高原地区空调设备通风能耗优化

高原地区空调设备通风能耗优化

0优化机械设计,做好设计优化工作压缩空气是新建干积水泥的重要动力，空气站是空气压缩的“制造车间”。空压机站的设计与水泥厂的其他系统一样,应根据地理环境、工厂条件,尽最大努力做好设计优化工作。本文结合在埃塞俄比亚某3000t/d生产线中空压机站的设计,简要阐述高原地区空压机站设计优化思路,并介绍优化效果,仅供参考。1空气密度的影响埃塞项目所处地海拔为2200m左右,属于海拔较高地区,气候上属于温和潮湿地区,年最低平均温度在13℃左右,按公式ρ=ρ0(1-0.2257H)4.256(ρ0为海平面空气密度,H为海拔高度)计算,可得当地的空气密度大约为海平面密度的0.8倍左右,空气密度变小会直接导致空压机实际生产能力比设计能力小,因此设计时须注意考虑相应的修正系数,确定空压机的实际生产能力。温和潮湿气候下项目现场用水较为方便,因此空压机及冷干机均可选用水冷却式。现场平均温度较高,满足冷却式干燥器的使用条件,设计中空压机及冷干机的选型须根据上述气候特点合理进行选型。水泥厂用气压力一般在0.5~0.8MPa左右,设计时需按最高用气压力要求考虑。其中用于阀门控制、脉冲喷吹、空气炮等对气体质量要求较高设备的压缩空气要进行净化处理。因此空压机站内需配备过滤器对制备的压缩空气进行集中处理,一般含尘粒径不应大于3μm,含油量不应大于5mg/m3。2辅助设备组成机组单元设计中我们使用的系统方案为:每台空压机配有空气过滤器、冷却干燥器、储气罐等一套辅助设备构成一个机组单元,每组机组单元彼此设备独立,通过供气管道把机组单元连接到一起。这种工艺布置适合于系统用气量波动变化不大的情况,设备处理的压缩空气量基本等于或略大于空压机排出的气体量。工艺流程布置见图1。2.1提高海气密度2200m海拔高原校正系数设计中取1.25,基本可以补偿由于高海拔空气密度降低对产量的影响。经过计算,我们选用3台41.7m3/min的螺杆水冷式空压机按两用一备配置系统,空压机出口压力为0.85MPa。2.2冷却干燥器的设计空压机制备的压缩空气由于含有水分,直接应用会损坏电气化设备,因此必须达到一定的干燥度要求。去除水分现在常用的有吸附式干燥器和冷却式干燥器两种,冷却式干燥器能连续工作,比吸附式干燥器能耗低。但其系统出口的压缩空气的压力露点一般要求≥2℃,因此对使用场合的环境温度有一定要求,至少需在0℃以上。埃塞项目所在地年最低平均温度在13℃左右,完全满足冷却式干燥器的使用条件,因此在设计中选用冷却干燥器作为压缩空气干燥设备。冷却干燥器处理压缩空气的能力Q1可以通过以下公式进行简要计算:式中:Q—空压机的生产能力(设计中空压机能力为41.7m3/min);A1—冷干机进气压力修正系数,0.6~0.85MPa压力取0.95;A3—周围温度修正系数,现场平均温度在20℃以上取1.20;A4—压力露点修正系数,2~4℃露点取1.0。经过计算,Q1约为52m3/min,实际选取的冷干机处理能力为53m3/min。2.3后置过滤器在进入冷干机前通过前置过滤器对压缩空气进行初次处理,前置过滤器除油精度为0.1mg/m3、除尘精度为1μm即可满足冷干机要求。为保证压缩空气质量,还需通过后置过滤器处理,后过滤器除油精度为0.01mg/m3、除尘精度0.01μm,处理后压缩空气含油量等参数基本可达到1级标准,完全可以满足水泥厂相关用气设备的要求。空压机站的储气罐既有缓解气流对压缩气体供应的扰动、防止压缩空气对冷干机的气流直接冲击,也在一定程度上有承担储存气体的作用。经过综合考虑,每个空压机机组单元我们选用容量为6m3的储气罐。2.4设置的吸热量计算空压机站通风风量是空压机站设计中一个非常重要的参数,如果通风量考虑不足不但会使空压机达不到额定的流量,还会导致热量积聚引起电机过热甚至产生事故。我们在设计中按如下方法对合理确定空压机站的通风量进行了优化计算,在满足设备需求的前提下也尽量减少了能耗的损失。空压机站配备的通风风机的通风量主要由3部分组成,V1为空压机的总排气量,设计中采用3台41.7m3/min的空压机,V1=3×41.7=125.1m3/min=7506m3/h;V2为空压机站的换气量,空压机站的容积=15×10.4×10=1560m3,考虑6次/h的换气次数,V2=1560×6=9360m3/h;V3即通过风机排出的一部分空压机和冷干机散热量,计算时按空压机和冷干机总功率的2%考虑散热量Q,空压机3台每台功率250kW,冷干机3台每台功率6800W,Q=(250×3+6.8×3)×2%=15.41kW。V3即按下式计算:式中:Q—散热量,已计算得15.41kW;△t—空压机站内温升,计算时按5℃考虑;ρ—空气密度,20℃温度下取1.2kg/m3;Cp—空气的定压比热容,20℃温度下取1.0kJ/kg·℃。经计算可得V3=9246m3/h,总通风量V=V1+V2+V3=26112m3/h,考虑15%的风机富余,风机总风量=26112×1.15=30028m3/h,因此确定选择3台每台风量为10000m3/h的轴流风机用于空压机站系统通风(图2)。3该高架站设计的优化措施3.1减少补气量在空压机供气量确定后,从优化设备运行以降低能耗的角度考虑,我们建议业主至少用一台变频空压机,因为设计时供气量是按最大使用情况考虑的,实际使用时可能长时间达不到最大消耗气量,如果不调节空压机供气量,会造成能源的白白浪费。由流体力学可知,风量Q与转速n的一次方成正比,风压H与转速n的平方成正比,轴功率P与转速n的三次方成正比,当风量H减少,空压机电机转速下降时消耗功率也降低很多。如当风量下降为额定风量的80%,电机转速也下降为80%,轴功率P将下降到额定功率的51%。尽管实际计算降低的能耗还需考虑空压机出口压差的变化,以及附加控制装置的效率影响等,但采用变频调速控制技术在保证供气量的情况下的节能节电效果也是很可观的,最终业主同意使用有变频调速装置的空压机。3.2预过滤系统设计空压机对空气质量有很高的要求,因此空压机站应尽量设置在空气较清洁处。但由于受场地环境的限制,设计中空压机站位于窑尾预热器框架内,现场粉尘浓度含量较高。为保证空压机的良好稳定运行,在设计中我们首先要求空压机厂家给每台空压机配备相应的预过滤装置;其次,适当地提高了空压机站在回转窑垂直正下方一侧墙面上进气百页窗的高度,以提高进气的清洁程度(图2);最后在百叶窗外我们设计安装了一种简单的钢丝网过滤罩,根据百叶窗实际大小,用型号63的角钢做一个比百叶窗略大些的方框,在方框表面用标号为GF3W1.00/0.40不锈钢丝编织的方空筛网覆盖,用螺栓把筛网固定在钢方框上即完成,如图3。把这个过滤罩焊接固定在外墙侧百叶窗周围的预埋钢板上,即可对粉尘进行粗过滤,以进一步提高空压机运行的稳定性。3.3自动排水阀的设计储气罐除了上文提到贮存气体、防止气流扰动的作用外,还有个很重要的作用,即利用罐体较大的表面积冷凝分离压缩空气中的水分。压缩空气中水分含量越少,冷干机热负荷越小,能耗也越低。因此空压机站储气罐下的排水阀应有专人负责,排出罐内积水,以免罐内水分对压缩空气造成二次污染。但根据我们设计国外项目的实际现场经验,有时储气罐的阀门几乎被灰埋住也没人过问。因此我们在设计中特别要求储气罐和过滤器都要加装自动排水阀,让积水及时排出,从而避免了罐内积水对压缩空气的再次污染。通过以上优化措施,自2011年空压机站建成投入使用至今,供气量完全满足厂区气量需求,空压机组系统也保持良好稳定的运行状态。4优化系统设计综上所述,空压机站在设计中需仔细考虑空压机站所处位置的气候特点、生产用气要求等实际境况,通过合理计算选择合适的设备及生产流程,以保证空压机组设备满足生产需要。同时可通过适当选用变频控制空压机、对通风风量