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高效空压机房是怎样炼成的?

时间:2021-08-16 16:19:31来源:亚博2021最新版网址作者: 胡译鑫点击数:
  在广汽本田增城工厂,空压机房24小时安全稳定供应压缩空气,2020年空压总电耗接近2400万kWh,因此对空压系统进行节能改造,节能潜力大,如能降低能耗比重1%~2%,节能效益亦十分可观

  在广汽本田增城工厂,空压机房24小时安全稳定供应压缩空气,2020年空压总电耗接近2400万kWh,因此对空压系统进行节能改造,节能潜力大,如能降低能耗比重1%~2%,节能效益亦十分可观。

  

1 高效空压机房的概念


  高效空压机房关注的是整个空压机系统(供气侧、输送管路系统和用气侧组成的系统)的运行能效,而不只是单台设备的能效。根据《CGMA033001-2018压缩空气站能效分级指南》并结合我工厂压缩空气实际使用情况,高效空压机房的目标气电比定为小于0.090kwh/m3(供气压力露点≥3℃,供气平均流量≥300m3/min,有油,供气压力0.7MPa)。

  

  通过提高目前以及未来几年的空压站房能效可以降低运行成本,达到高效机房标准后每年可节省电费近六百万元,而且能够实现的任何压缩空气节能都将对工厂的总能耗和二氧化碳排放产生重大影响。近几年来,为了实现高效空压机房建设,我工厂在运行管理及技术改造上不断摸索,积累了一些经验,希望通过本文能为提高压缩空气系统效率者提供参考性的思路。

  

2 空压机余热回收再利用


  螺杆空压机在运行过程中会产生大量的热,为保护设备需利用冷却油进行降温,而机组运行时油温可高达105℃,这部分能量是由电能转化而来,除了机械摩擦导致的热能损失外,大部分热量通过各种途径排放到空气中造成浪费。因此,如何有效利用空压机的余热是节能减排的重点。

  螺杆压缩机的输入功率大约有98%(大部分轴功率)是作为热量通过冷却器带走,散耗在环境中的,其冷却器又分后冷却器和油冷却器。根据相关的技术资料,油冷却器带走大约总散热量中72%的热量。如果以71%计算,那么通过的油冷却器的散热量大约占空压机输入功率的70%。

  工厂中空压站紧邻制冷站,制冷站中的冷冻机为生产工艺以及环境提供冷冻水。制冷系统用量最高时每天需要为工厂提供冷量约1000GJ。经过长期来对水冷式空压机观察并与空压机厂家沟通,发现现有螺杆空压机有进行热回收的潜力,并可产出温度超过70℃的热水。于是团队利用余热回收机组和溴化锂制冷机将压缩空气系统与制冷系统联合起来,在余热回收机组和管道顺利安装和调试后,进行了数据观测,一周的时间内,溴化锂制冷机供冷量超过200GJ,节约制冷机电能近1.4万kWh。

  

  通过对喷油螺杆空压机进行余热回收制冷,每天可产出热水约1200吨,出水温度可达75℃,2020年全年溴化锂机组制得近8500GJ冷量,全年节省电力超过80万kWh。减少了现有制冷系统设备的耗电量,同时冷却了高温的空压机油,提高空压机产气效率,实现能源的再利用,节能减排,降低系统的用电单耗。参考《压缩空气站能效分级指南》团体标准,进行余热回收改造后,综合输功效率提升了4%,能效等级由5级提升到4级。可见空压机余热回收对于建设高效空压站房具有重大意义。

  同样,离心空压机在运行中产生大量的热。这些热量蕴含在压缩空气中,主要通过压缩空气与冷却水的热交换,由冷却水将热量散发到大气中,以及通过其它途径排放到空气中。如不将热量回收,这些热能就不能得到很好的利用。对一级、二级压缩机出口压缩空气的热能进行回收,热水温度只有35~50℃,并不能满足需求,对三级压缩机进行能量回收,可获得65~75℃的热水,可满足热水型溴化锂机组的需求。离心机的热量回收率大约为20%,实施余热回收改造后预计可提升综合输功效率1~2%,系统用电单耗可下降到0.115 kWh/m3。

  

3 压缩空气系统分压供气


  我厂压缩空气用气工艺各车间各不相同,各使用点压力范围在0.5MPa~0.7MPa,车间个别设备压缩空气压力要求在0.7MPa以上,甚至在0.8MPa以上。根据数据统计,空压机压力每下降0.1MPa,能耗会下降约7%,所以应尽可能调低空压机出口压力,同时也要确保每个车间的压缩空气能按需供应。目前我厂空压机的额定排气压力均为0.8MPa或以上(含螺杆机、离心机),空压机的加卸载压力可调。空压机的出口压力设定是0.74~0.78MPa,在车间末端压缩空气的压力能够可达到0.65~0.75MPa,能满足全厂大多数车间设备对压缩空气的使用需求。对于车间个别设备压缩空气要求在0.75MPa或以上的,车间相应地配备了增压泵,以此对个别使用点进行局部增压,可避免因个别点的高压力需求而提高整个管网压力。

  在实际使用中,车间入口压力存在大于车间大部分设备的需求压力且波动较大(波动范围大于0.07MPa)的现象。为了解决以上问题,从2020年开始,我厂在对主要用气车间进行详细与系统的调查与分析后,逐步安装智能流量控制装置对压缩空气系统实施分压供应改造,目前工厂已在冲压车间及涂装车间的压缩空气入口处安装智能控制装置来尝试分压稳压节能。该设备安装于后处理之后、用气车间之前的压缩空气总管上,可根据用气端的压力变化,灵敏地控制输出压力,保证供应流量。现时冲压车间入口压力稳定在98±1psi,观察一周,相比调压前节省约5%的气量。

  在所有车间实施后可实现消除压力浪费来减少流量消耗,减少空压机产气做功实现节能,预计整体节气率可达10%。同时,分压供应管理也避免了不同用气车间的互相影响,减少了系统的压力波动(车间入口压力波动范围小于0.007MPa),优化了生产工艺,提高生产质量。在国内外许多知名企业如海尔、中铝、浦项中等均通过使用末端智能流量控制设备进行节能,节能率一般可达15%。

  


  

4 压缩空气系统分质供气


  根据GB/T13277-91《一般用压缩空气质量等级》的规定 ,压缩空气的品质根据固体颗粒物、压力露点、含油量不同,分为6个等级。空压站的压缩空气从空压机输出后经过冷干机和过滤器的处理,输送管道采用普通无缝钢管。处理后的压缩空气按照国家标准,质量等级属于4~5级。而在使用过程在存在最大的问题是随着压缩空气温度降低不断析出的冷凝水。为解决这个问题,我厂在空压站的压缩空气主管道、冷干机、过滤器、储气罐等下方安装了排水器(零耗式),可以及时将系统内的冷凝水进行排放,也避免了排污过量导致的压缩空气浪费。对于压缩空气品质要求不高的车间使用点来说,已经能满足大部分需求。

  对于用气要求高的车间采用分散就地处理的方式,提高使用点压缩空气的品质。如涂装车间,在车间压缩空气入口单独增加安装了精密过滤器,以及部分用气区域入口安装了吸附式干燥机,经过过滤和吸干机处理后的压缩空气品质可达到:含尘量0.01μm,压力露点-40℃,含油量0.01mg/m3,可以满足车间个别使用点的需求。

  在车间对压缩空气使用品质要求差异较大的情况下,首先要保证满足大部分使用点的需求,这样可以减少前端的后处理设备,减小压降。对于个别用气要求较高的使用区域,应因地制宜,采取分品质供应,利用精密过滤器和吸干机等后处理设备再处理。利用在后处理设备的使用过程中,尤其需要注意各级过滤器的前后压差,当压差过大时(>0.035MPa),需要及时更换,否则在站房内部会导致0.1~0.15MPa的压降,不但造成很大的能源浪费,而且压缩空气得不到理想的品质。通过分质供气可节能约7%。

  

高效空压机房是怎样炼成的?

5 空压站房云智控系统


  显然,目前的人工调度是一种比较落后的控制方式,用气波动时,由值班人员到现场人工启停设备,响应不及时。不能时刻保持运行设备组合为最优,易使设备频繁加卸载或放空,导致运行效率低下、能源浪费。设备供气方案无法与用气情况时刻匹配,各设备孤军作战,产气端压力与用气端压力不匹配,或者在特定情况下,不能开启最优的设备组合,就会导致气体放空,压力波动,加剧能耗损失。

  


  目前,包括汽车工厂在内的许多工厂通过采用智能空压站房系统进行节能,有效降低了运行成本及管理成本,整站节能率一般超过10%。我厂计划导入云智控节能管理系统,利用这套系统建成数字化空压站房,实现智能化控制和整站节能的目标。这需在设备上非侵入式安装相关硬件产品,安装完善的计量器具,对站房内的所有设备进行数据的采集——分析——决策,实现“云、边、端”实时协同,数据闭环。

  云智控通过系统对空压站房的设备进行实时数据采集,利用边缘计算和云服务器实现对空压系统运行参数的智能优化控制,根据用气需求自主调节机运组行数量和运行参数,优化设备组启停顺序等方式使系统运行在最窄的压力带范围,提高各台机组的效率。通过使用智控系统,将压缩空气网设置为在狭窄的压力带内运行,以确保其满足精确需求。通过该控制还可以设定不同的压力带,以优化不同时段的能源使用情况,从而大幅降低低频使用时的能源成本。此外,降低系统压力可以减少泄漏造成的影响。每降低0.1MPa压力,即可减少13%的漏气影响。

  同时,站房智控后,还可实现站房的全面监测,设备(包括空压机、仪器仪表等)的数据和温湿度、排气压力、流量、压降、泄漏、耗电量等数据均可在线查看;通过2D、3D的站房组态图,将数据直接呈现在边缘端、电脑或手机小程序上,无需人工现场抄表,随时随地掌握站房内各设备运行数据;还有设备故障预警、保养到期提醒,并有多种通知方式:现场声光报警、PC弹窗、语音播报、手机电话等;增加数据统计与分析供能效评估参考,能效分析、用气分析、浪费分析、故障统计分析等分析统计与自主查询,支持查看设备历史数据,帮助实现设备异常情况的快速预判;自动生成专家级诊断月报,展示并分析整站能效等级、能源收益、单位能耗、累计用气、用气波动、设备稼动率、加载率、故障报警、管道压降、泄漏等情况。大大减少线下点检难度,预计节省80%的人工点检时间,节约管理工时75%。


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