空壓機(jī)采用無功就地補(bǔ)償節(jié)能如何分析?

 

    空壓機(jī)能量損失主要有空壓機(jī)本身的機(jī)械損失,壓縮空氣的浪費(fèi)損失,空壓機(jī)空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)損失,壓縮空氣的流動損失及其他損失.當(dāng)空壓機(jī)輸出壓力大于一定值時,某些造紙企業(yè)或者自動打開卸載閥,使異步電動機(jī)空轉(zhuǎn),嚴(yán)重浪費(fèi)能源;或者停機(jī),電動機(jī)頻繁的啟動,停止,影響電機(jī)的使用壽命,且空壓機(jī)工頻啟動電流大,對電網(wǎng)沖擊大,電機(jī)軸承磨損大,設(shè)備維護(hù)量大.

 

    1 加強(qiáng)節(jié)能運(yùn)行管理

 

    1.1 選用節(jié)能電機(jī)

 

    空壓機(jī)電機(jī)功率一般較大,它的效率對空壓機(jī)的節(jié)能影響較大,為了節(jié)能應(yīng)優(yōu)先選用高效電機(jī),且必須減小所選電機(jī)的浮裝容量,杜絕"大馬拉小車"的不良現(xiàn)象,使電機(jī)負(fù)載率始終保持在80%以上.Y,YX系列異步電機(jī)效率比老的JO系列電機(jī)高,通常普通電機(jī)的損耗為輸入功率的造紙廠空壓機(jī)的節(jié)能方法與途徑,平均損耗折算后為13%,Y系列異步電機(jī)比JO系列電機(jī)的效率高出0.5%,而YX電機(jī)的平均效率比Y電機(jī)又高出3%.為了降低銅,鐵損耗,電機(jī)宜采用損耗低,導(dǎo)磁性較好的磁性材料,同時,還要改進(jìn)設(shè)計結(jié)構(gòu)及制造工藝來降低雜散損耗.除了上述原則外,選型時還需考慮以下幾點(diǎn)因素:(1)因轉(zhuǎn)子效率的差異,宜優(yōu)先擇鼠籠型電機(jī);(2)因功率因數(shù)的差異,宜優(yōu)先選擇高速電機(jī);(3)因電壓等級差異,當(dāng)負(fù)載較大時,宜優(yōu)先選擇高壓電機(jī).

 

    1.2 提高傳動效率

 

    空壓機(jī)的電機(jī)與壓縮機(jī)之間多采用V帶(三角膠帶)傳動,它具有結(jié)構(gòu)簡單,傳動平穩(wěn)可靠等特點(diǎn).但往往需要采用多根膠帶并聯(lián),這樣,并聯(lián)傳遞功率的各根膠帶之間往往由于帶輪槽的加工誤差(在帶輪更換或維修后較為嚴(yán)重),或者新舊膠帶混用而造成膠帶松緊不一,數(shù)根膠帶中只有一根或幾根負(fù)載,大大降低了空壓機(jī)的傳動效率,多耗費(fèi)電能.同時,負(fù)載的皮帶因嚴(yán)重超載運(yùn)行,使用壽命大大降低.因此,為了提高V帶的傳動效率,應(yīng)選擇加工精度高,質(zhì)量好的帶輪和膠帶,更換皮帶時要做到一次全部更換,如果發(fā)現(xiàn)皮帶存在松緊不一現(xiàn)象應(yīng)立即調(diào)換,避免出現(xiàn)皮帶的不均勻負(fù)載現(xiàn)象;提高安裝水平,調(diào)整好中心距,保證帶傳動所必須的包角和張緊力.但不論如何,傳統(tǒng)的空壓機(jī)的傳動方式(V帶傳動或齒輪傳動)在傳遞效率上有較大的損失.若采用轉(zhuǎn)子與電機(jī)同式結(jié)構(gòu),則可徹底排除機(jī)械傳動方式產(chǎn)生的能量損失因素,不僅可以實(shí)現(xiàn)增加風(fēng)量運(yùn)行,而且在全范圍內(nèi)都可以進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制.

 

    1.3 降低摩擦功耗

 

    空壓機(jī)內(nèi)部的活塞與缸套之間為滑動間隙配合,其間隙的大小及其潤滑情況直接影響空壓機(jī)效率的發(fā)揮.間隙過大會造成漏氣損耗,甚至無法工作;間隙過小,活塞與缸套之間難以形成有效的潤滑油膜,活塞往復(fù)運(yùn)動的摩擦阻力增大,摩擦損耗加劇,導(dǎo)致空壓機(jī)運(yùn)行能耗的增大.因此,只有在合適的間隙條件下,才能形成有效的油膜,保持良好的潤滑,減少摩擦損耗.保證空壓機(jī)內(nèi)部形成良好潤滑的途徑主要有:嚴(yán)格控制活塞與缸套之間的間隙,通過精心安裝調(diào)試,及時更換磨損的活塞環(huán);確保油液清潔,粘度合適;確保油液循環(huán)迅速,油池容積能夠滿足散熱的需要;盡量采用低粘度潤滑性能較好的潤滑油,以降低摩擦功耗;定期對空壓機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),以發(fā)揮機(jī)器的佳性能;注意隨季節(jié)變換更換不同牌號的潤滑油.

 

    1.4 減少壓力損失和泄漏

 

    空壓機(jī)的氣路系統(tǒng)由濾風(fēng)器,氣缸,吸排氣閥,活塞組件,冷卻器,密封裝置和貯氣罐等組成.外界大氣經(jīng)過清潔和壓縮后通過輸氣管路到達(dá)使用設(shè)備,這一過程存在較大的節(jié)能潛力.如果活塞與缸套內(nèi)壁密封不嚴(yán)(間隙過大),吸排氣閥年久失修(或修理不當(dāng))等都會造成嚴(yán)重漏氣,直接減少了空壓機(jī)的排氣量,使其效率下降.輸氣管路中壓縮空氣的泄漏也是造成氣路系統(tǒng)能耗增大的重要原因.管路系統(tǒng)的能耗損失主要表現(xiàn)在沿程管路損失和漏氣壓力損失.減少壓力損失和泄漏需做到:(1)設(shè)計和安裝時,在滿足工藝需要的情況下盡可能減少系統(tǒng)氣路的流動阻力,以減少管路及附件(冷卻器,油水分離器,閥門,彎頭,管路變徑等)的壓強(qiáng)損失.如吸氣管路要直,短,盡量少裝彎頭和閥門,減少管道沿程損失和局部壓力損失.(2)采用大管徑,低流速送氣方式.(3)盡可能減少設(shè)備內(nèi)外泄漏和余隙容積.外泄漏空氣直接漏入大氣或漏入一級進(jìn)氣管路,直接降低了排氣量;內(nèi)泄漏氣體由高壓級漏入低壓級或級間管道,造成了氣體重復(fù)壓縮,增加了功率消耗,并影響排氣壓力和溫度.(4)選用安全高效的氣動元件.吸排氣閥對空壓機(jī)節(jié)能影響較大,吸排氣閥要求開閉迅速,阻力小,密封性能好,其漏氣系數(shù)應(yīng)達(dá)到0.95以上.選用新型空氣過濾器減少壓力損失,如ND片,硅硼酸鹽微細(xì)纖維被復(fù)聚四氟乙烯(折疊式濾芯)過濾器.(5)精心安裝施工和管理.嚴(yán)格按照各零件的安裝順序,技術(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行安裝,使進(jìn)排氣閥,活塞環(huán)和填料函等處的內(nèi)外泄漏減小到低限度,降低能耗,提高設(shè)備工作效率.定期檢測管路漏風(fēng)情況,確保輸氣管路安全可靠運(yùn)行.

 

    1.5 提高冷卻器的熱交換性能

 

    空壓機(jī)內(nèi)的氣體的壓縮過程有等溫壓縮,絕熱壓縮和多變壓縮三種.在相同的初壓和終壓條件下,等溫壓縮消耗的循環(huán)功少.但實(shí)際的壓縮過程為多變壓縮,空壓機(jī)的冷卻效果越好,越接近等溫過程,則循環(huán)功越少.為了提高冷卻效率,在空壓機(jī)的冷卻水系統(tǒng)中,一般設(shè)有中間冷卻器和后冷卻器,以保證各級壓縮空氣的吸入溫度基本一致.因此,提高中間冷卻器的換熱性能,使二級進(jìn)氣溫度能滿足于近似等溫壓縮的進(jìn)氣溫度,保證回冷完善;降低各級氣缸的溫度,使每級壓縮過程接近于等溫壓縮,是空壓機(jī)節(jié)能運(yùn)行管理的關(guān)鍵.提高冷卻器的熱交換性能可采取以下措施:(1)降低冷卻水入口溫度,提高冷卻水流量;(2)認(rèn)真清除冷卻器管束沉積物,保證氣體與管束接觸均勻,并避免短路;(3)采用水處理藥劑軟化冷卻原水,提高水質(zhì).無論是中間冷卻器,還是后冷卻器,其循環(huán)水的動力都來自于循環(huán)水泵.水泵的節(jié)能也不可忽視.合理配置循環(huán)水系統(tǒng),控制循環(huán)用水量,并減少管路系統(tǒng)的水路損失,可以有效節(jié)約循環(huán)水泵的功率消耗.冷卻水系統(tǒng)有開式和閉式兩種結(jié)構(gòu).開式系統(tǒng)中,壓縮空氣的能量,都以熱的形式被冷卻水帶走或散入周圍大氣中.因此,要綜合利用廢熱,實(shí)現(xiàn)節(jié)能,如把這部分水引至浴室,塑料大棚(冬季)及旅館的熱水供應(yīng)等;閉式系統(tǒng)為了使回流的熱水溫度快速降低,可以采用較大面積的循環(huán)水池,或者采用帶有淋水裝置的冷卻塔.但要注意對冷卻水用量進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?水量過大會增加循環(huán)水泵的電能消耗.

 

    1.6 合理設(shè)定工作壓力

 

    空壓機(jī)性能曲線是由壓縮機(jī)本身的性能決定的,其反映了空壓機(jī)排氣壓力P,功率W隨空氣流量Q的變化關(guān)系.通過性能曲線不僅可以找到壓縮機(jī)的佳工作點(diǎn),而且還能獲得空壓機(jī)節(jié)能運(yùn)行的途徑.圖中壓縮機(jī)在A點(diǎn)的工作參數(shù)為P1,Q1,W1,在 B 點(diǎn) 的 工 作 參 數(shù) 為P2,Q2,W2.當(dāng)排氣壓力由P2降為P1后,空壓機(jī)的耗電量隨排氣壓力降低而降低,而排氣量卻是增加的,既節(jié)能又有利于提高設(shè)備的工作效率.所以工作點(diǎn)A的經(jīng)濟(jì)性比工作點(diǎn)B好,因此,在壓縮機(jī)運(yùn)行中要盡量使工作點(diǎn)趨近A點(diǎn).由于空壓機(jī)的耗電與排氣壓力高低成正比,排氣壓力降低可以節(jié)約電能.因此,應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要,合理設(shè)定空壓機(jī)的工作壓力,在保證實(shí)際用風(fēng)量的同時盡可能設(shè)定較低的空壓機(jī)排氣壓力,減少空氣冷卻器負(fù)荷,因為排氣壓力設(shè)定越低所消耗的軸功率越少,節(jié)能效果越好.

 

    2 無功補(bǔ)償節(jié)能

 

    空壓機(jī)常配異步電動機(jī),異步電動機(jī)屬感性負(fù)載,功率因數(shù)較低,且隨負(fù)載的不同而變化,額定負(fù)載時功率因數(shù)較高,輕載時功率因數(shù)較低,一般在0.2～0.85,能量損耗大.異步電動機(jī)的無功補(bǔ)償,是指在保證電動機(jī)正常工作的前提下,通過補(bǔ)償提高用電線路的功率因數(shù),減少供電線路和變壓器的能量損耗.

 

    平衡的三相三線系統(tǒng)的功率:

 

    可見,在負(fù)荷功率P和電壓U不變的情況下,電流I與功率因數(shù)成反比,若輸送同樣的功率,則配電線路電阻的焦耳熱損失與電流的平方成正比.因此,功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比,即功率因數(shù)越小,功率損耗越大.所以,在配電線路上用提高功率因數(shù)的辦法來降低電耗,效果十分顯著.

 

    由于電機(jī)正常運(yùn)行時所吸收的有功功率和無功功率都是通過配電線路輸送的,為減少配電線路的無功損耗,在受電端加裝電力電容器來改善功率因數(shù).電容器間電機(jī)線圈M感性N相并聯(lián),電感吸收能量時,電容器釋放能量,而電感放出能量時,電容器吸收能量.這樣,作為感性負(fù)荷的電機(jī)所吸收的無功功率,可以由電容器所輸出的無功功率得到補(bǔ)償.無功補(bǔ)償?shù)?a href="/tag/jiedian.html" target="_blank">節(jié)電原理如圖2所示.為電感性負(fù)荷從電源吸收的無功功率,Qe為設(shè)置無功補(bǔ)償裝置后的補(bǔ)償無功功率,則電源輸送的無功功率減少為Qt=Q-Qe,功率因數(shù)由cosφ提高到cosφ0,視在功率由S減少到St.無功補(bǔ)償以低壓中型電機(jī)為主要對象,特別是經(jīng)常處于連續(xù)運(yùn)行的空壓機(jī)電機(jī),而且電機(jī)極數(shù)越多,越能體現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)性.

 

    3 變頻調(diào)速節(jié)能

 

    3.1 空壓機(jī)傳統(tǒng)的控制方式

 

    空氣壓縮機(jī)氣量的供求關(guān)系主要表現(xiàn)為排氣壓力的變化,當(dāng)排氣量正好滿足生產(chǎn)用氣量要求時,儲氣壓力保持不變.在生產(chǎn)中由于用氣量不均衡,空壓機(jī)供氣量一般大于實(shí)際用氣量,為保持儲氣壓力不變,就必須進(jìn)行調(diào)節(jié).目前,壓縮機(jī)的能量調(diào)節(jié)方式有:壓縮機(jī)間歇控制運(yùn)行,吸氣調(diào)節(jié),氣缸卸載,熱氣旁通能量調(diào)節(jié),分檔變速調(diào)節(jié)輸氣量,無級變速調(diào)節(jié).其中,采用壓縮機(jī)間歇運(yùn)行或空載運(yùn)行來調(diào)節(jié)能量為常見.空壓機(jī)間歇運(yùn)行會帶來壓縮機(jī)頻繁起停,增大電能損耗,引起電網(wǎng)波動增大,同時也會影響設(shè)備壽命;而空載運(yùn)行其用電量仍為滿負(fù)載的30%～60%,這部分電能被白白浪費(fèi)掉,空氣壓縮機(jī)的空載啟動電流是額定電流的5～7倍,對電網(wǎng)及其它用電設(shè)備沖擊較大,同時空氣壓縮機(jī)的使用壽命也會縮短.還存在許多不可避免的缺點(diǎn):(1)截斷進(jìn)氣后末級壓力比增加.末級若為雙作用氣缸,由于一端氣體推力消失,活塞力會急劇增加,特別是對排氣壓力較高的壓縮機(jī),活塞力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計值;(2)調(diào)節(jié)過程中,排氣溫度會急劇升高,使設(shè)備容易損壞,增加維修費(fèi)用;(3)真空度能使曲軸箱中的油霧沿活塞桿或活塞竄向氣缸,增加耗油量.

 

    3.2 變頻調(diào)速節(jié)能控制

 

    變頻調(diào)速主要通過改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速來控制空壓機(jī)單位時間的出氣量,從而達(dá)到控制管路的壓力,調(diào)節(jié)空壓機(jī)的能量,具有明顯的節(jié)能效果.它能在一定范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行能量調(diào)節(jié),滿足空壓機(jī)輕載時的運(yùn)行需要,使制氣量與實(shí)際用氣量相匹配.由于異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為:n=(1-s)60f1/P 式中,n—電動機(jī)的轉(zhuǎn)速,r/min;f1—電動機(jī)端電壓的頻率,Hz;s—電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率;P—電動機(jī)定子繞組的極對數(shù).當(dāng)空壓機(jī)電機(jī)確定以后,即s和p為常數(shù),則電機(jī)轉(zhuǎn)速n與電源頻率f成正比,所以改變電機(jī)的電源頻率就能改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,從而實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速.根據(jù)電磁感應(yīng)原理,在變頻調(diào)速時,只要磁通Φ保持不變,電機(jī)定子電壓就與電源頻率成正比,則電機(jī)的輸出功率就隨著電源頻率的變化而變化.只要改變定子側(cè)的輸入電壓,就可調(diào)節(jié)電動機(jī)的頻率,這就是恒壓頻比(V/F)的控制方式.空壓機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行恒壓供氣控制時,系統(tǒng)框圖示.通過壓力變送器測得的管網(wǎng)壓力值與壓力的設(shè)定值相比較后得到偏差,經(jīng)PID調(diào)節(jié)器計算出變頻器作用于異步電動機(jī)的頻率值后,由變頻器輸出相應(yīng)頻率和幅值的交流電,使電動機(jī)上得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速,空壓機(jī)輸出相應(yīng)的壓縮空氣至儲氣罐,使之壓力變化,直到管網(wǎng)壓力與給定壓力值相同.對電網(wǎng)沖擊大,電機(jī)軸承磨損大,設(shè)備維護(hù)量大.針對這些問題,決定采用PLC和變頻器對空壓機(jī)進(jìn)行運(yùn)行控制.選用ABBACS60變頻器,控制系統(tǒng)由以下部分組成:變頻器,可編程控制器,電抗器,壓力變送器,震蕩傳感器,接觸器,空氣開關(guān),電纜,電流表,電壓表,按鈕,互感器等.改造前經(jīng)測試參數(shù)如下:電機(jī)功率75kW,出口壓力為5.9～6.5MPa,運(yùn)行時間為12h/d,一年運(yùn)行320天,加載電流為130A,減載電流為90A.經(jīng)檢測其節(jié)電率為30%以上.年節(jié)電量(按30%)計算如下:W節(jié)電量=12×320×75×30%=86400(kWh)可見節(jié)電效果明顯,此外,改造后系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點(diǎn):減少機(jī)器的噪音,利用PLC和變頻器實(shí)現(xiàn)機(jī)器的軟啟動,軟停止,避免空壓機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊,減少對設(shè)備的維修工作;控制自動化程度高,克服原系統(tǒng)手動調(diào)節(jié)的缺點(diǎn).

 

    5 結(jié)論

 

    空壓機(jī)是造紙企業(yè)電力消耗較大的設(shè)備之一,它具有配用動力大,運(yùn)行時間長,耗電量多,冷卻用水量大等特點(diǎn).因此,如何有效地節(jié)約能源,降低空壓機(jī)運(yùn)行成本,成為造紙企業(yè)當(dāng)務(wù)之急.影響空壓機(jī)能耗的因素較多,包括設(shè)備及附件結(jié)構(gòu)形式,運(yùn)行管理手段,控制方式等,只有全面分析,綜合考慮,采取各項配套的措施,才能確保其節(jié)能,安全,可靠運(yùn)行.其中,空壓機(jī)的調(diào)節(jié)方式與節(jié)能關(guān)系密切,采用變頻調(diào)速技術(shù)對空壓機(jī)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)節(jié)是比較先進(jìn)和有效的節(jié)能降耗手段,它能產(chǎn)生顯著的節(jié)能效果,具有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景.

 

    空壓機(jī)變頻調(diào)速具有以下優(yōu)點(diǎn):電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)軟啟動,降低啟動電流,且啟動平滑,無機(jī)械沖擊,因而延長機(jī)械設(shè)備的壽命,對電網(wǎng)的影響也減小;輸氣壓力穩(wěn)定,調(diào)整可靠性高;節(jié)能效果明顯,節(jié)電一般為30%～40%.

 

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