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空氣壓縮機(jī)節(jié)能與案例應(yīng)用解析
2020-3-26
來源:未知
點(diǎn)擊數(shù): 4600          作者:未知
  • 空壓系統(tǒng)電能消耗占工業(yè)能耗的8~10%左右,全國(guó)空壓機(jī)耗電量約為2260億kWh/a,其中有效能耗只占66%,其余34%的能量(約768.4億kWh/a)被白白浪費(fèi)掉,空壓系統(tǒng)的節(jié)能亟待高效開展。大量的數(shù)據(jù)表明,壓縮空氣系統(tǒng)的主要費(fèi)用都耗費(fèi)在運(yùn)行環(huán)節(jié)上,在其生命周期中,運(yùn)行費(fèi)用(電費(fèi))占據(jù)的比例高達(dá)78~92%。

    隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,空氣壓縮機(jī)作為一種重要的動(dòng)力輸出,被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶煉、鋼鐵、建材、半導(dǎo)體、熱電、醫(yī)藥、化工、食品、紡織、醫(yī)藥等眾多工業(yè)領(lǐng)域。然而,空壓機(jī)屬于高能耗設(shè)備,在某些行業(yè)占到了生產(chǎn)耗電的60%以上,故俗稱“電老虎”。節(jié)能是一項(xiàng)長(zhǎng)期的戰(zhàn)略任務(wù)和基本國(guó)策,也是實(shí)施十三五規(guī)劃的緊迫任務(wù)。要深入貫徹科學(xué)發(fā)展觀,以提高能源利用效率為核心;以轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式,調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu),加快技術(shù)進(jìn)步為根本;強(qiáng)化全社會(huì)的節(jié)能意識(shí),建立嚴(yán)格的管理制度,實(shí)行有效的激勵(lì)機(jī)制;增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力。

    如水泥生產(chǎn)是高耗能行業(yè),水泥行業(yè)能耗占全球能源消耗的2%,水泥行業(yè)的二氧化碳排放量占全球碳排量的 5%,而全球超過50%的水泥在中國(guó)生產(chǎn)。水泥工廠最大的挑戰(zhàn)是能源消耗(熱能和電能消耗),約占生產(chǎn)成本的 50%~70%。近年來,中央和地方政府對(duì)能源密集型的水泥行業(yè)加強(qiáng)管控,要求提高生態(tài)效益和可持續(xù)性,并出臺(tái)規(guī)章制度和罰款條例,敦促水泥企業(yè)降低能源消耗,減少二氧化碳的排放。因此,如何通過精細(xì)化管理,對(duì)水泥能耗深入挖潛,提高能源使用效率,是每個(gè)水泥企業(yè)都要面臨的一個(gè)課題。

    根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與檢測(cè)獲取的大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)(表1),結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)大部分壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行能耗高的主要原因如下:

    空氣壓縮機(jī)節(jié)能與案例應(yīng)用解析

    一、設(shè)備效率低

    幾年前配置的空壓機(jī)大多屬于低能效設(shè)備(表2),與終端等設(shè)備匹配不合理,僅僅為了滿足生產(chǎn)的基本需求;空壓機(jī)調(diào)節(jié)方式落后、無集中控制,用氣量隨機(jī)變化時(shí),空壓機(jī)因卸載而浪費(fèi)嚴(yán)重;末端設(shè)備用氣不合理、效率低、設(shè)備用氣存在浪費(fèi)。

    空氣壓縮機(jī)節(jié)能與案例應(yīng)用解析

     二、供氣壓力不合理

    沒有對(duì)供氣壓力進(jìn)行分級(jí)規(guī)劃,而是簡(jiǎn)單采用高壓供氣外加機(jī)械自力式減壓閥來滿足不同的壓力需求,大量的能源浪費(fèi)在閥門上。此外,當(dāng)需求側(cè)用氣量變化引起管網(wǎng)壓力的隨機(jī)波動(dòng),為了避免機(jī)組的頻繁啟停,需要設(shè)定一個(gè)很寬的壓力變化范圍,造成空壓機(jī)出口壓力的大幅波動(dòng),增加了空壓系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。

    三、能源浪費(fèi)的原因

    1、空載能耗高。目前企業(yè)壓縮機(jī)為單臺(tái)N立方,壓縮機(jī)開停只有N或N的倍數(shù),空壓機(jī)設(shè)備開停依賴人工管理的傳統(tǒng)。尤其在用氣負(fù)載頻繁變化時(shí),系統(tǒng)不能快速反應(yīng),也不能實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)排量的微調(diào)。這形成了空壓站各壓縮機(jī)的空載。通常情況下,當(dāng)壓力達(dá)到y(tǒng)公斤時(shí),空壓機(jī)進(jìn)入卸載運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)壓力降到x公斤時(shí),壓縮機(jī)進(jìn)入空載狀態(tài),即關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài),同時(shí)將油器預(yù)分離罐中多余的壓縮空氣通過放空閥放空。關(guān)閉進(jìn)氣閥使電機(jī)空轉(zhuǎn)雖然可以使空壓機(jī)不需要再壓縮氣體作功,但空壓機(jī)在空轉(zhuǎn)中還是要帶動(dòng)螺桿或者活塞做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),電耗仍在繼續(xù)發(fā)生。實(shí)際檢測(cè)發(fā)現(xiàn),空壓機(jī)空載時(shí)的能耗高達(dá)其滿載運(yùn)行時(shí)的40%~55%(請(qǐng)參考表3)。

    空氣壓縮機(jī)節(jié)能與案例應(yīng)用解析

    2、爬升能耗高。螺桿壓縮機(jī)有兩種運(yùn)行模式,加、卸載運(yùn)行模式或空載、滿載運(yùn)行模式。加、卸載控制方式使得壓縮氣體的壓力在x公斤~y公斤之間來回運(yùn)動(dòng)。x公斤是最低工作壓力值,即能夠保證用戶正常工作的最低壓力(加載壓力)。一般情況下,x公斤、y公斤之間關(guān)系可以用下式來表示:y公斤=x公斤+(1+δ),δ是一個(gè)百分?jǐn)?shù),其數(shù)值大致在10%~25%之間。壓差一般在一公斤以上。通過理論計(jì)算和實(shí)際檢測(cè),得知空壓機(jī)壓力每增加1公斤,能耗增加5-6%。由此可知,在加、卸載供氣控制方式下的空壓機(jī),其工作氣壓由x到y(tǒng),有一個(gè)氣壓爬升的能耗,存在事實(shí)上的能源浪費(fèi)。同時(shí),高于x公斤的氣體在進(jìn)入用氣終端前,其壓力需要經(jīng)過減壓閥減壓至接近x公斤,壓力越高流速越快,這就造成同樣的工況,壓力越高所耗氣量越大。這一過程同樣是一個(gè)能源浪費(fèi)的過程。

    3、傳統(tǒng)管理。在空壓站的使用管理過程中,存在兩種不可避免的矛盾。一種是企業(yè)對(duì)空壓機(jī)管理人員有明確的考核,那么會(huì)出現(xiàn)氣壓經(jīng)常不夠或能少開就少開的習(xí)慣,不利于生產(chǎn)線的正常運(yùn)行,或出現(xiàn)壓力達(dá)不到設(shè)備使用要求導(dǎo)致用氣終端故障增加。另一種是對(duì)空壓機(jī)管理人員沒有明確的考核,這就會(huì)導(dǎo)致空壓機(jī)多開、空壓站空載能耗高的結(jié)果。無論哪種管理模式,其結(jié)果都會(huì)是空壓站電能浪費(fèi)增大,而且不利于安全生產(chǎn)。

    四、空壓站節(jié)能案例賞析

    案例一:

    某水泥有限公司4500t/d熟料生產(chǎn)線項(xiàng)目于2008年8月18日點(diǎn)火投產(chǎn),總投資6.2億元,年產(chǎn)熟料155萬噸,水泥200萬噸,建設(shè)范圍自石灰石、砂巖礦山開采及破碎至水泥成品出廠,并同步配套建設(shè)純低溫余熱發(fā)電系統(tǒng),屬典型的節(jié)能型項(xiàng)目,污染物的排放優(yōu)于國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn),可以有效的提高現(xiàn)有資源的綜合利用率。

    下面是就該公司采用《合同能源服務(wù)管理》方式對(duì)現(xiàn)役高危、高耗能空壓機(jī)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)節(jié)能改造的節(jié)能效益和工程項(xiàng)目達(dá)成方式的闡述,請(qǐng)參閱:

    1、改造前服役空氣壓縮機(jī)能耗數(shù)據(jù)見表4。

    空氣壓縮機(jī)節(jié)能與案例應(yīng)用解析
    空氣壓縮機(jī)節(jié)能與案例應(yīng)用解析

    2、改造后服役空氣壓縮機(jī)能耗數(shù)據(jù)(表5)

    空氣壓縮機(jī)節(jié)能與案例應(yīng)用解析

    (1)該司正常使用是5臺(tái),銘牌功率110/kW*5=578kW;實(shí)際耗電557kW/每小時(shí)(實(shí)際運(yùn)行壓力在0.63MPa);理論排氣量100.6m3/min,實(shí)際排氣量在85.51m3/min;

    (2)表2中得出:采用筆者公司更節(jié)能的永磁同步雙級(jí)壓縮永磁變頻一體機(jī)5臺(tái),90/kW*5=450kW; 實(shí)際耗電在453kW/每小時(shí),理論排氣量99m3/min,實(shí)際排氣量在90m3/min;

    (3)空壓機(jī)設(shè)備節(jié)能改造前后節(jié)能量數(shù)據(jù):采用同壓力、同排量的節(jié)能空壓機(jī)替換現(xiàn)用的空壓機(jī)完成等同的生產(chǎn)量,比原來的空壓機(jī)在加載運(yùn)行狀態(tài)下每小時(shí)節(jié)省電量約104度,每小時(shí)節(jié)省電費(fèi)約72.8元(電費(fèi)按0.7元/度計(jì)算)。

    結(jié)論:空壓機(jī)節(jié)能改造后

    A、用戶節(jié)能效益收益

    ①運(yùn)行1小時(shí)可節(jié)約電量約104度;可節(jié)約電費(fèi)約72.8元;

    ②運(yùn)行一年(365*0.95=346.75天/8322H)節(jié)約電量86.5萬度;可節(jié)約電費(fèi)約60.5萬元;

    ③運(yùn)行4萬小時(shí)可節(jié)約電量約416萬度;可節(jié)約電費(fèi)約291萬元。

    B、用戶節(jié)能效益收益,見表6。

    空氣壓縮機(jī)節(jié)能與案例應(yīng)用解析

    B、社會(huì)節(jié)能效益

    ①運(yùn)行1小時(shí)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約0.0332噸;可減少二氧化碳排量約0.0664噸;

    ②運(yùn)行4萬小時(shí)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約1331噸;可減少二氧化碳排量約2662噸;

    隨著碳排放上網(wǎng)交易,截止2019年7個(gè)試點(diǎn)省市的3000多家重點(diǎn)用能企業(yè)已加入,各地平均成交價(jià)30元左右。

    案例二:

    某玻璃股份有限公司,占地800余畝,員工800多名,公司注冊(cè)資本2億元人民幣。公司建于2004年,擁有兩條700t/d超白玻璃及深加工生產(chǎn)線,年產(chǎn)超白玻璃860萬重箱,鋼化玻璃50萬平方米,中控玻璃280萬平方米。

    下面是就該公司采用《合同能源服務(wù)管理》方式對(duì)現(xiàn)役高危、高耗能空壓機(jī)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)節(jié)能改造的節(jié)能效益和工程項(xiàng)目達(dá)成方式的闡述,請(qǐng)參閱:

    1、改造前服役空氣壓縮機(jī)能耗數(shù)據(jù)見表7。

    空氣壓縮機(jī)節(jié)能與案例應(yīng)用解析

    2、改造后服役空氣壓縮機(jī)能耗數(shù)據(jù)見表8。

    空氣壓縮機(jī)節(jié)能與案例應(yīng)用解析

    (1)該司正常使用是3臺(tái),銘牌功率250/kW*3=750kW;實(shí)際耗電846kW/每小時(shí)排氣量120.8m3/min;

    (2)采用筆者公司更加節(jié)能的永磁同步雙級(jí)壓縮空壓機(jī)3臺(tái),200/kW*3=600kW; 實(shí)際耗電在660kW/每小時(shí),排氣量120.81m3/min。

    (3)空壓機(jī)設(shè)備節(jié)能改造前后節(jié)能量數(shù)據(jù):采用同排量、同壓力的節(jié)能型空壓機(jī)替換現(xiàn)用的空壓機(jī)完成等同的生產(chǎn)量,比原來的空壓機(jī)在加載運(yùn)行狀態(tài)下每小時(shí)節(jié)省電量約186度,每小時(shí)節(jié)省電費(fèi)約117.1元(電費(fèi)按0.63元/度計(jì)算)。

    結(jié)論:用戶空壓機(jī)節(jié)能改造后

    A、用戶節(jié)能效益收益

    ①運(yùn)行1小時(shí)可節(jié)約電量約186度;可節(jié)約電費(fèi)約117.1元;

    ②運(yùn)行一年(365*0.95=346.75天/8322H)節(jié)約電量約154.7萬度;可節(jié)約電費(fèi)約97萬元;

    ③運(yùn)行4萬小時(shí)可節(jié)約電量約744萬度;可節(jié)約電費(fèi)約468萬元。

    B、用戶節(jié)能效益收益見表9。

    空氣壓縮機(jī)節(jié)能與案例應(yīng)用解析

    B、社會(huì)節(jié)能效益

    ①運(yùn)行1小時(shí)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約0.0691噸;可減少二氧化碳排量約0.1382噸;

    ②運(yùn)行4萬小時(shí)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約2764.8噸;可減少二氧化碳排量約5529.6噸;

    ③隨著碳排放上網(wǎng)交易,截止2019年7個(gè)試點(diǎn)省市的3000多家重點(diǎn)用能企業(yè)已加入,各地平均成交價(jià)30元左右。


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