纺织厂压缩空气系统电力节能研究

冯荣贞，王 虹，赵玉如

(河南工程学院 土木工程学院，河南 郑州 451191)

纺织厂压缩空气系统电力节能研究

冯荣贞，王 虹，赵玉如

(河南工程学院 土木工程学院，河南 郑州 451191)

空气压缩机是纺织厂重要的动力源，也是耗电量较大的设备，故对空气压缩机系统采取节能措施降低能耗具有重要的意义.讨论了空气压缩机节能的主要影响因素，提出采用IFC流量控制器对空气压缩机系统进行改善.与常规的变频空气压缩机进行了对比，结果表明节能改造后空气压缩机系统的压力降低，电力节能效果显著.

空气压缩机；电力节能；空气压缩机压力；流量控制器

空气压缩机安全环保、传输方便、便于集中管理，在工业领域得到了广泛的应用，是纺织厂重要的动力源之一.目前，空气压缩机的耗电量占全国发电量的10%.在一般的企业中，空气压缩机的耗电量占企业总耗电量的20%～30%[1]，总能耗占工业生产总能耗的10%～35%[2].但是，在空气压缩机所消耗的能源中，只有其中的19%被转化成可供使用的功，其他的81%均以热量的形式被消耗掉了[3].因此，在能源短缺、电力紧张的今天，压缩空气系统的节能降耗受到了各方面的关注，合理选择空气压缩机并确定其运行方案有重要的意义.

在设计和规划压缩空气系统时，可根据实际使用的要求和特点综合考虑，合理选择空气压缩机的配置方案.本研究合理规划了压缩空气系统的运行方案，将智能流量控制器用于压缩空气系统，并对系统的节能降耗进行了综合分析.

1 空气压缩机的节能原理

空气压缩机的电耗与压缩机的进气、排气温度及供气压力等因素有关，故实现空气压缩机的节能运行，要做好以下工作.

1.1 进气

空气压缩机的进气方式有两种，一是室内进气，二是室外集中进气.不论哪一种进气方式，都必须采取预过滤措施，可延长空气压缩机的寿命、降低功耗.过滤器在运行一段后，过滤阻力增加，空气压缩机的吸力也会增加，流量会相应下降，所以应根据当地运行环境定期对过滤器进行维护、保养和更换，使过滤器的阻力维持在一个较低的范围.

1.2 排气温度

排气温度严重影响空气压缩机的运行和效率.排气温度每下降10 ℃，功耗也随之下降3%[4].提高冷却器的冷却效率、控制好温度，不仅能使空气压缩机稳定运行，还能进一步降低功耗.因此，在夏季高温季节，应对冷却系统进行彻底检查、维护保养与清洗更换，把温度控制在合适的范围.

1.3 供气压力及压力降

压力针对整个系统，节能潜力较大，压力变化的范围越大，说明系统的节能潜力越大.供气压力每降低0.01 MPa，功耗就相应减少0.3%～0.5%.因此，在满足生产工艺和使用要求的前提下，应尽可能地降低供气压力.

传输过程存在压力降，合理控制压力降有利于节能降耗.当压力降增加时，空气压缩机就要多做功，功耗就会增加.压力降每增加0.01 MPa，功耗就相应增加0.3%～0.5%.因此，应采取有效措施降低压力降，例如适时更换油分离器、定期清洗干燥机空气通道等.

2 IFC节能原理

IFC (Intelligent Flow Controllers) 是智能流量控制器的英文缩写，是压缩空气系统用于精确控制用气量、降低空气压缩机负载的节能设备，它通过恒压供气优化生产制程、提高生产质量[5].在先进的工业国家，IFC流量控制器(用气端需求控制)与VSD变频空气压缩机(产气端供应控制)一样，都已成为压缩空气系统节能优化的标配设备.

图1 空气压缩系统平面布置图Fig.1 The layout drawing of air the compressor system

虽然变频空气压缩机(VSD)随用气量条件的变化节能效果也相应变化，但人们依然认为VSD可以节能.一般来说，一个空压站只会安装一台VSD，需求增加则空气压缩机转速升高、流量增大，需求下降则空气压缩机转速下降、流量减少.IFC也会根据用气量(需求)的变化灵敏控制总流量(供应)的输出.但不同的是，VSD一般只控制1台空气压缩机的单机供应量，IFC则控制整个空压站的系统总量且恒压精度更高.压缩空气系统的供需平衡是依靠压力信号的变化及空气压缩机供应的响应来达成的，压力信号从用气端传递到产气端，再由产气端做功产气并输送到用气端，循环周期中需要经过整个空气系统并耗费一定的时间，这必然导致信号的损失及响应的滞后.当压缩空气输送到用气工厂时，用气工厂的需求又变化了，这时刚完成的需求响应就成了浪费，这种需求类似一种错觉，被称为错觉需求.IFC专门解决这种错觉需求产生的浪费损失问题，其主要特征如下：①稳定的压力输出(±0.007 MPa)；②具备压力输出的日程默认功能；③故障旁通功能；④断电后上电自启动功能；⑤远程控制功能；⑥自身能耗及保养成本极低；⑦安装简单.

3 空气压缩机系统节能方案

3.1 空气压缩机系统节能前

该纺织厂关键用气车间为织机车间(低压车间用气)和纺丝车间(高压车间用气)，安全压力下限分别为0.43 MPa和0.68 MPa.空气压缩机房共有8台空气压缩机并网使用，正常生产情况下3台为备用，空气压缩机系统年运转时数为8 400 h/a.节能方案之前的平面布置如图1所示，主要设备清单见表1.

表1 空气压缩机系统主要设备清单Tab.1 The main equipment list of the air compressor system

3.2 空气压缩机系统节能方案

图2 节能方案平面示意图Fig.2 The diagram of the air compressor system

空气压缩机系统采用IFC对该纺织厂的用气量进行控制，降低了空气压缩机的负载，达到了节能效果.IFC具有稳定的输出压力，断电后能自动上电，可远程控制，安装简单.IFC还可根据用气量的变化灵敏控制总流量的输出，而且能控制整个空气压缩机系统的总量.系统中的IFC采用SF-120和SF-90两种型号，安装位置如图2所示.

4 节能分析

4.1 压力测量情况

该纺织厂最关键的空压压力为空压站的供气压力、厂房的供气压力和使用压力.针对这些压力，采用Data logger对空压系统运转数据进行监测和记录，测点分别布置在高压主管、低压主管、高压用气入口与低压用气入口，各测点情况如表2所示，布置方式如图3所示.测量期间，4个点同步记录监测压力的变化，以观察压缩空气系统的整体压力降与波动情况.

图3 测点布置Fig.3 The collocation of the measuring points表2 压力测点Tab.2 The pressure measuring points

测点编号 目的DL1(低压主管压力)监测低压主管压力的波动DL2(低压车间用气压力)监测低压车间用气压力的波动DL3(高压主管压力)监测高压主管压力的波动DL4(高压车间用气压力)监测高压车间用气压力的波动

图4 IFC控制压力变化效果Fig.4 The cause-and-effect diagram of the pressure variation with the control of IFC

根据空气压缩机管线的压力记录，在IFC的控制下，压力由0.51 MPa下降到0.43 MPa，见图4.由图4也可看出，采用IFC控制后，系统的供气压力明显下降.如1.3所述，供气压力下降就意味着空气压缩机的功耗下降，系统就节能.

4.2 电力节能效益

对压缩机运转电流也进行了测量记录，空气压缩机的实际运转电流记录与年度电费如表3所示.

表3 节能前实际运转电流Tab.3 The electricity of the actual operating before the energy-saving

表4 电力节省费用Tab.4 The cost of the electric energy-saving

该纺织厂采用IFC后，供气压力下降，空气压缩机整体电费可节省5%,如表4所示.可见，采用IFC流量控制器后，每年可节省电费约397 700.6元，节能效果显著.

5 结束语

在能源匮乏的今天，节能尤为重要.对空气压缩机系统采取节能措施，可节省投资、降低成本、提高效益.采用IFC流量控制器可稳定空气压缩机的运行，在满足生产工艺要求的前提下降低供气压力和压力降，起到了节能降耗的作用.

纺织厂的空气压缩机价格昂贵，运行费用也较高，如每天连续运转，大约十年后将进入故障多发期.应针对节能设备，对相关人员进行教育训练，加强日常运行中对设备的维护和保养，以延长空气压缩机的寿命、降低其维修成本，创造更好的经济效益.

[1] 郭天霞.基于空气压缩机节能措施的研究[J].科技致富向导,2011(8)：333.

[2] 蔡茂林.空气压缩机能耗现状及系统节能潜力[J].中国设备工程，2009(7)：42-44.

[3] 孙晓名，彭恒，林子良.动力用空气压缩机能源效率探讨[J].流体机械，2013,41(11)：48-51.

[4] 袁有增.压缩空气系统节能降耗浅析[J].棉纺织技术,2008,36(10):588-590.

[5] 李宗耀.纺织空压技术[M].北京：中国纺织出版社，2005:157-179.

Energy saving of compressed air system in textile mill

FENG Rongzhen，WANG Hong, ZHAO Yuru

(CollegeofCivilEngineering,HenanUniversityofEngineering,Zhengzhou451191,China)

Air compressor is an important power of textile mill, and is one of the largest power consumption equipment. In order to reduce energy consumption, it is significant to take energy saving measures on the air compressor system . In this paper, the main factors influencing the energy-saving of air compressor are discussed. The IFC flow controller is proposed for improving the air compressor system, comparing with the conventional variable frequency air compressor, the results show that the pressure of air compressor system is reduced, and the energy saving effect is remarkable.

air compressor; power saving; the pressure of air compressor; flow controller

2016-01-05

冯荣贞(1963-)，女，河北唐山人，工程师，研究方向为建筑环境设备与能源应用.

TB4

A

1674-330X(2016)02-0025-04