.9%。該紡織企業無油螺桿式空壓機組輸入功率為2421kW，假設機組余熱回收可利用率均為43.9%，機組回收實際熱量為956.5kW。按照該市非居民用熱價格0.21元/kW•h計，該企業用熱成本降低200.9元/h，每年可減少運行成本168.8萬元。

3.5分壓力供氣

分壓力供氣是針對一個企業有兩種或更多壓力需求，機組需滿足高壓要求生產壓縮空氣，這樣會造成低壓用戶能源浪費，且低壓用戶用氣量越大，浪費越明顯。對該紡織企業不同壓力的用氣負荷進行測試，結果如下：產氣壓力0.75MPa，耗氣量14.67m3/s;產氣壓力0.85MPa，耗氣量0.57m3/s。

通過測試發現，該企業壓縮空氣低壓用氣量遠大于高壓用氣量，若該企業未分成高、低壓供氣，生產壓縮空氣壓力為0.85MPa、流量為15.24m3/s時，空壓機組功率為4366.1kW。分壓力供氣后，高、低壓機組功率分別為163.3kW、3957.0kW，總功率為4120.3kW，降低245.8kW，年節電量為206.5萬kW•h。

3.6優化管網配置

管網優化配置適用于任何空壓系統。壓縮空氣管網是系統中必不可少的組成部分。設計合理的管網，其壓降一般控制在供氣壓力的5%～8%。該企業有低壓系統和高壓系統，對兩種系統儲氣罐與用氣點壓力進行測試，見表3。

通過測試，該企業高、低壓系統壓降分別占到各自供氣壓力的15.0%和10.6%，因此該企業空壓系統管網配置不合理。經過調研發現，壓縮空氣壓降過大原因是管徑過小、流速過大。依據高、低壓管內流量分別為34.4m3/min、440.1m3/min和壓縮空氣管內推薦流速廠區5m/s～12m/s、車間5m/s～15m/s對管徑進行優化。優化后的高、低壓管網壓降分別為0.052MPa和0.056MPa，在保證用氣點壓力不變的前提下，機組產氣壓力可以分別降低至0.8MPa和0.7MPa，功率分別為118.5kW、1979.5kW，兩套系統機組總功率降低72.4kW。該企業有兩套低壓系統且布置完全相同，優化前后壓降相同，因此系統機組總功率減少144.8kW，年耗電量將減少121.6萬kW•h。

3.7其他節能技術

通過分析發現，在該企業采用壓力流量控制技術并不適用。壓力流量控制技術是依靠壓力流量控制器消除間歇運行的大用氣量設備引起系統壓力的波動。該企業無間歇性用氣設備，若盲目地加裝壓力流量控制器，會造成壓縮空氣節流和阻力增大，所以并不適用。目前，大部分企業都存在壓縮空氣泄漏的問題，泄漏率為20%～30%，有的企業甚至更高。徹底消除泄漏很難做到，企業應積極采取措施將泄漏率控制在合理范圍(系統使用少于1年，泄漏率不超過7%，系統使用2年～5年，不超過10%，系統超過10年，小于12%)。對該紡織企業空壓系統采用抽樣測試的方法對泄漏量進行測試，該企業壓縮空氣平均泄漏量為66.1m3/min，該系統屬于新建系統，投入使用3年，泄漏率為7.5%未超過10%，該泄漏率在許可范圍內。因此該企業目前無需對系統進行堵漏。

4結論

(1)空壓系統在紡織企業是耗能大戶，企業應結合實際情況，合理正確地使用節能技術，降低系統能耗與運行成本，可提高自身市場競爭力。

(2)該紡織廠空壓系統在提高空壓機自身效率、應用變頻調速技術、分壓力供氣和優化管網配置后，每年可分別為企業省電349.2萬kW•h、163.5萬kW•h、206.5萬kW•h、121.6萬kW•h，且應用余熱回收技術后每年可降低用熱成本168.8萬元，同時綜合應用節能技術后的系統壓力波動減小、機組效率提高明顯。

(3)在對空壓系統進行堵漏前，應對系統泄漏量進行測試評估，并積極采取措施進行檢漏堵漏，將泄漏率控制在合理范圍內;對于無間歇性用氣設備或間歇性用氣設備用氣量不大的系統，應盡量避免使用壓力流量控制技術。