工业压缩空气系统优化潜力研究

基金项目：联合国工业发展组织和国家发改委资助：中国电机系统节能项目（F/CPR/0022）1前言压缩空气由于具有清洁、安全、使用方便等特点，目前己被广泛应用于工业中，在许多企业己经被称为“第四能源”，其能耗在大多数工厂中约占其全部能耗的10%~40%1.但压缩空气也许是*为昂贵的能源形式，因为在空压机消耗的能源中只有19%可以转化成可用功，81%作为废热散失掉了，以上数据还只是理论计算结果，没有考虑到系统的其他损失21.近年来，随着世界范围内能源价格的上涨和国内的用电短缺，政府对提高电机系统运行效率越发重视，企业也开始积极寻求降低压缩空气系统能耗的方法。目前，一些新的节能技术陆续发展起来，如变速驱动、中央控制、稳定压力和存储控制等，但是每个压缩空气系统动态特点各不相同，每一种节能技术都有一定的适用条件，只有对压缩空气系统的动态性能进行全面地测试和分析后，才能知道系统是否存在优化空间以及哪一种或几种节能技术能够被用来进行系统优化。

2压缩空气系统1系统构成一个典型的压缩空气系统由几个主要的分系统组成，包括空压机、动力源、控制、空气处理设备、附件以及管路分配系统，如所示。空压机吸入其周围的大气并压至系统设定的压力排入管道中，往复式、螺杆式和离心式空压机目前应用*为广泛。动力源为空压机运行提供动力。控制系统调节空压机产生气体的数量。空气处理设备除掉空气中的污染物，其它附件保持系统正常运行。管路分配系统类似于电路，把压缩空气传送到需要的地方。压缩空气系统的空气存储也可以提高系统性能和效率。

根据全生命周期成本分析理论测试压缩空气流量的方法有许多种，其中对管道中的流量直接进行测试是*为有效的方法，本测试系统选用了热式质量流量计，它是根据热传导原理测试管道中气体平均速度，进而根据管道面积计算系统流量。热式质量流量计的*大好处是不需要对温度和压力进行修正。

压缩空气系统测试过程中的压力传感器和数据记录仪进行配合，可以同时记录多点的压力值，从而可以绘出整个系统的压力梯度曲线，依此判断系统的压降是否合理。另外，结合流量测试数据进行综合分析，可以给出系统负荷变化和压力变化之间的相互关系。压力传感器有几种类型和规格，通常选用的压力传感器精度为0.量程）功率传感器可以直接测试空压机组的输入功率，根据功率变化评估空压机在系统负荷发生变化时反应是否及时，同时可以估算压缩空气系统地能源费用。

计算机用来与数据记录仪通讯进行设定和下载测试数据。

4系统性能分析1压缩空气的不正确应用在下列应用中经常会出现不正确的使用如：开路吹扫、喷射、除尘、雾化、员工冷却、手动喷枪、隔膜泵、空间冷却、真空文丘里管等等，使用未调节的压缩空气或给废弃的设备供气。是根据上海某公司测试数据绘制的某一车间的压力一流量变化曲线。在车间内有一台设备用未经压力调节的压缩空气干燥传送链上的金属部件，可以看出当该设备于15 22开始工作时，该车间压缩空气流量从35m3/nin上升至66m3/nin这是一个典型的压缩空气不正确应用，当通过压力控制或用高压风机实现该工艺要求，节能率可达52%以上。

42多空压机系统控制对于多台空压机并联运行的系统，保持只有一台空压机处于部分负荷状态起调节负荷作用，其他空压机均处于满载状态时，系统运行效率*高，但大量的现场系统测试结果显示：在多台空压机并联运行的系统中，经常会出现2台或2台以上的空压机处于部分负荷状态的情况，这使系统的运行效率明显降低。为某公司压缩空气系统空压机功率变化曲线。从图中可以看出，当恒压控制的1号螺杆式空压机开始调节减少输出时，加卸载控制的往复式空压机也开始加卸载来对系统的压力变化做出反应。3台空压机中的2台处于部分负载状态将会明显的降低系统运行效率，压缩空气的单耗会明显增加。根据系统测试结果，对系统采取了如下措施进行了优化：将1号空压机的控制方式由恒压控制改为部分负载效率更高的加/卸载控制；重新设定3号空压机的压力控制带，当系统负荷降低时，使部分负荷效率*高的3号空压机先下载；降低并稳定系统供气压力。

通过上述改进，空压机节能量达15.84%.压缩空气流经空气处理设备和管道时会产生压力损失。对于一个设计合理的压缩空气系统，从空压机出口到用气点的压降不应超过空压机排气压力的10%，过多的压力损失不但会导致系统性能降低，而且会使空压机能耗增加。对于供气压力为0 69MPa的系统，空压机排气压力每增加0014MP3空压机功率将增加1%.压缩空气系统测试可以同时监测并记录系统中各点的压力，通过绘制压力梯度曲线，可以对系统各部分阻力是否正常进行分析。对压缩空气系统增加不必要的设备也会增加的压力降，从而导致空压机排气压力升高，功耗增加。上海某公司为了生产安全对压缩空气过分处理，在系统总管中多安装了一个油过滤器，过滤器前后的压力梯度曲线如所示，压缩空气通过过滤器产生的0：能源浪费，中另外，测试中经常发现许多系统的压力波动范围过大，有时高达02MPa导致系统能耗增加。44系统配置问题每个压缩空气系统的配置都各不相同，许多企业会有两个或两个以上独立运行的相同或不同压力等级的压缩空气系统，这样每个系统中至少有1台空压机处于部分负载状态，使得企业在相同的压缩空气流量负荷满足生产时要消耗更多地能源。通过系统流量、压力和空压机功率测试，可以评估系统运行效率为优化系统提供依据。上海某材料厂曾经有2个独立的压缩空气系统，正常生产时每个系统各有1台恒压控制的螺杆式空压机处于运行状态，空压机容量分别为：10m3/ni和2Qtn3/nin经过系统测试发现：2个系统的总平均流量只有9.5m3/n奴峰值流量也小于16m3mn鉴于此，对2个系统进行了并网改造，改造后1台20m3mn即可以满足系统需求，并网前后空压机总功率变化曲线如所示，其平均值分别为141.7和1029，节能率达27.3%.时间并网前后空压机功率对比曲线45压缩空气泄漏1在工业压缩空气中k泄！

比较重要的一部分，有时浪费空压机产气量的笔者对50个压缩空气系统测试分析的结果进行了统计，共涉及空压机316台，总平均运行功率为27155M，总的节电潜力为3582，节能率*小为3%，*大为55%，平均节电潜力为132%，年节电潜力预计2700万千瓦时，需投资1704万元，简单投资回收期约为2年。

5结论（1）压缩空气是一种*为昂贵的能源形式，在工业企业能耗中占有很大比重，其能源成本占到全生命周期成本四分之三以上，很多系统都具有一定的节能空间，应该取措施以提高压缩空气系统的运行效率；下转第8页）5三角尺寸对性能曲线的影响液体通过与旋转的叶片相互作用获得能量，三角环形切割叶片虽可消除性能曲线驼峰，但会影响离心泵的扬程和效率，因此，必须慎重选取三角切割的尺寸。分别以边长为345、67和8nm的正三角切割叶片，进行CH）数值模拟分析，分别计算08Q、1.0和1.2Q3种工况下扬程、效率，结果见表3比较得出，4~5nm切割效果*佳，设计工况点扬程变化不大，效率较高。

表3切割尺寸与性能参数切割尺寸能曲线的驼峰，设计工况点流量、扬程、效率变化不大，具有较好的工程应用价值；小流量工况下，三角切割叶片出口边，对离心泵内部流场的压力、速度分布影响显著，有效平衡叶轮前、后盖板压差，降低叶轮出口及蜗壳内部的水力损失；本文分别对6个切割尺寸进行了数值模拟分析，结果表明：切割三角形尺寸在4rm~5nm范围内，泵的性能曲线驼峰消除，且扬程变化不大、效率较高。