紡織廠壓縮空氣系統(tǒng)電力節(jié)能研究

馮榮貞，王 虹，趙玉如

(河南工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 451191)

紡織廠壓縮空氣系統(tǒng)電力節(jié)能研究

馮榮貞，王 虹，趙玉如

(河南工程學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 鄭州 451191)

空氣壓縮機(jī)是紡織廠重要的動(dòng)力源，也是耗電量較大的設(shè)備，故對(duì)空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)采取節(jié)能措施降低能耗具有重要的意義.討論了空氣壓縮機(jī)節(jié)能的主要影響因素，提出采用IFC流量控制器對(duì)空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改善.與常規(guī)的變頻空氣壓縮機(jī)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明節(jié)能改造后空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的壓力降低，電力節(jié)能效果顯著.

空氣壓縮機(jī)；電力節(jié)能；空氣壓縮機(jī)壓力；流量控制器

空氣壓縮機(jī)安全環(huán)保、傳輸方便、便于集中管理，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，是紡織廠重要的動(dòng)力源之一.目前，空氣壓縮機(jī)的耗電量占全國(guó)發(fā)電量的10%.在一般的企業(yè)中，空氣壓縮機(jī)的耗電量占企業(yè)總耗電量的20%～30%[1]，總能耗占工業(yè)生產(chǎn)總能耗的10%～35%[2].但是，在空氣壓縮機(jī)所消耗的能源中，只有其中的19%被轉(zhuǎn)化成可供使用的功，其他的81%均以熱量的形式被消耗掉了[3].因此，在能源短缺、電力緊張的今天，壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能降耗受到了各方面的關(guān)注，合理選擇空氣壓縮機(jī)并確定其運(yùn)行方案有重要的意義.

在設(shè)計(jì)和規(guī)劃壓縮空氣系統(tǒng)時(shí)，可根據(jù)實(shí)際使用的要求和特點(diǎn)綜合考慮，合理選擇空氣壓縮機(jī)的配置方案.本研究合理規(guī)劃了壓縮空氣系統(tǒng)的運(yùn)行方案，將智能流量控制器用于壓縮空氣系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能降耗進(jìn)行了綜合分析.

1 空氣壓縮機(jī)的節(jié)能原理

空氣壓縮機(jī)的電耗與壓縮機(jī)的進(jìn)氣、排氣溫度及供氣壓力等因素有關(guān)，故實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)的節(jié)能運(yùn)行，要做好以下工作.

1.1 進(jìn)氣

空氣壓縮機(jī)的進(jìn)氣方式有兩種，一是室內(nèi)進(jìn)氣，二是室外集中進(jìn)氣.不論哪一種進(jìn)氣方式，都必須采取預(yù)過濾措施，可延長(zhǎng)空氣壓縮機(jī)的壽命、降低功耗.過濾器在運(yùn)行一段后，過濾阻力增加，空氣壓縮機(jī)的吸力也會(huì)增加，流量會(huì)相應(yīng)下降，所以應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)剡\(yùn)行環(huán)境定期對(duì)過濾器進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)和更換，使過濾器的阻力維持在一個(gè)較低的范圍.

1.2 排氣溫度

排氣溫度嚴(yán)重影響空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行和效率.排氣溫度每下降10 ℃，功耗也隨之下降3%[4].提高冷卻器的冷卻效率、控制好溫度，不僅能使空氣壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，還能進(jìn)一步降低功耗.因此，在夏季高溫季節(jié)，應(yīng)對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行徹底檢查、維護(hù)保養(yǎng)與清洗更換，把溫度控制在合適的范圍.

1.3 供氣壓力及壓力降

壓力針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)，節(jié)能潛力較大，壓力變化的范圍越大，說明系統(tǒng)的節(jié)能潛力越大.供氣壓力每降低0.01 MPa，功耗就相應(yīng)減少0.3%～0.5%.因此，在滿足生產(chǎn)工藝和使用要求的前提下，應(yīng)盡可能地降低供氣壓力.

傳輸過程存在壓力降，合理控制壓力降有利于節(jié)能降耗.當(dāng)壓力降增加時(shí)，空氣壓縮機(jī)就要多做功，功耗就會(huì)增加.壓力降每增加0.01 MPa，功耗就相應(yīng)增加0.3%～0.5%.因此，應(yīng)采取有效措施降低壓力降，例如適時(shí)更換油分離器、定期清洗干燥機(jī)空氣通道等.

2 IFC節(jié)能原理

IFC (Intelligent Flow Controllers) 是智能流量控制器的英文縮寫，是壓縮空氣系統(tǒng)用于精確控制用氣量、降低空氣壓縮機(jī)負(fù)載的節(jié)能設(shè)備，它通過恒壓供氣優(yōu)化生產(chǎn)制程、提高生產(chǎn)質(zhì)量[5].在先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家，IFC流量控制器(用氣端需求控制)與VSD變頻空氣壓縮機(jī)(產(chǎn)氣端供應(yīng)控制)一樣，都已成為壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化的標(biāo)配設(shè)備.

圖1 空氣壓縮系統(tǒng)平面布置圖Fig.1 The layout drawing of air the compressor system

雖然變頻空氣壓縮機(jī)(VSD)隨用氣量條件的變化節(jié)能效果也相應(yīng)變化，但人們依然認(rèn)為VSD可以節(jié)能.一般來說，一個(gè)空壓站只會(huì)安裝一臺(tái)VSD，需求增加則空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速升高、流量增大，需求下降則空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下降、流量減少.IFC也會(huì)根據(jù)用氣量(需求)的變化靈敏控制總流量(供應(yīng))的輸出.但不同的是，VSD一般只控制1臺(tái)空氣壓縮機(jī)的單機(jī)供應(yīng)量，IFC則控制整個(gè)空壓站的系統(tǒng)總量且恒壓精度更高.壓縮空氣系統(tǒng)的供需平衡是依靠壓力信號(hào)的變化及空氣壓縮機(jī)供應(yīng)的響應(yīng)來達(dá)成的，壓力信號(hào)從用氣端傳遞到產(chǎn)氣端，再由產(chǎn)氣端做功產(chǎn)氣并輸送到用氣端，循環(huán)周期中需要經(jīng)過整個(gè)空氣系統(tǒng)并耗費(fèi)一定的時(shí)間，這必然導(dǎo)致信號(hào)的損失及響應(yīng)的滯后.當(dāng)壓縮空氣輸送到用氣工廠時(shí)，用氣工廠的需求又變化了，這時(shí)剛完成的需求響應(yīng)就成了浪費(fèi)，這種需求類似一種錯(cuò)覺，被稱為錯(cuò)覺需求.IFC專門解決這種錯(cuò)覺需求產(chǎn)生的浪費(fèi)損失問題，其主要特征如下：①穩(wěn)定的壓力輸出(±0.007 MPa)；②具備壓力輸出的日程默認(rèn)功能；③故障旁通功能；④斷電后上電自啟動(dòng)功能；⑤遠(yuǎn)程控制功能；⑥自身能耗及保養(yǎng)成本極低；⑦安裝簡(jiǎn)單.

3 空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)節(jié)能方案

3.1 空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)節(jié)能前

該紡織廠關(guān)鍵用氣車間為織機(jī)車間(低壓車間用氣)和紡絲車間(高壓車間用氣)，安全壓力下限分別為0.43 MPa和0.68 MPa.空氣壓縮機(jī)房共有8臺(tái)空氣壓縮機(jī)并網(wǎng)使用，正常生產(chǎn)情況下3臺(tái)為備用，空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)年運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)數(shù)為8 400 h/a.節(jié)能方案之前的平面布置如圖1所示，主要設(shè)備清單見表1.

表1 空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)主要設(shè)備清單Tab.1 The main equipment list of the air compressor system

3.2 空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)節(jié)能方案

圖2 節(jié)能方案平面示意圖Fig.2 The diagram of the air compressor system

空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)采用IFC對(duì)該紡織廠的用氣量進(jìn)行控制，降低了空氣壓縮機(jī)的負(fù)載，達(dá)到了節(jié)能效果.IFC具有穩(wěn)定的輸出壓力，斷電后能自動(dòng)上電，可遠(yuǎn)程控制，安裝簡(jiǎn)單.IFC還可根據(jù)用氣量的變化靈敏控制總流量的輸出，而且能控制整個(gè)空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的總量.系統(tǒng)中的IFC采用SF-120和SF-90兩種型號(hào)，安裝位置如圖2所示.

4 節(jié)能分析

4.1 壓力測(cè)量情況

該紡織廠最關(guān)鍵的空壓壓力為空壓站的供氣壓力、廠房的供氣壓力和使用壓力.針對(duì)這些壓力，采用Data logger對(duì)空壓系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，測(cè)點(diǎn)分別布置在高壓主管、低壓主管、高壓用氣入口與低壓用氣入口，各測(cè)點(diǎn)情況如表2所示，布置方式如圖3所示.測(cè)量期間，4個(gè)點(diǎn)同步記錄監(jiān)測(cè)壓力的變化，以觀察壓縮空氣系統(tǒng)的整體壓力降與波動(dòng)情況.

圖3 測(cè)點(diǎn)布置Fig.3 The collocation of the measuring points表2 壓力測(cè)點(diǎn)Tab.2 The pressure measuring points

測(cè)點(diǎn)編號(hào) 目的DL1(低壓主管壓力)監(jiān)測(cè)低壓主管壓力的波動(dòng)DL2(低壓車間用氣壓力)監(jiān)測(cè)低壓車間用氣壓力的波動(dòng)DL3(高壓主管壓力)監(jiān)測(cè)高壓主管壓力的波動(dòng)DL4(高壓車間用氣壓力)監(jiān)測(cè)高壓車間用氣壓力的波動(dòng)

圖4 IFC控制壓力變化效果Fig.4 The cause-and-effect diagram of the pressure variation with the control of IFC

根據(jù)空氣壓縮機(jī)管線的壓力記錄，在IFC的控制下，壓力由0.51 MPa下降到0.43 MPa，見圖4.由圖4也可看出，采用IFC控制后，系統(tǒng)的供氣壓力明顯下降.如1.3所述，供氣壓力下降就意味著空氣壓縮機(jī)的功耗下降，系統(tǒng)就節(jié)能.

4.2 電力節(jié)能效益

對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)電流也進(jìn)行了測(cè)量記錄，空氣壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)電流記錄與年度電費(fèi)如表3所示.

表3 節(jié)能前實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)電流Tab.3 The electricity of the actual operating before the energy-saving

表4 電力節(jié)省費(fèi)用Tab.4 The cost of the electric energy-saving

該紡織廠采用IFC后，供氣壓力下降，空氣壓縮機(jī)整體電費(fèi)可節(jié)省5%,如表4所示.可見，采用IFC流量控制器后，每年可節(jié)省電費(fèi)約397 700.6元，節(jié)能效果顯著.

5 結(jié)束語

在能源匱乏的今天，節(jié)能尤為重要.對(duì)空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)采取節(jié)能措施，可節(jié)省投資、降低成本、提高效益.采用IFC流量控制器可穩(wěn)定空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行，在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下降低供氣壓力和壓力降，起到了節(jié)能降耗的作用.

紡織廠的空氣壓縮機(jī)價(jià)格昂貴，運(yùn)行費(fèi)用也較高，如每天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，大約十年后將進(jìn)入故障多發(fā)期.應(yīng)針對(duì)節(jié)能設(shè)備，對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行教育訓(xùn)練，加強(qiáng)日常運(yùn)行中對(duì)設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，以延長(zhǎng)空氣壓縮機(jī)的壽命、降低其維修成本，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益.

[1] 郭天霞.基于空氣壓縮機(jī)節(jié)能措施的研究[J].科技致富向?qū)?2011(8)：333.

[2] 蔡茂林.空氣壓縮機(jī)能耗現(xiàn)狀及系統(tǒng)節(jié)能潛力[J].中國(guó)設(shè)備工程，2009(7)：42-44.

[3] 孫曉名，彭恒，林子良.動(dòng)力用空氣壓縮機(jī)能源效率探討[J].流體機(jī)械，2013,41(11)：48-51.

[4] 袁有增.壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能降耗淺析[J].棉紡織技術(shù),2008,36(10):588-590.

[5] 李宗耀.紡織空壓技術(shù)[M].北京：中國(guó)紡織出版社，2005:157-179.

Energy saving of compressed air system in textile mill

FENG Rongzhen，WANG Hong, ZHAO Yuru

(CollegeofCivilEngineering,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou451191,China)

Air compressor is an important power of textile mill, and is one of the largest power consumption equipment. In order to reduce energy consumption, it is significant to take energy saving measures on the air compressor system . In this paper, the main factors influencing the energy-saving of air compressor are discussed. The IFC flow controller is proposed for improving the air compressor system, comparing with the conventional variable frequency air compressor, the results show that the pressure of air compressor system is reduced, and the energy saving effect is remarkable.

air compressor; power saving; the pressure of air compressor; flow controller

2016-01-05

馮榮貞(1963-)，女，河北唐山人，工程師，研究方向?yàn)榻ㄖh(huán)境設(shè)備與能源應(yīng)用.

TB4

A

1674-330X(2016)02-0025-04