用于矿井空气压缩的高效节能压缩机见图1

用于矿井空气压缩的高效节能压缩机见图1

空气压缩机的应用陈高军：中国上海高桥有限公司的节能装置（见图1）只能使用流程级hydrocom气量调节系统（由hyphig开发）。常规的往复压缩机需在100%负荷下运行,压缩后的气体再通过压缩机出口返入口的旁通阀降压后返回压缩机入口,造成能量的大量消耗。HydroCOM气量无级调节系统利用电磁阀,通过控制液压油作用时间,从而控制卸荷器压开气阀时间而实现进气阀的延时关闭,只对实际需要的气量进行压缩,余下的气体在压缩行程的开始阶段,回流到进气腔内,从而实现0~100%气量无极调节,实现节能目的。于凤银:现代化工业生产中,广泛应用到空气压缩机,产出压缩空气,用以辅助生产对压缩空气的需要。白银有色集团股份有限公司是我国大型有色金属采选冶联合企业,公司直属的深部铜矿为年产品位0.7%~1.2%铜矿石100万t的多金属铜矿山,坑内采矿最大耗气量为118m3/min。深部铜矿现有一个空压机站,由4台柳州压缩机总厂2003年10月制造的D-100/8-e3型往复活塞式空压机(见图2)组成(参数见表1),用以实现整体矿山压缩空气用风。该型空压机为对称平衡型、两列、水冷、往复活塞式,设有油压、水压、排气压力和排气温度等自动显示、自动保护装置,由机身、曲轴连杆机构、活塞、气缸、气阀及冷却器等部件构成,异步电动机驱动曲轴连杆机构,将回转运动转变为气缸中活塞的往复直线运动,气缸、活塞组成的气腔容积周期性变化,使得空气在气缸内完成膨胀、吸气、压缩和排气四个循环工作过程。具有转速低、坚固耐用的特点,因其排气过程是非连续性间歇动作,因而压缩空气管网存在一定的压力脉动现象;同时,空压机阀片、活塞环、密合垫等耗损性零件状况的好坏,也影响着该型空压机的能源使用效率。杜罡:莱阳市热电厂现有两台75t/h循环流化床炉,采用正压浓相气力输灰,压缩空气来源两台螺杆压缩机(见图3),设备具体的型号、参数见表2。空压站及放空系统陈高俊:选型及配置比较合适,该HydroCOM气量无级调节系统在2002年就已经引进国内类似往复式压缩机组使用,公司在此之前也有两套机组安装了该系统。经过近十年的使用验证,该系统确实能够大幅降低≤70%额定负荷的往复压缩机组的能耗,且操作使用方便,对装置节能减排有着重要意义。于凤银:空压机节能降耗改造方法方式多样,效果也不尽相同;而初始空压机的选型配置尤为重要,选型配置远大于实际压缩空气用量的需要,将带来空压机配置过高、电能白白浪费、不利于厂矿的节能降耗等后果,选型配置过低或接近工厂实际压缩空气的用量,又将因工厂内各用气点的不同,而带来压缩空气产量不足、严重影响生产的弊端,通常空压机选型配置略高于工厂实际压缩空气用气量为宜。由4台D-100/8-e3型往复活塞式空压机组成的白银有色集团深部铜矿空压机站,重建于2003年12月。正常生产情况下,空压机两开两备或三开一备。空压机站和矿山各压缩空气使用点的供求平衡是理想的空压站运行状态,由于矿山开采生产的特点,空压站的供气量通常大于矿山设备的实际用气量,且压缩风用量波动较大,以往采用空压机间歇运行或空载运行来调节压缩风管网流量及压力,既引起电能空耗,也带来电网波动问题,并影响空压机的正常使用寿命。生产统计:空压机间歇运行或空载运行用电量仍为满负载的28%,这部分电能因此而空耗掉,如图4所示。现存能耗问题如下:1)间歇或空载运行导致能源消耗。压缩空气用量变化大引起压力波动,导致需求错觉,多开空压机以保证压力平稳,需求出现冗余,空压机低效率运行,电能消耗占空压站整体能耗的28%。2)由于空压机非连续性间歇排气过程,压缩空气管网存在一定的压力脉动,电能消耗占空压站整体能耗的5%。3)压缩空气传送、使用过程中,空压机与用气设备间连接管道、储气罐等附属处理设备,出现一定量的泄漏、截流、过流现象,影响压缩空气使用率,增加能耗,占空压站整体能耗的5%。4)其他因素,如非适当使用消耗等,占空压站整体能耗的2%。杜罡:选择空压机的基本准则是安全性、可靠性和经济性,合适的选型对用户本身和空压机设备都有益处。选型过大造成浪费,选型过小可能造成空压机长期处于加载状态或用气不够或压力打不上去等弊端。排气量是空压机的主要参数之一,选择空压机的气量要和所需的排气量相匹配,并留有10%~20%的余量。盲目追求大排气量是错误的,因为排气量越大压缩机配的电动机越大,不但价格高,而且浪费购置资金,使用时也会浪费电力能源。驱动电机交流控制系统改造陈高俊:公司主要使用往复压缩机及离心式压缩机,往复压缩机目前成熟使用的仅有HydroCOM气量无级调节系统,共有4套装置成功应用(两套连续重整、一套加氢裂化、一套润滑油加氢装置),节能主要体现在节电上,如公司首台应用于加氢裂化的新氢压缩机,使用后电动机电流有30%~40%的降幅(电流下降80~100A),连续一年运行,保守计算每年节约的电费用可达300万元(按8000h/a,电费0.5元/kW·h计算),仅其一年电费节约一项就有近300万元,一年左右时间基本可回收全部投资(系统投资改造费用约300万元),节能效果相当明显。离心压缩机方面,目前无成熟的应用业绩,但已有三元叶轮改造的计划,通过改造可使压缩机进一步扩大产量、节省能耗、降低成本,并具有较宽的变工况适应范围,计划2014年在一套装置上实施试用。于凤银:D-100/8-e3型往复活塞式空压机压缩空气量的供求关系主要表现在排气压力的变化,当压缩空气排气量正好满足矿山生产使用压缩空气量要求时,管路储气压力保持不变。生产中由于压缩空气使用量不均衡,空压机供气量一般大于实际用气量。为降低能耗,充分利用、提高D-100/8-e3型往复活塞式空压机的开机运行效率,保持管路储气压力不变,必须进行能量调节。当前空压机的能量调节方式主要有:空压机间歇控制运行、吸气调节、气缸卸载、分档变速调节输气量及变频调速。其中,采用压缩机间歇运行或空载运行来调节能量最为常见,但空压机间歇运行会造成空压机起停频繁,电能损耗增加,增大电网波动,同时影响设备使用寿命;空压机空载运行,耗电量仍是满载的25%~55%,这部分电能被空耗掉,而空压机空载起动电流是额定电流的5~7倍,对电网及其他用电设备冲击较大,同时缩短空压机的正常使用寿命。2012年10月对该空压站4台D-100/8-e3型往复活塞式空压机实施了驱动电动机变频调速改造,以解决该空压站能耗问题,提高空压机运行效率。该项改造中空压机变频调速原理:改变空压机异步电动机转速,以控制空压机单位时间出气量,从而控制管路压力,调节空压机能量。能在一定范围内连续进行能量调节,满足空压机轻载时的运行需要,使制气量与实际用气量相匹配。异步电动机转速式中n——电动机转速,单位为r/min;f1——电动机端电压的频率,单位为Hz;s——电动机转差率;P——电动机定子绕组极对数。电动机转速n与电源频率f1成正比,因而改变电动机的电源频率就能改变电动机转速,实现变频调速的目的。由电磁感应原理,变频调速时,磁通uf066保持不变,电动机定子电压与电源频率成正比,电动机输出功率随电源频率的变化而变化。改变定子侧输入电压,就可调节电动机频率,即恒压频比(V/F)控制方式,系统框图如图5所示。由压力变送器测得的管网压力值与压力设定值比较后得到偏差,经PID调节器计算出变频器作用于异步电动机的频率值后,通过变频器输出相应频率和幅值的交流电,使电动机上得到相应转速,空压机输出相应压缩空气到储气罐,使其压力变化,最终得到管网压力与给定压力值相同。改造后该空压站空压机体现出如下优点:电动机实现软起动,降低起动电流,起动平滑、无机械冲击;延长空压机使用寿命,减少对电网的影响;输气压力稳定,调整可靠性高;节能效果明显,经运行后测试,总体节电30%~40%。该项改造增加的控制系统由变频器(内置数字PID调节器,在变频器界面上只需设置压力给定,自行调节输出频率以稳定压力)、可编程控制器PLC、压力变送器、接触器、空气开关、电缆、电流表、电压表、按钮和互感器等组成。杜罡:莱阳热电厂的空压机在使用中存在的问题主要是压力不稳定、空压机频繁起动。后来采用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,维持系统在一定的压力范围,避免压力一降电动机就起动。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和电动机的运转频率降低至工频以下,使电动机轴的输出功率减少。以上两种方式都不同程度地降低了空压机在运行过程中的能源消耗。外来空压系统陈高俊:能满足节能要求。在节能理念方面无可改进的地方,但在产品做工等细节上可适当改进,如目前存在一定的润滑油漏点,影响装置外观。杜罡:对设计及节能方面的改进建议如下:1)当一个系统有多台空压机时,根据用气情况自动控制空压机的运行台数。当用气减少到一定量时,空压机群应有选择地停运大功率设备而保留相匹配的空压机。空压机运行会产生大量热量,如果将空压机热能回收是一项非常环保的节能方式。2)对空压机进行集中控制,并根据历史运行数据进行用气预测,利用智能算法最优化空压机群运行,减少空载时间,解决持续高压不卸载等问题,实现对各用气车间进行按需供气来减少空压站房耗电。3)空压机系统一般按工厂最大负荷加10%~20%余量设计,另外工厂实际需求存在季节性及时间性波动,也导致用气量波动较大,所以空压机多数时间并非满载运行,节能空间很大。在压力达到所需工作压力后,传统控制方式决定其压力会继续上升直到卸载压力。在加压过程中,一定会产生更多的热量和噪声,从而导致电能损失。另一方面,高压气体在进入气动元件前,其压力需要经过减压阀减压,这一过程同样耗能。达到卸载压力时,空压机自动打开卸载阀,使电动机空转,造成严重的能量浪费。推进压缩机的节能技术陈高俊:对于石化(尤其是炼油行业的装置),需多开发一些能满足节能发展需要的新技术,并且使现场压缩机上的改造尽可能少,否则会涉及到改动原机组结构等方面,国企内牵涉到责任等顾虑,推进节能技术上可能阻力很大。杜