摘要
分析空压系统节能技术在纺织企业中的应用效果。讨论了空压系统节能改造的节能性、经济性及必要性。通过试验测试与理论计算，分析了空压系统应用不同节能技术的效果。结果表明：该企业空压系统应用节能技术后，压力波动较小、机组效率较高，每年可省电845.8万kW•h，节能、节支效益非常明显。认为：企业进行空压系统优化改造时，应结合实际情况，从压缩空气生产、输送和使用三个方面综合应用节能措施，以实现降低空压机组生产能耗之目标。
关键词
空压系统;空压机;变频调速;中央控制;余热回收;分压力供气
压缩空气具有清洁、安全、使用方便等特点，在纺织行业中已成为仅次于电力的第二大动力源。压缩空气生产是一个高能耗过程，通常占到纺织企业总能耗的25%～35%，所以压缩空气生产成本直接影响企业的市场竞争力。纺织企业空压系统5年的运行成本构成中，初期设备投资和维护保养费用占到23%，而电费高达77%，因此充分挖掘压缩空气生产和使用过程中的节能潜力意义重大。本文结合纺织领域压缩空气的生产、输送和使用过程，通过分析某纺织企业空压系统应用的不同节能技术及其节能效果，讨论了空压系统优化改造的必要性、节能性和经济性。
1纺织厂空压系统常用的节能技术
一个典型的空压系统由压缩空气的生产、输送和使用三部分构成，因此系统节能改造应从以上三个方面着手进行，以达到节能、节支的目的。
1.1压缩空气生产的节能技术
空压机是空压系统最重要也是耗能最大的部分。压缩空气生产过程中节能与否决定了整个系统的主要节能效果。空压机生产压缩空气的过程需要对空气做功，该过程使空气压力升高的同时还会产生大量压缩热，使压缩后的空气温度升高。但这些热量对空压机是有害的，如果不及时排出会造成空压机耗电增加，严重时还会影响空压机使用寿命。因此，压缩空气生产过程节能技术的应用除了可以降低机组能耗外，还可以设法利用压缩热，提高系统能源利用率。压缩空气生产过程常用的节能技术包括：提高空压机自身效率、运用变频调速技术、空压机中央控制技术、余热回收技术、分压力供气和压力流量控制技术等。
1.2压缩空气输送和使用中的节能技术
压缩空气通过管网输送至各用气点，其输送和使用过程在系统中必不可少，该过程中的节能性对系统能耗的影响不容忽视。大部分空压系统都存在输送过程压降大和压缩空气泄露等问题，因此降低管网压降、控制压缩空气泄漏就显得更加必要。压缩空气输送和使用过程的优化主要从优化管网配置和减少压缩空气泄露两个方面进行。对于以上节能方法，每个企业都应从自身的实际情况出发做具体分析，盲目照搬照用非但不能降低系统能耗，还会造成压缩空气节流，增加企业运行成本。因此，实地考察、深入了解系统压缩空气使用与机组运行情况，合理正确应用节能技术显得非常重要。
2某纺织企业空压系统简介
某纺织厂空压系统有空压机10台，其中有离心机式空压机3台，总功率为4290kW;无油螺杆式空压机5台，总功率为2690kW;剩余2台为变频无油螺杆式空压机，总功率为1015kW。基于工艺要求，该企业空压系统设有绝对压力为0.85MPa管网1套(由2台无油螺杆式空压机供气)，0.75MPa管网2套(由剩余8台全部用于该管网供气)，高压管网设有压缩空气储气罐1个，储气量为34.4m3/s(0.57m3/s)，2套低压管网布置完全相同，共设有压缩空气储气罐2个，储气量为880.1m3/s(14.7m3/s)。该空压系统为新建系统，目前已经使用了提高空压机自身效率、变频调速技术、中央控制技术、余热回收技术和分压力供气等节能技术措施。
3某纺织企业空压系统应用的节能技术措施分析
3.1提高空压机工作效率
提高空压机工作效率是保证空压系统节能运行的基础，可通过对现有空压机组进行定期维护、保养和使用高效机组替代原有机组方式实现，前者适用于任何机组而后者仅适用于企业现有机组需要更换的情况。判断空压机是否高效运行是通过对空压机在一定压力下全效率是否降低为依据来判断。
目前，该纺织企业无空压机组需要更换，因此只需针对空压机主机、润滑系统、冷却系统、电气装置建立全面的检查维护方案并进行周期性检查、保养，以提高机组效率、降低系统运行能耗与成本。对该企业定期维护保养前后的一套低压机组系统的运行情况进行测试，测试结果对比如下。
通过分析，该低压机组全效率由原来69.48%增加至74.67%，提高了5.19个百分点。当全部机组满负荷运行时，额定功率为7995kW，在生产相同压力、流量的压缩空气时，机组功率降低415.7kW。该纺织企业采用全天不间断、全年350天的运行方式，每年可省电349.2万kW•h。
3.2变频调速技术
空压机为恒转矩，其功率与转速可近似看成线性关系。目前，变频调速技术主要针对螺杆式空压机，采用变频调速技术的螺杆式空压机在加载时，变频器控制空压机的电机使其低速启动;正常工作时，变频器依据系统压力，计算电机所需频率调节转速，达到所需压力。该技术解决了空压系统负荷降低时，空压机仍满负荷运行造成的能源浪费问题。应用该技术时应该根据空压系统用气负荷波动范围来确定如何对无油螺杆式空压机组安装变频器。该纺织企业有2台额定功率分别为700kW和315kW的变频无油螺杆式空压机。本文对额定功率功率700kW、速度1700r/min的变频无油螺杆式空压机工作3050h运行情况进行测试，结果见表1。
通过分析，该无油螺杆式空压机负载率(电机实际速度与额定速度的比值)为60%～80%的运行时间最长，占总运行时间的45%。采用变频技术后空压机实际功率的加权平均值降低194.6kW，占额定功率的27.8%。该技术的应用使机组每年省电163.5万kW•h。
3.3空压机中央控制技术
空压机中央控制技术适用于多台空压机联合运行的空压系统，该技术根据系统压力和流量变化分析控制不同空压机启闭与加卸载。该技术使系统在保证用户正常用气的同时，降低了系统压力波动，提高了机组运行效率。该纺织企业空压系统使用AtlasCopco公司研发的ESC8000中央控制技术，对应用中央控制技术后的一套系统进行测试，测试结果见表2。
在测试时间段内，应用中央控制技术后的空压系统最大压差为0.044MPa，为储气罐平均压力的6.1%，波动较小;空压机组全效率最高为77.3%，且平均为74.7%，处于较高水平。应用空压机中央控制技术后，系统压缩空气压力波动小，质量提高，节能效益明显。
3.4余热回收技术
空压机生产出的高温压缩空气，无论采用风冷还是水冷方式将热量直接排至大气，都会造成能源的大量浪费。余热回收技术目前主要应用于螺杆式空压机，可利用换热设备将热量回收再利用，以达到节能、节支的目的。该纺织企业5台无油螺杆式空压机安装余热回收装置，并用回收的热量生产热水。该企业中间冷却器与后冷却器的冷却水系统串联连接，高温空气与冷却水换热采用逆流换热。
自由空气进入空压机气缸被压缩，变成高温空气进入中间冷却器、后冷却器被冷却，成为低温空气。本文对1台额定功率为630kW的无油螺杆式空压机和冷却器运行参数进行测试与计算，计算时假定中间冷却器与后冷却器的进出口冷却水温度相等，结果如下：冷却进出水量1.51kg/s，进口/出口水温24.2℃/63.6℃，中间冷却器进口/出口空气温度165.2℃/49.7℃，后冷却器进口/出口空气温度171.4℃/40.1℃。冷却水的热量可依据下式计算：
式中：cP为水的定压比热容，取4.183[kJ/(kg•k)];m为水的质量流量(kg/s);t′w、t″w分别为换热器冷却水的进出口温度(℃)。
该冷却器冷却水的热量Q为248.9kW，螺杆式空压机额定功率为630kW，取其输入功率系数为0.9，则该空压机的输入功率P为567kW，余热回收可利用率η=Q/P×100%=245.9/697×100%=43.9%。该纺织企业无油螺杆式空压机组输入功率为2421kW，假设机组余热回收可利用率均为43.9%，机组回收实际热量为956.5kW。按照该市非居民用热价格0.21元/kW•h计，该企业用热成本降低200.9元/h，每年可减少运行成本168.8万元。
3.5分压力供气
分压力供气是针对一个企业有两种或更多压力需求，机组需满足高压要求生产压缩空气，这样会造成低压用户能源浪费，且低压用户用气量越大，浪费越明显。对该纺织企业不同压力的用气负荷进行测试，结果如下：产气压力0.75MPa，耗气量14.67m3/s;产气压力0.85MPa，耗气量0.57m3/s。
通过测试发现，该企业压缩空气低压用气量远大于高压用气量，若该企业未分成高、低压供气，生产压缩空气压力为0.85MPa、流量为15.24m3/s时，空压机组功率为4366.1kW。分压力供气后，高、低压机组功率分别为163.3kW、3957.0kW，总功率为4120.3kW，降低245.8kW，年节电量为206.5万kW•h。
3.6优化管网配置
管网优化配置适用于任何空压系统。压缩空气管网是系统中必不可少的组成部分。设计合理的管网，其压降一般控制在供气压力的5%～8%。该企业有低压系统和高压系统，对两种系统储气罐与用气点压力进行测试，见表3。
通过测试，该企业高、低压系统压降分别占到各自供气压力的15.0%和10.6%，因此该企业空压系统管网配置不合理。经过调研发现，压缩空气压降过大原因是管径过小、流速过大。依据高、低压管内流量分别为34.4m3/min、440.1m3/min和压缩空气管内推荐流速厂区5m/s～12m/s、车间5m/s～15m/s对管径进行优化。优化后的高、低压管网压降分别为0.052MPa和0.056MPa，在保证用气点压力不变的前提下，机组产气压力可以分别降低至0.8MPa和0.7MPa，功率分别为118.5kW、1979.5kW，两套系统机组总功率降低72.4kW。该企业有两套低压系统且布置完全相同，优化前后压降相同，因此系统机组总功率减少144.8kW，年耗电量将减少121.6万kW•h。
3.7其他节能技术
通过分析发现，在该企业采用压力流量控制技术并不适用。压力流量控制技术是依靠压力流量控制器消除间歇运行的大用气量设备引起系统压力的波动。该企业无间歇性用气设备，若盲目地加装压力流量控制器，会造成压缩空气节流和阻力增大，所以并不适用。目前，大部分企业都存在压缩空气泄漏的问题，泄漏率为20%～30%，有的企业甚至更高。彻底消除泄漏很难做到，企业应积极采取措施将泄漏率控制在合理范围(系统使用少于1年，泄漏率不超过7%，系统使用2年～5年，不超过10%，系统超过10年，小于12%)。对该纺织企业空压系统采用抽样测试的方法对泄漏量进行测试，该企业压缩空气平均泄漏量为66.1m3/min，该系统属于新建系统，投入使用3年，泄漏率为7.5%未超过10%，该泄漏率在许可范围内。因此该企业目前无需对系统进行堵漏。
4结论
(1)空压系统在纺织企业是耗能大户，企业应结合实际情况，合理正确地使用节能技术，降低系统能耗与运行成本，可提高自身市场竞争力。
(2)该纺织厂空压系统在提高空压机自身效率、应用变频调速技术、分压力供气和优化管网配置后，每年可分别为企业省电349.2万kW•h、163.5万kW•h、206.5万kW•h、121.6万kW•h，且应用余热回收技术后每年可降低用热成本168.8万元，同时综合应用节能技术后的系统压力波动减小、机组效率提高明显。
(3)在对空压系统进行堵漏前，应对系统泄漏量进行测试评估，并积极采取措施进行检漏堵漏，将泄漏率控制在合理范围内;对于无间歇性用气设备或间歇性用气设备用气量不大的系统，应尽量避免使用压力流量控制技术。
原标题：空压系统节能技术在纺织企业中的应用分析
