煤礦空壓機設(shè)備節(jié)能研究與改造應用

裴利星

（陽泉煤業(yè)（集團）有限責任公司一礦， 山西 陽泉 045008）

1 改造的背景和意義

隨著世界經(jīng)濟高速發(fā)展，節(jié)能減排成為世界高品質(zhì)發(fā)展的主題。我國空壓機行業(yè)的應用涉及電力、冶金、紡織、電子、化工、食品醫(yī)藥、軍工科技等各個領(lǐng)域?？諌合到y(tǒng)電能消耗占工業(yè)能耗的8%～10%左右，全國空壓機耗電量約為2 260 億kW·h/a，其中有效能耗只占66%，其余34%的能量（約768.4 億kW·h/a）被浪費。可見空壓系統(tǒng)的節(jié)能工作亟待高效開展。

空壓機是一個能耗比較大的動力設(shè)備，是工廠能耗最大的設(shè)備之一。通過對現(xiàn)場的統(tǒng)計分析和研究，發(fā)現(xiàn)在壓風站空壓機設(shè)備真正用于生產(chǎn)的壓縮空氣不到壓縮機產(chǎn)氣量的70%，其他30%以上的電力消耗并沒有真正用在生產(chǎn)上，而是成為了非生產(chǎn)性的浪費。

合同能源管理是通過科學檢測評估空氣系統(tǒng)現(xiàn)狀給出基于實際情況的評估報告的一種管理方式，所以通過合同能源管理的模式并應用一些專業(yè)的系統(tǒng)節(jié)能方案，可以使企業(yè)不僅不需要承擔節(jié)能項目實施的資金和技術(shù)風險，而且在降低用能成本的同時獲得節(jié)能帶來的收益和獲得ESCO（節(jié)能服務(wù)公司）提供的設(shè)備。

空壓機合同能源管理節(jié)能改造項目的實施，不僅可節(jié)約大量的電力資源，而且可提高企業(yè)煤炭產(chǎn)量和生產(chǎn)效益。

2 改造項目優(yōu)勢

1）項目不但實現(xiàn)各類節(jié)能收益，還不會有技術(shù)、費用方面的風險。

2）節(jié)能效率高，工區(qū)EMC 項目的年節(jié)能率可達到20%～40%。

3）完善節(jié)能服務(wù)，實現(xiàn)資金更好的流通。

4）增加節(jié)能管理經(jīng)驗和提升素質(zhì)，促進內(nèi)部管理科學化。

5）能更好、更專業(yè)地實現(xiàn)節(jié)能管理，提供更加系統(tǒng)的體系和技術(shù)服務(wù)。

6）可以在項目實施后即刻實現(xiàn)能源利用成本下降。

3 研究內(nèi)容和關(guān)鍵技術(shù)

3.1 項目目標

通過對各工區(qū)空氣壓縮機的使用及能耗狀況調(diào)查、分析。利用高效率的設(shè)備、合理運行控制系統(tǒng)，以合同能源管理的方式對各壓風站的壓縮空氣系統(tǒng)的進行改造。在滿足現(xiàn)有生產(chǎn)的情況，降低空壓機設(shè)備耗電量，達到節(jié)能減排的目的。

3.2 節(jié)能技術(shù)及節(jié)能設(shè)備的選擇

根據(jù)工區(qū)壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備的實際狀況、條件。選擇適合現(xiàn)場且具備現(xiàn)有先進的節(jié)能效率的技術(shù)及設(shè)備。主要技術(shù)指標：

1）空壓機設(shè)備的能效等級達到國家節(jié)能能效標準的一級能效。

2）經(jīng)過改造以后，每年節(jié)能效益達到20%以上（主要考核指標為改造前后電能的節(jié)約量，以電度表及流量計）。

4 技術(shù)方案

由于用氣設(shè)備和用氣點很多，用氣量隨著生產(chǎn)負載的波動，有時候會出現(xiàn)瞬時用氣量很大或很小的情況，這通常會造成壓縮空氣系統(tǒng)管網(wǎng)壓力波動很大。正常壓縮空氣系統(tǒng)需保證供氣壓力在1～2 kgf/cm2范圍內(nèi)波動。為了保證系統(tǒng)壓力，導致系統(tǒng)耗能量和空壓機能耗的增加。壓力越高，輸出功率效率越低。

通過系統(tǒng)智能控制，使系統(tǒng)壓力、流量與壓縮機產(chǎn)氣量智能匹配，實現(xiàn)產(chǎn)需匹配，避免因為壓力過高、機組無效卸載所引起的能源浪費，減少無用功的產(chǎn)生。壓力每增加1 kgf/cm2，能量消耗增加約6%。壓力每減少1 kgf/cm2，能量消耗減少約6%。

通過提高空壓機自身效率的辦法來提高整個壓縮空氣系統(tǒng)的運行效率，重點是對一些老的空壓機進行更新?lián)Q代，選用高效節(jié)能的機組來代替舊的空壓機。

空氣壓縮機是否節(jié)能的重要判斷標準為比功率。比功率是將空壓機組的輸入功率除以實際產(chǎn)氣量，得出的值即為空壓機的輸入比功率，單位是kW/（m3·min）。要了解1 臺螺桿空壓機的比功率，首先要對其輸入功率的概念有完整的認識。我們知道，用戶要支付的電費不是整臺機器的輸出功耗，而是整臺機器的輸入功耗，即該臺機器的總輸入能耗。

從技術(shù)設(shè)計原理來說，壓縮機壓縮過程存在內(nèi)部泄漏，單級壓縮相較于雙級壓縮泄漏更大，造成了壓縮機的比功率較高，能耗高。因此，采用雙級、多級等溫壓縮能有效降低能耗，如現(xiàn)有雙級壓縮，一般比單級壓縮提高15%的能源利用。因此，更換為現(xiàn)有技術(shù)先進、比功率更低的雙級壓縮螺桿空壓機，可以有效提高能源的轉(zhuǎn)換，降低能耗。

5 壓風機改造應用效果

實施空壓機合同能源管理節(jié)能改造項目后，可以改變現(xiàn)有的設(shè)備能耗高、效率低、安全可靠性較差的現(xiàn)狀。既節(jié)約電力能源，降低了企業(yè)成本，同時也改變現(xiàn)有設(shè)備高能耗的現(xiàn)狀。

空壓機設(shè)備的能效等級達到國家節(jié)能一級能效標準；壓縮空氣系統(tǒng)全部智能控制，運行更穩(wěn)定、安全；經(jīng)過改造以后，每年節(jié)能效益達到20%以上。

以高家溝工區(qū)的空壓站節(jié)能改造為例：正常情況開機3 臺，1 臺長時間卸載（加載時間約8 h）；日開機時間為24 h，年工作時間為8 000 h；每小時空壓站總功率為587 kW；高峰需求氣量為80 m3/min（約8 h）；低谷總需求氣量為60 m3/min（約16 h）。則年耗電量高達469 萬kWh，每小時約293.5 元，每天約7 044 元，每年約235 萬元（注：電費按0.5 元/kWh、1 a 運行8 000 h 計算），按照最低20%的節(jié)能效益，每年最少可節(jié)電93 萬kWh 近50 萬元的電費。

6 結(jié)語

1）空壓機合同能源管理節(jié)能改造項目，可以改變現(xiàn)有的設(shè)備能耗高、效率低、安全可靠性較差的現(xiàn)狀。

2）空壓機節(jié)能改造項目，節(jié)約了大量的電力資源, 提高了空壓機設(shè)備的能耗標準，降低了運行成本，為推動煤炭產(chǎn)量和煤炭生產(chǎn)效益的提高做出了貢獻。