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離心壓縮機(jī)應(yīng)用企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能方案分析

   【壓縮機(jī)網(wǎng)】如果不能明顯降低能耗水平,當(dāng)前的資源和環(huán)境可能無法承受。因此“節(jié)能減排”在“兩會”上發(fā)出了最強(qiáng)音;從中央到地方,從政府到企業(yè)都已經(jīng)將節(jié)能減排納入重要的議事日程。
 
離心壓縮機(jī)應(yīng)用企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能方案分析
 
  1、前言
 
  近幾年,在全國范圍內(nèi)持續(xù)發(fā)生大規(guī)模霧霾,污染嚴(yán)重,習(xí)主席在視察時(shí)親自過問。嚴(yán)重的環(huán)境污染對我們之前的經(jīng)濟(jì)增長方式甚至經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)提出了質(zhì)疑,如果不能明顯降低能耗水平,當(dāng)前的資源和環(huán)境可能無法承受。因此“節(jié)能減排”在“兩會”上發(fā)出了最強(qiáng)音;從中央到地方,從政府到企業(yè)都已經(jīng)將節(jié)能減排納入重要的議事日程。
 
  節(jié)能減排是利國利民的大事,對于工業(yè)來說絕不是可有可無的。如果工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)能接近飽和,而中央著力支持第三產(chǎn)業(yè),那么在生存資源日漸緊張的情況下,每個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)中都會有相當(dāng)比例的企業(yè)會倒下,剩下的企業(yè)一定是在角逐中占據(jù)成本優(yōu)勢的企業(yè)。而節(jié)能關(guān)系到企業(yè)的成本,進(jìn)而影響到盈虧平衡點(diǎn),由量變引起質(zhì)變,它可能就會影響到是否能夠生存。這一點(diǎn)對于能耗高、毛利率低的某些行業(yè)尤為明顯。
 
  用戶企業(yè)應(yīng)該未雨綢繆,通過節(jié)能工作來降低成本,提高毛利率,減少包袱。節(jié)能不僅是降低生產(chǎn)成本的直接途徑之一,而且是提升企業(yè)內(nèi)生動力和市場競爭力的一個(gè)重要途徑。
 
  2、壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能方案
 
  2.1 發(fā)酵工藝改進(jìn)及群體控制
 
  發(fā)酵工藝是制藥企業(yè)的核心工藝,一般采用離心空壓機(jī)產(chǎn)生大流量的壓縮空氣,向發(fā)酵罐供應(yīng)空氣,滿足有氧發(fā)酵的要求。
 
  某制藥企業(yè)隨著發(fā)展壯大,發(fā)酵罐的數(shù)量由原來的19個(gè)增加至現(xiàn)在的24個(gè),離心空壓機(jī)每小時(shí)耗電量大、每天24小時(shí)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、能耗成本很高,占據(jù)企業(yè)電費(fèi)將近60%。通過持續(xù)改進(jìn),目前發(fā)酵能耗已經(jīng)下降30%左右,為企業(yè)創(chuàng)造了大量的純利潤。
 
  其中改進(jìn)的主要方法是:根據(jù)不同的發(fā)酵品種,對發(fā)酵工藝進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控,滿足發(fā)酵的最佳工藝要求,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行智能調(diào)節(jié),使得供氣壓力、供氣流量恰好滿足最佳條件,提高發(fā)酵效率、提高產(chǎn)量,為企業(yè)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、增收、節(jié)支。該技術(shù)重點(diǎn)采用監(jiān)控系統(tǒng)、空壓機(jī)群體控制系統(tǒng),使得工藝需求更精確、氣體使用效率更高,在監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)助下對工藝進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。
 
  2.2開創(chuàng)離心空壓機(jī)自由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的先河
 
  2.2.1 離心空壓機(jī)的調(diào)節(jié)方式
 
  離心壓縮機(jī)具有運(yùn)行平穩(wěn)、流量大、設(shè)計(jì)效率較高等優(yōu)點(diǎn),但也存在著流量調(diào)節(jié)較為復(fù)雜、容易發(fā)生喘振的缺點(diǎn)。
 
  離心壓縮機(jī)常用的三種流量調(diào)節(jié)方式為:
 
 ?。?)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速,使得離心壓縮機(jī)的特性曲線呈現(xiàn)平行線移動,不同轉(zhuǎn)速之下具有不同的流量-壓力特性,如圖1。
 
  從圖中可見,隨著轉(zhuǎn)速下降,對應(yīng)的流量和壓力都呈現(xiàn)下降,且曲線相互平行,此為“相似原理”。采用轉(zhuǎn)速下降進(jìn)行調(diào)節(jié),可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)特點(diǎn):
 
  a.不引入阻力損耗。通過轉(zhuǎn)速的降低,葉輪做功呈現(xiàn)自然下降,流量和輸出壓力呈現(xiàn)下降趨勢,不需要引入阻力環(huán)節(jié),就能對流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于沒有阻力環(huán)節(jié),不會因?yàn)樽枇Χ鴵p失能量。
 
  b.壓縮過程中的損耗有所降低。通過轉(zhuǎn)速的降低,葉輪與空氣的相對運(yùn)動速度減緩,摩擦等損耗有下降趨勢。體現(xiàn)在壓縮過程中的產(chǎn)熱量下降,損耗降低能夠節(jié)省壓縮時(shí)的功耗。
 
  調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速是離心壓縮機(jī)的一種有效的調(diào)節(jié)方式,由于不引起阻力損耗、降低壓縮損耗的作用,是最省功的調(diào)節(jié)方式,在蒸汽透平壓縮機(jī)中使用廣泛,具有很多的應(yīng)用實(shí)踐。因此,節(jié)能系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先選用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方式。但是,對于電機(jī)拖動的離心壓縮機(jī),其轉(zhuǎn)速是基本固定的,很難采用簡單的方式進(jìn)行調(diào)速,通常的變頻調(diào)速又容易引起壓縮機(jī)發(fā)生喘振,因此,應(yīng)選擇先進(jìn)的、成熟的技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),本方案將進(jìn)行重點(diǎn)敘述。
 
 ?。?)調(diào)節(jié)門。調(diào)節(jié)門是離心壓縮機(jī)一種簡單的調(diào)節(jié)方式。通過對閥門的調(diào)節(jié),開度減小,在閥門兩側(cè)形成壓力差,將系統(tǒng)的有效輸出壓力減少,氣體流動受限,從而使得流量減少,系統(tǒng)運(yùn)行在所需的平衡點(diǎn)上。
 
  閥門分為進(jìn)氣閥門和排氣閥門,分別具有不同的作用:
 
  a.進(jìn)氣閥的阻礙作用,降低了實(shí)際的進(jìn)氣壓力,形成了一定的真空度,進(jìn)入的氣體變得相對稀薄,使得流量下降。同時(shí),進(jìn)氣閥也會提高進(jìn)氣溫度。
 
  b.排氣閥的阻礙作用,提高了實(shí)際輸出壓力,使得壓縮機(jī)向壓力增大、流量減小的工作點(diǎn)移動,限制了流量。
 
  綜上,閥門的作用概括起來就是,通過引入流動阻力,使得流量降低,從而滿足工藝的要求,會造成能量的損失。
 
  閥門的能量損失如圖2。
 
離心壓縮機(jī)應(yīng)用企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能方案分析
 
  氣體流過閥門之后,由于閥門不是全開,存在阻力,壓力由P1下降到P2,形成了壓力差△P,損失的功率為:
 
  W=△PF=(P1-P2)F
 
  由于壓力差造成的能量損失,整體性能會降低,壓縮機(jī)的效率、排氣量會同步下降。
 
 ?。?)調(diào)節(jié)導(dǎo)葉。導(dǎo)葉調(diào)節(jié)是離心壓縮機(jī)的一種調(diào)節(jié)方式,是通過誘導(dǎo)氣體沿著具有傾角的導(dǎo)流葉片流動,使氣體預(yù)旋,從而降低氣體與旋轉(zhuǎn)葉輪之間的相對速度,做功減少,壓縮程度減輕,流量減少。導(dǎo)葉調(diào)節(jié)的效果和能量損失介于速度調(diào)節(jié)和蝶閥調(diào)節(jié)之間。
 
離心壓縮機(jī)應(yīng)用企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能方案分析
 
  綜上所述,本方案的核心方法是,采用更優(yōu)越的“調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速”代替“調(diào)節(jié)閥門”,從調(diào)節(jié)方法上進(jìn)行改進(jìn),避免閥門的能量損耗,同時(shí)降低氣體溫度,實(shí)現(xiàn)節(jié)能。而且,降低溫度的同時(shí)也會有助于減低壓縮功耗,因此,節(jié)能效果出現(xiàn)疊加,總體節(jié)能效果較好。
 
  2.2.2 離心空壓機(jī)節(jié)電原理
 
  以上介紹了離心壓縮機(jī)最佳的調(diào)節(jié)方式是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),本方案就是圍繞轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)而展開。在運(yùn)行過程中,對離心空壓機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的過程在于,根據(jù)氣體壓縮機(jī)的一系列變量的實(shí)時(shí)采樣,隨時(shí)計(jì)算出最優(yōu)工作狀態(tài);這個(gè)方案兼顧了氣體供應(yīng)、能源消耗等方面,實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)節(jié)能。通過最優(yōu)工作狀態(tài)的估計(jì)對它進(jìn)行節(jié)能控制,類似于一個(gè)不知疲倦的氣體壓縮機(jī)專家一直在對氣體壓縮機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷。在調(diào)節(jié)的時(shí)候盡量做到最優(yōu),并盡量減少重復(fù)調(diào)節(jié),使得氣體壓縮機(jī)的出力為最穩(wěn)定狀態(tài),達(dá)到設(shè)計(jì)最大效率運(yùn)行,節(jié)能效果顯著。
 
  對于離心式氣體壓縮機(jī)而言,節(jié)能的主要步驟在于:
 
 ?。?)避免氣體放空和旁路的問題;
 
  (2)流量和壓力的最佳匹配,滿足最大效率點(diǎn)運(yùn)行;
 
  (3)最佳的控制方法,使得在最優(yōu)條件下運(yùn)行并且避免喘振的可能性。
 
  在實(shí)際的應(yīng)用中,采取的控制方法大致介紹如下:通過實(shí)際運(yùn)行,對當(dāng)前的流量需求進(jìn)行評估,并衡量實(shí)際產(chǎn)出速度。根據(jù)兩者之差,計(jì)算氣壓變動的速率,再預(yù)估氣壓的升高和降低的趨勢,預(yù)知將來的氣壓變化。根據(jù)這個(gè)變化趨勢,提前對空壓機(jī)進(jìn)行逐步的、緩慢的調(diào)節(jié),這樣既可以保證氣壓穩(wěn)定,又能夠保證空壓機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定。
 
  它通過測量運(yùn)行參數(shù),對離心壓縮機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)分析,將參數(shù)規(guī)范化成為系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的格式。緊接著,根據(jù)管網(wǎng)氣壓和流量等參數(shù),進(jìn)行最大效率估計(jì)系統(tǒng),對當(dāng)前離心壓縮機(jī)的最大效率進(jìn)行估計(jì),能夠應(yīng)用于閥門開度最大、壓縮產(chǎn)熱最少的運(yùn)行狀態(tài)下。并通過前饋控制,對部分參數(shù)進(jìn)行提前觀測,與最大效率計(jì)算一起,形成合理的控制指令。前饋控制的目的在于,避免壓縮氣體的響應(yīng)滯后性帶來的系統(tǒng)頻繁波動。最終,結(jié)合防止喘振的特殊算法(發(fā)明專利),形成轉(zhuǎn)速指令,并由此指揮轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)合理的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),保證離心壓縮機(jī)的持續(xù)高效運(yùn)行。
 
  2.2.3技術(shù)優(yōu)勢
 
  時(shí)代科儀離心空壓機(jī)節(jié)電王專門針對離心壓縮機(jī),具有多項(xiàng)國家專利和軟件著作權(quán),列出如表1。
 
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  這些專利技術(shù),是北京時(shí)代科儀新能源科技有限公司在以往數(shù)年的節(jié)能實(shí)踐中,經(jīng)過多次試驗(yàn)和分析改進(jìn)而獲得的技術(shù)成果,具有非常典型的、成功的應(yīng)用案例,極具推廣價(jià)值。
 
  在研發(fā)過程中,結(jié)合了航天技術(shù)的應(yīng)用,采用“人工智能”與“大數(shù)據(jù)”融合的專家控制系統(tǒng),體現(xiàn)了技術(shù)專家的理論知識和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行,效果顯著。
 
  2.2.4 離心空壓機(jī)節(jié)電王與變頻的區(qū)別
 
  行業(yè)曾經(jīng)公認(rèn)離心壓縮機(jī)不能采用變頻調(diào)節(jié),這是因?yàn)?,變頻調(diào)節(jié)是采用反饋控制,根據(jù)氣壓的變動不斷調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。由于用氣量不斷變化,造成壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不斷變動,且呈現(xiàn)出自然振蕩,寬幅波動。對于離心氣體壓縮機(jī)而言,變頻的頻繁調(diào)節(jié)容易達(dá)到喘振線而誘發(fā)喘振的可能性。同時(shí),壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不斷波動時(shí)效率也低,節(jié)能效果不理想。
 
  本節(jié)能系統(tǒng)借鑒了變頻對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)功能,并根據(jù)離心空壓機(jī)的特殊要求,對變頻技術(shù)進(jìn)行了專門改進(jìn)、升級,屬于特制的設(shè)備,不同于一般的高壓變頻。在控制系統(tǒng)方面,主要改進(jìn)了頻率的計(jì)算模式,在研究了離心壓縮機(jī)特征的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新的專利技術(shù),使得離心壓縮機(jī)在變速時(shí)遠(yuǎn)離了喘振線,避免了喘振。同時(shí),更加穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速也提高了離心壓縮機(jī)的效率。
 
  圖4為軟件監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行畫面。
 
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  通過節(jié)能工作的開展,使企業(yè)的動力主機(jī)——離心壓縮機(jī)的功耗顯著下降,提高了企業(yè)整體的運(yùn)行效率,對改善企業(yè)的經(jīng)營效益起到了積極的作用。
 
  2.3 某制藥企業(yè)案例
 
  該廠共有三臺空壓機(jī),一用兩備,其運(yùn)行的基本參數(shù)如表2。
 
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  從數(shù)據(jù)來看,該三臺空壓機(jī)屬于1用2備,通常只有1臺運(yùn)行。從加載比例來看,加載率為57%,加載時(shí),視在功率為125kW,有功功率約112kW,處于滿負(fù)荷狀態(tài);卸載時(shí),實(shí)載功率仍達(dá)到52.6kW,估算其卸載時(shí)的有功損耗約為31.6kW,可見損耗較大。
 
  以上三臺空壓機(jī)存在以下改進(jìn)點(diǎn):
 
 ?。?)空壓機(jī)效率較低,需要改變壓縮方式,提高效率。
 
 ?。?)存在嚴(yán)重的空載功耗。
 
  需要對空壓機(jī)的運(yùn)行工況進(jìn)行改進(jìn),從而達(dá)到供氣充足、能耗下降、空載功耗消失的目的。
 
  節(jié)能改造內(nèi)容(表3)
 
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  施工周期:設(shè)備的生產(chǎn)制造:10天,安裝調(diào)試1天。
 
  節(jié)能改造效果:
 
 ?。?)節(jié)電(表4)
 
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 ?。?)降低空壓機(jī)油溫:約下降20度。
 
  (3)降低空壓機(jī)的維護(hù)費(fèi)用,延長空壓機(jī)使用壽命。
 

標(biāo)簽: 離心壓縮機(jī)節(jié)能方案  

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