淺析空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用

孫建輝

摘 要：近年來，隨著節(jié)能減排的不斷深化，節(jié)能技術(shù)已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。空壓機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中常用的設(shè)備，運(yùn)行效率往往較低，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，節(jié)能技術(shù)開始在空壓機(jī)中得到應(yīng)用，并取得了較好的節(jié)能效果。本文主要針對(duì)空壓機(jī)的節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析與闡述。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī)；節(jié)能技術(shù)；變頻

1引言

二十一世紀(jì)以來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅速發(fā)展，在推動(dòng)人類社會(huì)進(jìn)步的同時(shí)，卻也帶來了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題。近年來隨著節(jié)能減排的不斷深化，節(jié)能技術(shù)開始得到人們的重視，并在生產(chǎn)生活的諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用?？諌簷C(jī)作為煤炭、鋼鐵等行業(yè)工業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，其能耗較高且運(yùn)行效率較低，已經(jīng)成為生產(chǎn)過程中能源損耗的重要環(huán)節(jié)。本文主要針對(duì)空壓機(jī)的節(jié)能技術(shù)進(jìn)行了分析與闡述，通過節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠減少空壓機(jī)的能耗，還能提高其使用壽命，降低生產(chǎn)成本。

2空壓機(jī)運(yùn)行存在的問題

空壓機(jī)是一種利用電動(dòng)機(jī)在壓縮腔內(nèi)對(duì)氣體進(jìn)行壓縮，使之具有一定壓力的設(shè)備，一般在工業(yè)生產(chǎn)中負(fù)責(zé)為其他氣動(dòng)設(shè)備提供動(dòng)力來源，在煤炭、紡織、鋼鐵、化工等諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。空壓機(jī)主要包括電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置以及控制系統(tǒng)等幾大部分組成，其耗電量較為嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)大型工業(yè)設(shè)備的用電量占整個(gè)社會(huì)用電量的60%以上，而大型工業(yè)設(shè)備用電量中空壓機(jī)用電量約占15%左右，其能耗在我國(guó)社會(huì)用電量中占據(jù)著重要的地位。另外有調(diào)查顯示，空氣機(jī)在5年的運(yùn)行成本中，設(shè)備成本僅占總成本的12%左右，運(yùn)行成本則占80%左右，可見降低空壓機(jī)能耗對(duì)降低空壓機(jī)運(yùn)行成本有著重要的意義?？諌簷C(jī)系統(tǒng)市場(chǎng)規(guī)模如下圖所示，通過圖中可以看出，空壓機(jī)節(jié)能市場(chǎng)近年來始終保持較快的增長(zhǎng)勢(shì)頭，發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆?/p>

經(jīng)過長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐的不斷完善，空壓機(jī)在機(jī)械原理等方面已經(jīng)十分成熟，但隨著人們對(duì)節(jié)能減排重視程度的不斷提高，空壓機(jī)在節(jié)能方面仍存在諸多問題。一般來說在工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)過程中的用氣量與用氣壓力等指標(biāo)通常是不斷變化的，這就要求空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)不斷隨負(fù)荷要求發(fā)生變化。空壓機(jī)的控制技術(shù)已經(jīng)成為影響空壓機(jī)效率和性能的重要因素，同時(shí)也是保證空壓機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證，傳統(tǒng)的控制方式包括以下兩種。

2.1電氣聯(lián)鎖控制技術(shù)

電氣連鎖控制就是通過對(duì)空壓機(jī)管網(wǎng)壓力的監(jiān)控而實(shí)現(xiàn)的控制技術(shù)，當(dāng)空壓機(jī)產(chǎn)生的氣量氣壓超過負(fù)荷需求時(shí)，管網(wǎng)的壓力將上升，當(dāng)壓力值超過某一設(shè)定閾值時(shí)聯(lián)鎖信號(hào)控制空壓機(jī)停機(jī)，從而降低管網(wǎng)的壓力，當(dāng)管網(wǎng)的壓力下降到小于某一設(shè)定閾值時(shí)聯(lián)鎖信號(hào)將控制空壓機(jī)再次開機(jī)。這種電氣聯(lián)鎖的控制方式在負(fù)荷頻繁變化且儲(chǔ)氣罐容量較小時(shí)，將導(dǎo)致空壓機(jī)頻繁的開停機(jī)，開停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的沖擊不僅對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成了較大的影響，造成了較大的功率損耗，還對(duì)空壓機(jī)造成了較大的損害，大大縮短了空壓機(jī)的使用壽命。

2.2自動(dòng)加卸載控制技術(shù)

自動(dòng)加卸載控制是一種通過空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)的加卸載而實(shí)現(xiàn)的控制方式，當(dāng)管網(wǎng)壓力超過某一設(shè)定的閾值時(shí)，控制調(diào)節(jié)空壓機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉，通過導(dǎo)葉的減小實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)輸出氣量氣壓的減??；當(dāng)導(dǎo)葉減小到最小狀態(tài)且管網(wǎng)壓力達(dá)到卸載壓力閾值時(shí)，控制空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)卸載，與壓縮機(jī)脫離，此時(shí)電動(dòng)機(jī)保持空載狀態(tài)，空壓機(jī)不再產(chǎn)生壓縮空氣，管網(wǎng)壓力得以減小。當(dāng)管網(wǎng)壓力逐步降到加載壓力閾值時(shí)，控制空壓機(jī)電動(dòng)機(jī)加載，與壓縮機(jī)自動(dòng)對(duì)接，并逐步打開導(dǎo)葉，滿足符合的用氣需求。與電氣聯(lián)鎖控制方式相比，自動(dòng)加卸載控制作為一種有級(jí)的控制方式，控制更加靈活，但電動(dòng)機(jī)始終保持運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，一方面不利于電動(dòng)機(jī)的使用壽命，另一方面造成了空載功耗的浪費(fèi)。

3空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用

3.1變頻控制技術(shù)

當(dāng)前變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)在空壓機(jī)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，并發(fā)揮了重要的節(jié)能效果。傳統(tǒng)的空壓機(jī)調(diào)速都是采用加載和卸載的瞬時(shí)方式實(shí)現(xiàn)，過電流較大，造成的電壓波動(dòng)與氣壓波動(dòng)不僅造成了較大的能耗，還造成了設(shè)備較為嚴(yán)重的磨損，縮短了設(shè)備的使用壽命。變頻調(diào)速技術(shù)就是利用變頻器，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，通過改變電流的頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制與調(diào)節(jié)，其改變了傳統(tǒng)的調(diào)速方式，具有更強(qiáng)的靈活性，能夠在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速的多次調(diào)節(jié)，且調(diào)速過程更加平穩(wěn)，從而大大減少了空壓機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中不必要的能量損耗，提高了空壓機(jī)的運(yùn)行效率。與傳統(tǒng)的調(diào)速方式相比，變頻調(diào)速技術(shù)更加適應(yīng)空壓機(jī)輕載運(yùn)行條件，調(diào)速過程中電動(dòng)機(jī)的電能損耗也大大降低。

3.2基于負(fù)荷預(yù)測(cè)的控制技術(shù)

負(fù)荷變化是導(dǎo)致空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的改變的重要原因，由于控制裝置對(duì)空壓機(jī)的控制調(diào)節(jié)具有明顯的滯后性，導(dǎo)致空壓機(jī)的調(diào)節(jié)通常較為急促，一方面造成了較大的功耗損失，另一方面對(duì)空壓機(jī)也造成了較大的損耗。通常在工業(yè)生產(chǎn)中，負(fù)荷的變化具有一定的規(guī)律，因此通過對(duì)負(fù)荷變化的預(yù)測(cè)，提前對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，通過緩變滿足下一時(shí)刻的符合需求，一方面減少了空壓機(jī)的驟停晝起，避免了對(duì)空壓機(jī)的損耗，另一方面大大減少了空壓機(jī)調(diào)整過程中不必要的功率損耗，提高了空壓機(jī)的效率。

負(fù)荷預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性直接決定了控制的精確性，為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測(cè)，一方面控制算法中設(shè)置有反饋校正以及滾動(dòng)優(yōu)化環(huán)節(jié)，利用負(fù)荷的變化實(shí)時(shí)對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行更新和校正，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的短期預(yù)測(cè)；另一方面對(duì)負(fù)荷變化的大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與挖掘，分析負(fù)荷變化的長(zhǎng)期性規(guī)律，進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)精度。

3.3空壓機(jī)群優(yōu)化控制技術(shù)

當(dāng)單臺(tái)空壓機(jī)難以滿足用戶的需求時(shí)，需要利用空壓機(jī)群來滿足用戶的更高需求。單臺(tái)空壓機(jī)的控制調(diào)節(jié)方式較為單調(diào)，只能通過空壓機(jī)中電動(dòng)機(jī)的啟停、轉(zhuǎn)速調(diào)整以及導(dǎo)葉開閉等操作實(shí)現(xiàn)，難以滿足不同的負(fù)荷變化，而應(yīng)用空壓機(jī)群后，控制方式得到了較大的豐富，通過對(duì)多臺(tái)空壓機(jī)的組合控制，更能夠適應(yīng)負(fù)荷多樣的變化情況，同時(shí)通過負(fù)荷的合理分配，能夠使每臺(tái)空壓機(jī)都運(yùn)行在最佳的負(fù)荷狀態(tài)，從而有效延長(zhǎng)空壓機(jī)的使用壽命，降低空壓機(jī)的維護(hù)成本。

空壓機(jī)群優(yōu)化控制技術(shù)需要對(duì)系統(tǒng)中不同區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)獲取各區(qū)域空壓機(jī)運(yùn)行狀況、各存儲(chǔ)罐存儲(chǔ)狀況以及各管道的壓力狀況，并根據(jù)參數(shù)變化情況，利用遺傳算法、蟻群算法等實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)群的優(yōu)化控制。

3.4無功補(bǔ)償技術(shù)

通常來說，空壓機(jī)中使用的電動(dòng)機(jī)多為異步電動(dòng)機(jī)，其能夠隨負(fù)荷的變化改變自身輸出的功率，具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的無功損耗，當(dāng)負(fù)荷發(fā)生突變時(shí)，無功損耗的突變將造成嚴(yán)重的能量損耗，因此利用無功補(bǔ)償技術(shù)，采用電容器等無功補(bǔ)償設(shè)備對(duì)空壓機(jī)的無功損耗進(jìn)行補(bǔ)償十分有效，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生或吸收無功功率時(shí)，電容器可以起到吸收或釋放無功的作用，從而大大降低空壓機(jī)的電能損耗。

4結(jié)束語

空壓機(jī)作為工業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，在諸多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，利用節(jié)能技術(shù)降低空壓機(jī)的能耗水平，對(duì)提高資源的利用率，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展都有著重要的積極意義。相信隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)必將得到更加廣泛應(yīng)用，發(fā)揮更加顯著的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]呂新磊，王永華，高永田. 螺桿式空壓機(jī)變頻節(jié)能改造方案設(shè)計(jì)[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào).2012（1）.

[2]丁慶雷，何鵬，劉殿珍，等.高壓變頻器在螺桿式空壓機(jī)節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].變頻器世界.2013（10）.

[3]袁帥軍，郭利女，鄧超，等.變頻器在空壓機(jī)中的應(yīng)用[J].硅谷，2010，16.

[4]陳海燕.空壓機(jī)的節(jié)能改造[J].中國(guó)外資，2010，18.

[5]魯欣南.變頻技術(shù)應(yīng)用于空壓機(jī)節(jié)能改造的控制策略分析[J].浙江電力.2008（5）.