2.空压机系统节能

工业领域电力需求侧管理促进中心空压机系统节能工业领域电力需求侧管理促进中心中国电力科学研究院2015-02-27工业领域电力需求侧管理促进中心主要内容一、空压机基础知识二、空压机节能潜能三、空压机节能技术四、空压机节能案例工业领域电力需求侧管理促进中心动力用压缩机•压缩空气作为动力风源，在矿山、建筑等机械行业中用来驱动各种风动工具，如风钻、手动扳手等；•压缩空气用于控制仪表及自动化装置，如机械加工中心的刀具更换、喷涂等；•纺织工业中的运输；•采矿：油田注气、爆破采煤；•气体运输：煤气/天然气；工业用压缩机•化学工业：合成氨/尿素，高压聚乙烯；•石油炼制：脱硫，石油裂化催化；制冷和气体分离用压缩机1、空压机的分类一、空压机基础知识工业领域电力需求侧管理促进中心按照工作原理分为：容积式压缩机、动力式（速度式）压缩机按排气压力分为：低压压缩机0.2~1.0MPa中压压缩机1.0~10MPa高压压缩机10~100MPa超高压压缩机100MPa按排气量分类：微型压缩机1m3/min小型压缩机1~10m3/min中型压缩机10~100m3/min大型压缩机=100m3/min2、空压机的用途一、空压机基础知识工业领域电力需求侧管理促进中心工业领域电力需求侧管理促进中心通过连接空气压缩机建立一个压缩空气网络工业领域电力需求侧管理促进中心效率负载率=运行时间负载时间100类型DSD201CS90CS90功率[kW]1105555运行时间[h]1.01961.75072.044负载时间[h]35546.37339.551无负载时间[h]66415.37732.493负载率in%347555基础负载压缩机的负载率应该大于90%,尖峰负载压缩机的负载率应该大于80%负载时间无负载时间电流输入工业领域电力需求侧管理促进中心压缩机运行状态示例1:在每次启动运行之间的空转时间过长工业领域电力需求侧管理促进中心示范3:供大于需的压缩机02040608010012020:0020:0420:0820:1220:1620:2020:2420:2820:3220:3620:4020:4420:4820:5220:5621:00Leistung[kW]压缩机运行状态功率工业领域电力需求侧管理促进中心压缩空气损失的经济成本泄漏孔的直径如果运行压力是6bar耗电量成本(8760小时/年,0.64元/kWh)[mm][m³/min][kW][元/年]10,0650,31671.7720,2401,79472.5840,9806,536252.4462,1201266948.40工业领域电力需求侧管理促进中心举例：压缩空气泄漏点工业领域电力需求侧管理促进中心治理措施：压降治理，管路各段设立压力表，一般空压机出口到工厂使用点，压降不能超过1bar，严格的甚至是不超过10%即0.7bar，冷干过滤段的压降一般0.2bar，详细检查你的各段压降，有问题的管网段机及时检查维护。在保证生产的情况下尽量调低空压机排气压力，压力每低1bar，节能约7~10%。工厂尽量布置环型管网，平衡各点用气压力。二、空压机节能潜能工业领域电力需求侧管理促进中心空压机台数控制。空压机集中联动控制，避免多台空压机参数设置时造成的阶梯式排气压力上升降低空压机进气温度提高冷却水的冷却效果，尽量降低冷却水温度，特别是夏天做好设备维护、清洁，增加空压机散热效果，水冷、空冷等换热器的交换效果，保持油质。二、空压机节能潜能工业领域电力需求侧管理促进中心1、集中控制方式三、空压机节能技术工业领域电力需求侧管理促进中心2、空压机变频节能三、空压机节能技术工业领域电力需求侧管理促进中心采取变频调速方式来降低空压机电动机的轴功率输出。改造之前，空压机的压力达到设定压力时，即会自动卸荷；改造之后，空压机并不卸荷，而是通过降低转速来降低压缩机时的产气量，维持气网需要的最低压力。这里有两个地方可以节能：①减少压缩机从卸荷状态到加载状态这一突变过程带来的电能消耗。②电机的运转频率降低至工频以下，使电机轴的输出功率减少。以上两种方式都不同程度的降低了空压机在运行过程中的能源消耗。三、空压机节能技术2、空压机变频节能工业领域电力需求侧管理促进中心3、空压机余热回收利用三、空压机节能技术工业领域电力需求侧管理促进中心空压机热能回收是一项非常环保的节能方式热能回收装置工作原理：空压机的高温油经过热交换器把热量传递到冷却水中，冷却水被加热后流到保温贮水桶中，这样就可达到热能回收的目的。热能回收实现的条件：空压机的热能回收后，出水温度可控制在40℃~75℃范围内同时油温应保持75-95℃，是理想温度在80-90℃之间，这么高的油温就给加热冷却水到75℃提供了可靠的条件热能利用：温度较低时水可用于员工的生活方面，如冲凉；温度较高时水可用于生产线工艺加热用水。利用余热回收冷却水的热量同时也减少冷却塔散热风机的负荷。三、空压机节能技术3、空压机余热回收利用工业领域电力需求侧管理促进中心三、空压机节能技术3、空压机余热回收利用工业领域电力需求侧管理促进中心空压机热水器及散热器三、空压机节能技术3、空压机余热回收利用工业领域电力需求侧管理促进中心案例一：空压机变频改造1、空压机改造前的运行状况设备改造前，两台空压机一用一备，全部工作在工频状态，起动方式为星三角降压起动，压力控制采用两点式控制（上下限控制），即空压机气缸内压力达到设定上限时，空压机通过本身的油压关闭气阎，当压力下降到设定下限时，空压机打开进气阀。由于生产过程中用气量的变化，空压机也频繁地加载和卸载，经常是加载2min，卸载4min，在用气量小的时候，有时还停机10min，重新起动，对空压机、电动机和电网都有很大的冲击。并且空压机在空载过程中不产生压缩空气，电动机处在空载状态，白白消耗电能。因此对其进行变频改造是很有必要的。四、空压机节能案例工业领域电力需求侧管理促进中心2、空压机变频改造实施方案•系统参数：–空压机型号GAl32-85–主电动机型号YXLA–额定功率132kW–315M-4–额定电压380v–额定电流250Al485r/min–远传压力表VTP10-A-G10-B–变频器科姆龙无感矢量变频器kv2000–G1320-4T–额定电流253A四、空压机节能案例工业领域电力需求侧管理促进中心•根据空压机实际运行状况，用一台变频器来控制两台空压机，通过电气控制来转换两台空压机的变频运行，这样当一台空压机出现故障时，很快转换到另一台空压机运行，既不影响生产又节约了设备投资。•系统改造时保留原工频系统不变，增加变频系统，做到工频/变频互锁切换，当变频器发生故障时，利用原工频系统运行。本系统采用压力闭环调节方式，通过变频器的控制面板设定空气压力定值，在储气罐上安装个压力传感器。•将空气压力信号转换为0～5V的电信号，反馈到变频器内部的PID调节器，调节器将信号与压力定值进行比较运算，然后输出控制信号，变频器再根据此信号输出频率，调节电动机的转速，使空气压力保持稳定，这样空压机始终保持在节电运行状态四、空压机节能案例2、空压机变频改造实施方案工业领域电力需求侧管理促进中心3、系统改造时应注意的问题（1）电动机的散热问题：•由于电动机是靠它自带的风扇进行散热的，在工频以下运行时会影响散热效果。为此，我们经过长时间的观察，最后将变频器的频率下限设定为25Hz.（2）空气压力问题：•系统压力设定时，在满足生产工艺的条件下，压力不要设定的太高，这样节能效果会更明显。经过长时间的摸索，我们将空气压力设定为0.6MPa。四、空压机节能案例工业领域电力需求侧管理促进中心4、节能效果及经济效益分析•改造前，空压机加载运行时运行电流240A，运行时间2min，卸载时运行电流110A，运行时间4min。•改造后，空压机频率基本上在30～45Hz，运行电流平均120A，无卸载时问，基本不停机。用电量分析：每天工作24h，每月30天。改造前为W=1.732•I•U•24x30/1000=72661kW•h改造后为W=1.732•I•U•24x30/1000=56865kW•h由上可计算出，改造后每月可节电W=15796kW•h每度电按0.58元计算，每月节省电费9161.68元。整个系统改造费用9万元左右，10个月即可收回投资。四、空压机节能案例工业领域电力需求侧管理促进中心5、改造后效果节能降耗。电动机从低速起动，冲击电流小，电动机和空压机运行平稳。由于变频器具备较强的保护功能，降低了设备故障率。系统压力更加稳定，提高了产品质量。四、空压机节能案例工业领域电力需求侧管理促进中心空压机在工作中，由于负载的不稳定导致供气管网压力的波动，进而导致空压机的频繁加卸载。而空压机卸载不产气的同时会消耗满载能耗的70%的能耗。节能监控系统利用智能算法，控制空压机运行，使空压机匹配负载、按需供气。系统功能：空压机群管理功能：依据用气情况合理控制空压机运行数量，平衡空压机运行时间，该系统具备自学习能力，不断优化运行方式，实时检测空压机排气压力温度、运行状况，可以手动控制空压机，对空压机运行异常进行报警，对空压机运行情况进行记录、存储、查询，生成日报表、月报表、年报表。空压机辅控功能：通过调节单台空压机运行，稳定压缩空气系统整体压力，同时记录相关数据，生成报表。干燥机联控功能：控制干燥机运行数量、时间，根据产气量合理匹配干燥机启停，控制干燥机入口电动截止阀。案例二：节能监控系统在空压机节能改造的应用四、空压机节能案例工业领域电力需求侧管理促进中心气体流量计量管理功能：实时监测压缩空气管网压力、流量、露点，压力异常时进行报警，对用气情况记录、存储、查询，生成日报表、月报表、年报表，任意时间内进行成本核算。电力计量管理功能：实时监测空压机用电电流、电压、功率因数，对用电情况记录、存储、查询，生成报表，任意时间内进行用电成本核算。空压机房设备维保管理功能：空压机房内设备维护保养记录管理，相关设备维护定时提醒。管道供气节能管理功能：安装管道供气节能管理单元，对气体流量高精度控制，实时控制高压气体溢流量，对溢流情况记录、存储、查询，生成报表。冷却水循环监控功能：实时监测冷却水压力、温度，根据冷却水用量调整水泵运行冷却水异常报警，对用水量情况记录、存储、查询，生成报表，对任意时间内冷却水成本进行核算。冷却水阀门联控功能：根据空压机运行情况对冷却水阀门进行控制。四、空压机节能案例工业领域电力需求侧管理促进中心1、基本情况目前，在玩具厂，发泡厂，注塑厂等厂矿企业空压机用量很大，一般从几千瓦到上百千瓦不等。而随着产品生产进入微利时代，在竞争日趋激烈的今天，由于诸多不利因素导致产品价格居高不下，利润降低，厂家急需有一种新的方法，在同业中保持质量与价格均占优势，以维持收益，那就是节能增效，降低产品的消耗，提高设备的效率。案例三：余热利用四、空压机节能案例工业领域电力需求侧管理促进中心2、空压机余热利用设备节能原理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压缩腔排入油气分离罐，从而分别得到高温高压的油、气。由于机器工作温度的要求，这些高温高压的油、气必须送入各自的冷却系统，其中压缩空气经冷却器冷却后，最后送入使用系统；而高温高压的润滑油经冷却器冷却后，返回油路进入下一轮循环。四、空压机节能案例工业领域电力需求侧管理促进中心3、空压机余热利用系统改造前后之对比：(1)、改造前，存以下能量浪费：第一：空压机所产生的高能量的热能白白浪费掉、无法合理利用；第二：空压机因高温而引起的机油碳化,橡胶油管老化,轴油封漏油等一系列故障，带来的高成本的维修费，并且还影响生产。四、空压机节能案例工业领域电力需求侧管理促进中心3、空压机余热利用系统改造前后之对比：(2)、改造后，从以下方面实现节能：第一：无运行成本：不用烧油、不用耗电，完全利用螺杆空压机热能，同时散热风机很少运转，对空压机本身