空压机变频节能及余热回收方案报告

1、.专业资料分享.节能项目方案设计1 空压机变频节能改造1.1 企业空压机系统基本情况介绍某某科技（深圳）有限公司共有五台空气压缩机，其中三台用于A 栋 厂房 ，两 台螺 杆 式空 压机 37kW、型 号 ： OGFD37；一 台活塞 式 空压机 15kW、型号 ： AW19008。 供 A 栋 厂房 冲压 车间 、自动组 装机 以 及研发部门 用气 。 另 外两 台 螺杆 式空 压机 22kW、 型号 ： OGFD22，供 C 栋厂房注塑车间、机加工车间、组装、包装车间用气。1.2 空压机变频节能改造分析一：原空压机系统工况的问题分析1. 主电机虽然以星-角降压起动，但起动时的电流仍然很大，会

2、影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全。2. 主电机时常空载运行，属非经济运行，电能浪费最为严重。主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。3. 主电机工频起动设备的冲击大，电机轴承的磨损大，所以对设备的维护量大。空压机节能改造的必要性：鉴于以上对空压机的原理说明以及目前的工况分析，我们认为对空压机的节能降噪改造是必要的，这样不仅能够节约大量的运行费.WORD完美格式 .专业资料分享.用，降低生产成本，同时还可以降低空压机运行时产生的噪音，减少设备维护费用。二：螺杆式空压机的工作原理介绍单螺杆空压机空气压缩机工作原理，如图1 所示为单螺杆空气压缩机的结构原理图。螺 杆式空气压缩机的工作过程分为吸

3、气、密封及输送、压缩、排气四个过程。当螺杆在壳体内转动时，螺杆与壳体的齿沟相互啮合，空气由进气口吸入，同时也吸入机油，由于齿沟啮合面转动将吸入的油气密封并向排气口输送；在输送过程中齿沟啮合间隙逐渐变小，油气受到压缩；当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时，较高压力的油气混合气体排出机体。图 1单螺杆空气压缩机原理图三：压缩气供气系统组成及空压机控制原理.WORD完美格式 .专业资料分享.、压缩气供气系统组成工厂空气压缩气供气系统一般由空气压缩机、过滤器、储气罐、干燥机、管路、阀门和用气设备组成。如图2 所示为压缩气供气系统组成示意图。图 2压缩气供气系统组成示意图、空气压缩机的控制原理工厂的空气压缩机

4、控制系统中，普遍采用后端管道上安装的压力继电器来控制空气压缩机的运行。空压机启动时，加载阀处于不工作态，加载气缸不动作，空压机头进气口关闭，电机空载启动。当空气压缩机启动运行后，如果后端设备用气量较大，储气罐和后端管路中压缩气压力未达到压力上限值，则控制器动作加载阀，打开进气口，.WORD完美格式 .专业资料分享.电机负载运行，不断地向后端管路产生压缩气。如果后端用气设备停止用气，后端管路和储气罐中压缩气压力渐渐升高，当达到压力上限设定值时，压力控制器发出卸载信号，加载阀停止工作，进气口关闭，电机空载运行。四：螺杆式空气压缩机变频改造、空压机工频运行和变频运行的比较空压机电机功率一般较大，启动

5、方式多采用空载（卸载）星-三角启动，加载和卸载方式都为瞬时。这使得空压机在启动时会有较大的启动电流，加载和卸载时对设备机械冲击较大；不光引起电源电压波动，也会使压缩气源产生较大的波动；同时这种运行方式还会加速设备的磨损，降低设备的使用年限。对空压机进行变频改造，能够使电机实现软起软停，减小启动冲击，延长设备使用年限；同时由于电机运行频率可变，实现了空压机根据用气量的大小自动调节电机转速，减少了电机频繁的加载和卸载，使得供气系统气压维持恒定，在一定程度上节约了电能。、空压机主电路和控制电路的变频改造空压机采用星-三角启动方式，在其控制电路上有加载继电器。在主电路改造时，将变频器串接进原有的电源进

6、线中；并适当修改控制回路，实现变频器的启停。.WORD完美格式 .专业资料分享.图 3空压机电气原理图、空压机变频改造后的启动和运行方式空压机变频改造后，电机启动时原有的交流接触器仍然由其控制PLC 按星-三角方式动作，但在交流接触器连接为星型时，角形交流接触器的常开触点没有闭合，变频器不启动、无输出；当 PLC控制交流接触器转换为三角形接法后，变频器开始空载变频启动电机。当 变频器启动电机完成后，变频器自动变频运行。五、螺杆式空气压缩机变频改造后的工频运行在考虑变频器发生故障或是检修时，空压机能按原有的工频控制方式运行，这保证了空压机在变频和工频状态下都可以运行，也使得改造时可以不用重新编写

7、 PLC程序，为此增加了一套工频、变频自由切换电路，以方便系统的切换。.WORD完美格式 .专业资料分享.图 4工频、变频转换示意图六、螺杆式空气压缩机变频改造节能分析如式 1所示拉力 F与摩擦力 F大小相等、方向相反，拉力 F在时间 T内拉动物体做直线运动，移动位移 S。拉力 F在时间 T 内作的功率 P为PW F SF v F v（式 1）TT由 数学 知识 可知 线速 度 v 和旋 转角 速度 之 间的 关系 如式 2 所示 , 式中 f 为 旋转 体的 旋转 频率 。vr2 fr（式 2 ）将式 2代入式 1可以求得旋转物体摩擦阻力功率如式 3所示PF vF rF 2 fr（ 式 3）

8、由式 3 可以知道,克服旋转体的摩擦阻力使旋转体匀速转动,需.WORD完美格式 .专业资料分享.要向旋转体提供的功率按式 3公式计算（忽略机械效率损失，认为 为 1） 。 式 3 中 F 为 旋 转体 的旋 转摩 擦阻 力， r 为 旋转体 的旋转半 径， f为 旋转 体 的旋 转频 率。 所以 我们 可以 在忽 略空 气压 缩 机机械效率损失，同时忽略空压机机械效率因为电机转速变化而变化的情 况下 ，即 始终 认为 空压 机机 械效 率 为 1 ，可 以近 似地认 为 变频器的输出功率与空压机电机的转速成正比，即成一次方正比例关系。图 5空压机工频运行时的转速/功率-周期示意图图 6 变频运

9、行时的转速/功率-周期示意图如图 5 所示是螺杆式空压机工频运行时的转速/功率-周期示意图 。 t1是 空压 机加 栽运 行时 间 ， t2 是 空压 机卸 栽运 行时 间， 加栽 /.WORD完美格式 .专业资料分享.卸 栽时 的转 速和 功 率分 别为 P1/n1和 P2/n2 。 忽略 空压 机机 械 效率 的 变化 ，W1和 W2分 别为 空压 机加 栽 运行 时间 t1 和卸 栽运 行 时间t2中 由电 源输 送给 空 压机 电机 的能 量。 其中 W1 转 换为 压缩 空 气势能、动能和热能等形式的能量，供设备使用。而 W2则转换为机械的摩擦热能和声音、震动等形式的能量损失掉。所以

10、螺杆式空压机经过变频改造后，由于电机处于变速运行情况下，而通过式 3 的推导知道电机的平均功率与电机的平均转速成一次方正比例关系。空压机变频改造后，是根据用气系统的用气量恒 压变 流供 气； 所 以变 频改 造后 ，空 压机 在周 期T（ t1+ t2） 内所作 的功 W， 等于 同等 工况 下， 空压 机工 频运 行时 ， 加载运行 时间 t1内所作的功 W1。如图 5-6 所示。通过以上分析，只要知道螺杆式空压机工频改造前卸载运行时间和卸载电流，就可以大致计算出，相同工况下变频改造后的节能功 率和 节能 电量 （ 备注 ：忽 略机 械效 率 的变 化） 。1.3 空压机变频节能改造效益分析

11、某某科技（深圳）有限公司的五台空气压缩机，两台螺杆式空压机 OGFD37；两台螺 杆式 空压 机 OGFD22；一 台活 塞式空压 机 AW19008在用气量大、供气量不足时才开机联网供气。现对四台螺杆式空压机进行变频改造。测试数据见表 1表 1空压机空载实测数据.WORD完美格式 .专业资料分享.额定功率 加载、卸电 流电 压功率因数数量空压机型号（ kW）载时间比（ A）（ V）Cos （台）OGFD37379 ： 215.43860.862OGFD222211： 38.63910.892根据1.2第“六”部分变频改造节能量计算推导，“空压机变频改造后，在周期T（t1+ t2 ）内所作的功

12、 W，等于同等工况下，空压机工频运行时，加载运行时间t1 内所作的功 W1” ，某 某科 技（ 深圳 ）有 限 公司 的空 压机 每天 工作 约 10h ， 一年工作约 312d ，企 业平 均电 价 0.84元 /kWh 。对 4 台（ 两台 37kW、两 台 22kW）进行变频改造。年可节 约的 电量 ： W3UI cost=1.732 ×386V×14.4A ×0.86 ×2 台×10h×2/11 ×300d+1.732 ×391V×8.6A×0.89 ×2 台×10h

13、×3/14 ×312d 16976 kWh年可节 约电 费： 16976 kWh ×0.84元 /kWh=14259元表 2空压机变频改造费用及回收期计算费用名称金额（人民币）单位：元备注变频 改造 费约 ： 850 元 /kW ；变频 改 造费850 ×（37+22 ） =50150可采取变频器一拖二.WORD完美格式 .专业资料分享.投资回收期50150 元÷14259 元/ 年3.5年2 空压机余热回收2.1 企业空压机系统排气介绍某某科技（深圳）有限公司共有五台空气压缩机，其中三台用于A 栋 厂房 ， 两台 螺杆 式空 压机 37kW、

14、 型号 ： OGFD37，排气温度 87 ；一台活 塞式 空压 机 15kW、型号 ：AW19008。另 外两 台螺 杆式 空压 机 22kW、型号：OGFD22，排气温度 92，供 C栋厂房注塑车间、机加工车间、组装、 包装 车间 用气 。 所有 空压 机余热没有回收装置，且宿舍有用热水的需求，某某科技（深圳）有限公司共有员工620 人。2.2 空压机余热回收技术介绍一、技术背景螺杆式空气压缩机的工作流程如下：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

15、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。.WORD完美格式 .专业资料分享.在以上过程中，高温高压的油、气所携带的热量大致相当于空气压缩机功率的 1/4 ，其温度通常在 80100之间。 螺杆式空气压缩机通过其自身的散热系统来给高温高压的油、气降温的过程中，大量的热能就被无端的浪费了。为了充分利用螺杆式空压机所产生的余热，应采用余热利用技术，利用余热回收装置对螺杆式空气压缩机所产生的高温高压的气体进行冷却，不仅可以提高空气压缩机的产气效率，而且可使企业获得生产和生活

16、所需的热水，严冬可加热到50，夏秋季节65，从而解决了企业为生活热水长期经济支付的沉重负担。空压机热泵与燃油锅炉的经济价值比较（300 人用水企业）表 3一年运行费用 管理维护费供热方式节能环保性供热程度总 开支（元 ）用（元）空压机热泵节能环保安全无运行费用清洗费 300不限量不定时300 元燃油锅炉燃油污染环境702005000限量、定时75200 元.WORD完美格式 .专业资料分享.二、技术方案简介图 7 空压机余热利用装置系统流程三 、 余热利用系统优点1. 安全、卫生、方便螺杆空压机余热利用装置与燃油锅炉比较，无污染、一氧化碳、二氧化硫、黑烟和噪音、油污对大气环境的污染。一旦安装投

17、入使用，只要空压机在运行，企业职员就随时可以提取到热水使用，不必定时定量供应。2. 提高空压机的运行效率，实现空压机的经济运转安装螺杆空压机余热利用装置的空压机组，可以提高产生气量 8%，空气动力学家和空 压机 制造 厂家 给出 厂机 组额 定 的每分 钟 产气 量 m3 /min 是 以 80 的温 度测 量定 准的 。螺 杆空 压机 的产 气量 m3 /min 会 随着 机组运行温度的升高而降低，当然，空压机的机械效率肯定不会稳定.WORD完美格式 .专业资料分享.在以 80标定的产气量上工作。它的反比程度是：温度每上升1 ，产气量就下降 0.5%，温度升高 10，产气量就降 5%。一般风

18、冷散热的空压机都在 8896间运行，其降幅都在 48%，夏天更甚。空压机余热利用装置足可以使空压机温度降 812，为此它的经济效益就更显著了。由于产量的提高，供气系统的气压也相应提高，自动化设备中的气动元件，因为气压的升高，气动元件的动作次数也会提高，使生产线的产量也跟着提升。气动元件的动作灵敏、稳定，对其生产线的产品质量也提供了可靠保证。3. 提高空压机的使用寿命空压机工作温度的降低，减少了机器的故障，延长了设备的使用寿命，降低了维修成本，增大了机油、机油隔、油/气分离器更换时限，相应延长了设备的更换期限。4. 经济实用，运行可靠。在螺杆式空压机旁安装余热利用系统，对空压机的正常运行、维护、

19、保养绝无影响，系统主体部分采用耐高压，高导热复合材料组成 。2.3 空压机余热回收节能改造效益分析现场实测某某科技（深圳）有限公司的四台空压机排气温度，具体数据见表 5-4.WORD完美格式 .专业资料分享.表 4加载、卸载空压机型号功 率（ kW）排气温度（）数量（台）时间 比OGFD3737879： 22OGFD22229211：32环境温度 25；空压机余热回收进水温度 25，循环出水温度55； 一天工作 10 小时，一年工作 312 天；企业年平均电价为 0.84元 /kWh依照上述测试、统计数据，四台空压机余热回收，一年可节约的电量计算如下：Q空C空 m空tC空 V空空t tt 0=

20、1.005kJ/(kg.K)×【 390m3 /h ×2台 ×9/11 ×10h ×312d ×1.165kg/m3 】 ×（ 87 -55 ） +1.005 kJ /(kg.K)×【216m3 /h ×2 台 ×11/14 ×10h ×312d×1.165kg/m3 】 ×（ 92 -55 ） 74600370kJ+45877178kJ120477548kJ说明：环境 温度 10 60 空 气的 比热 容： 1.005kJ/(kg.K)；环境 温度 30

21、 空 气的 密度 ： 1.165kg/m3 ；390 m 3 /h 、 216m3 /h ：查 对 应的 空 压机的 排气 参数 得来 ；.WORD完美格式 .专业资料分享.一年节约的电量：Q3600kJ / kWh120477548360033465kWh一年节约的电费：Q3600kJ / kWh0.84元 / kWh12047754836000.8428111元一年可 提供 热水 量 m水 （ kg ）：Q120477548m水t4.18960745kgC水55 25企业人均用热水 30L/天，深圳 250 天/年用热水；则可供人数：m水96074530L /天128人250天 30 25

22、0投资成本预算、投资回收期计算：表 5余热回收成本预算及回收期费用名称金额（人民币）单位：元备 注水 泵80004 台管网、保温10000水 箱200002 个控制系统8000.WORD完美格式 .专业资料分享.换 热器16000人工费用5000合 计67000投资回收期计算67000 元÷28111 元/ 年2.4年.WORD完美格式 .专业资料分享.3、中央空调系统节能改造A、增加中央空调分区域冷量计量系统1）技术可行性分析:目前公司对分部门的中央空调冷量核定采用的方法是，根据各车间部门的用途参照暖通标准制定出该部门每平方米的空调能耗量乘以该部门面积得到该部门的固定的消耗中央空调

23、电量值，这种冷量及中央空调电量的分配核定方式不能如实的反映各末端的空调能量使用情况，不利于中央空调用能的合理分配管理；如采用一套中央空调计费系统（系统主要由温度传感器、流量传感器、能量积算仪及计算机组成，见图 8 和图 9），可实时计量并合计各计量点的冷量并通过计算机得出各点分配中央空调能耗量及费用，给管理部门从管理及技术设备上调整末空调使用方式提供有力的数据依据。图 8.WORD完美格式 .专业资料分享.图 92）经济效益可行性分析：因该系统提供管理的数据依据，最终节能率的大小需要看管理的力度，因此无法定量的分析。B、中央空调末端风柜节能改造1）技术可行性分析:R1R2H0BR1H1AH2C

24、N1N2H3DN3HzR1Q2Q1Q图 10上图为风机类负载运行时的管阻特性曲线 R和调速曲线 N，两种曲线的交叉点为负载运行点。用阀门控制时：当流量从Q1降至Q2，要关小阀门，使管道的阻.WORD完美格式 .专业资料分享.力变大，阻力曲线从 R1变为 R2，压力则从 H1升至 H0，运行点也从 A 点变为 B点。用变频调速时：当流量从 Q1降至 Q2时，阻力曲线 R1保持不变，速度曲线从 N1降至 N3，压力也从 H1降至 H3，运行点从 A变化 D。节能分析用阀门控制时：由风机类的特性公式：P=QH可得出在B点运行时电机的轴功率为：PB=Q2*H0，C 点运行时电机的轴功率为：PC=Q2*

25、H3，两者之差为：P=PA-P C= Q2（H0-H 3）亦即用阀门控制时有P的功率被浪费了。用变频调速时，由流体力学原理知道，轴功率 P、流量 Q、压力H三者与转速存在如下关系：Q=K1 *NH=K2 *N 2P=K3*H*Q= K 1 *K 2 *K 3 *N3 =K*N 3其中 K、K1、K2、K3均为常数。由上式可看出，风机的出口流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，消耗的轴功率与转速的立方成正比。只要转速有较小的变化，轴功率就有比较大的变化，所以对离心风机负载进行调速，具有非常明显的节能效果。图 11 中号曲线表示工频市电运行的风机采用风门调节时的功率和流量关系，号曲线表示风机采用变频调速控制时的