Сжатый воздух, как широко используемый источник энергии в промышленности, составляет 10–35% от общего энергопотребления в промышленном производстве. 96% энергопотребления систем сжатого воздуха приходится на электроэнергию, потребляемую промышленными компрессорами, а годовое энергопотребление промышленных компрессоров в Китае составляет более 6% от общего национального энергопотребления. Эксплуатационные расходы воздушных компрессоров, если рассматривать их с точки зрения затрат на приобретение, технического обслуживания и энергозатрат, то, согласно теории оценки полного жизненного цикла, затраты на приобретение составляют всего около 10%, в то время как энергозатраты достигают 77%. Это показывает, что Китаю необходимо активно повышать эффективность использования энергии в системах сжатого воздуха в процессе промышленной и экономической реструктуризации.
В связи с углублением понимания потребностей предприятий в области сжатого воздуха, энергосбережения и сокращения выбросов, крайне важно выбрать подходящую технологию для энергосберегающей модернизации существующих систем, чтобы добиться наилучших результатов. Исследования китайских промышленных предприятий за последние два года показали, что спрос на энергосберегающую модернизацию в основном обусловлен следующими тремя аспектами:
Потребление энергии воздушными компрессорами составляло слишком большую долю в общем энергопотреблении предприятий; нестабильность подачи сжатого воздуха, колебания давления и другие факторы влияли на нормальную работу оборудования; с расширением масштабов производства предприятиям приходилось оптимизировать свою существующую систему сжатого воздуха, чтобы адаптироваться к растущему спросу. Ввиду различий в характеристиках систем сжатого воздуха предприятий и применяемых энергосберегающих технологий, для повышения эффективности внедрения энергосберегающих решений нельзя действовать вслепую. Особенно важно выбирать подходящие энергосберегающие меры на основе всестороннего анализа, тестирования и оценки всей системы. Авторы проанализировали и изучили характеристики и область применения некоторых существующих и перспективных энергосберегающих технологий, исследуя использование сжатого воздуха на большом количестве промышленных предприятий.
Стратегия энергосбережения системы
Исходя из теории оценки энергопотребления пневматических систем и анализа потерь энергии, с учетом различных аспектов состава системы, принимаются следующие комплексные меры по энергосбережению:
Генерация сжатого воздуха. Рациональная конфигурация и техническое обслуживание различных типов компрессоров, оптимизация режима работы, ежедневное обслуживание оборудования для очистки воздуха. Транспортировка сжатого воздуха. Оптимизация конфигурации трубопроводной сети, разделение трубопроводов высокого и низкого давления; контроль в режиме реального времени распределения потребления воздуха, ежедневный осмотр и минимизация утечек, снижение потерь давления в соединениях. Использование сжатого воздуха. Усовершенствование схемы привода цилиндров, использование энергосберегающих изделий, разработанных для этой отрасли, таких как специальные воздухосберегающие клапаны для шелушения цилиндров в электролитической алюминиевой промышленности, а также энергосберегающие пневматические пистолеты и форсунки. Утилизация отработанного тепла компрессора. Тепло, выделяемое при сжатии воздуха, рекуперируется посредством теплообменника и т. д., и используется для вспомогательного и технологического нагрева и т. д.
Генерация сжатого воздуха
1. Энергосбережение при использовании одного воздушного компрессора.
В настоящее время наиболее распространенные в промышленности воздушные компрессоры в основном делятся на поршневые, центробежные и винтовые. Поршневые компрессоры до сих пор широко используются на некоторых старых предприятиях; центробежные широко применяются на текстильных предприятиях благодаря стабильной работе и высокой эффективности, но они склонны к скачкам давления при резких изменениях давления в системе. Основные меры энергосбережения включают: обеспечение чистоты поступающего воздуха, особенно на текстильных предприятиях, проведение качественной грубой фильтрации для удаления большого количества коротких волокон из воздуха; снижение температуры на входе в компрессор для повышения эффективности. Давление масла в смазочном материале оказывает большое влияние на вибрацию ротора центрифуги, поэтому следует выбирать смазочное масло, содержащее пеногасители и стабилизаторы окисления. Необходимо уделять внимание качеству охлаждающей воды, разумно сбрасывать охлаждающую воду и планировать ее пополнение. Необходимо регулярно сбрасывать конденсат из мест сброса конденсата компрессора, осушителя, накопительного бака и трубопроводной сети. Для предотвращения хрипов, вызванных резкими изменениями потребности в воздухе и т. д., следует уделять внимание регулировке пропорционального диапазона и времени интегрирования, установленных устройством, и стараться избегать резкого снижения потребления воздуха. Выбирайте трехступенчатые центрифуги с выраженным энергосберегающим эффектом и старайтесь использовать двигатели высокого давления, чтобы уменьшить потери в трубопроводе и поддерживать низкий уровень повышения температуры в компрессорной станции.
Винтовые воздушные компрессоры широко используются, поэтому ниже приводится краткое сравнение режимов управления винтовыми воздушными компрессорами: анализ существующих проблем регулирования нагрузки/разгрузки и поддержания постоянного давления в воздушных компрессорах позволяет сделать следующие выводы: зависимость от механических средств регулирования впускного клапана не позволяет быстро и непрерывно регулировать подачу воздуха. При постоянном изменении количества газа давление подачи неизбежно сильно колеблется. Для компенсации колебаний потребления воздуха на заводе используется частотное регулирование путем добавления частотного преобразователя для регулирования производительности воздушного компрессора. Недостатком является то, что система подходит только для ситуаций с небольшими колебаниями потребления воздуха на заводе (колебания составляют 40–70% от объема производства воздуха на одном оборудовании, и эффект энергосбережения наиболее значителен).
2. Система экспертного управления группой воздушных компрессоров.
Экспертная система управления компрессорными установками стала новой технологией управления компрессорными установками и энергосбережения. Система управления, в зависимости от изменений требуемого давления, контролирует запуск и остановку, загрузку и разгрузку различных компрессоров, обеспечивая постоянное поддержание необходимого количества и производительности компрессоров в рабочем состоянии.
Система управления компрессором, управляемая частотным преобразователем, позволяет изменять скорость отдельного воздушного компрессора в заводской системе подачи газа низкого давления, регулируя время работы компрессора и подстраивая его под небольшие колебания количества газа в заводской системе подачи газа низкого давления. Выбор частотного преобразователя для компрессора обычно требует проведения комплексных испытаний и расчетов специалистом. Анализ и сравнение показывают, что энергоэффективность многих наших систем сжатого воздуха имеет большой потенциал для улучшения. Энергосбережение от частотного преобразователя компрессора достигается только при его использовании в сочетании с работой собственной системы сжатого воздуха предприятия, что требует тщательного тестирования и оценки специалистами перед применением. Экспертная система управления группой воздушных компрессоров особенно подходит для одновременной работы нескольких компрессоров, а поэтапная конфигурация позволяет эффективно удовлетворять потребности предприятий.
3. Улучшение процесса сушки сжатым воздухом
В настоящее время наиболее распространенным оборудованием для осушения и обработки сжатого воздуха на предприятиях являются холодильные установки, установки без регенерации тепла и комбинированные установки с микрорегенерацией тепла; сравнение основных характеристик представлено в таблице ниже.
Энергосберегающая модернизация линии обороны осуществляется в соответствии со следующими принципами: если исходная система обработки воздуха имеет слишком высокую степень чистоты, следует перейти к обработке с более низкой степенью соответствия. Необходимо улучшить процесс сушки, снизить потери давления в звене обработки сушки (потери давления в сушилке некоторых систем достигают 0,05–0,1 МПа), а также уменьшить энергопотребление.
Транспортировка сжатого воздуха
1. В трубопроводной системе давление не должно превышать 1,5% от рабочего давления. В настоящее время многие пневматические станции не имеют первичных и вторичных трубопроводов, имеют слишком много ненужных отводов и изгибов, частые пульсации давления и серьезные потери давления. Некоторые пневматические трубопроводы проложены в траншеях, и их невозможно контролировать на предмет утечек. Для обеспечения требуемого давления в системе в любом случае, персонал по управлению эксплуатацией увеличивает рабочее давление всей системы на 0,1–0,2 МПа, создавая искусственные потери давления. При каждом увеличении давления на выходе воздушного компрессора на 0,1 МПа потребление электроэнергии компрессором увеличивается на 7–10%. В то же время, увеличение давления в системе увеличивает утечки воздуха. Меры по энергосбережению: изменение схемы трубопроводов с ответвлений на кольцевую схему, разделение подачи воздуха высокого и низкого давления и установка прецизионных перепускных устройств высокого и низкого давления; В ходе энергосберегающей реконструкции следует заменить трубопровод с большим локальным сопротивлением, снизить сопротивление трубопровода и очистить внутреннюю стенку трубы путем кислотной промывки, удаления ржавчины и т. д., чтобы обеспечить гладкость стенки трубы.
2. Утечка, обнаружение и устранение утечек.
Большинство утечек на заводах носят серьезный характер, достигая 20–35%, и происходят в основном в клапанах, соединениях, тройниках, электромагнитных клапанах, резьбовых соединениях и передней крышке баллона каждого газопотребляющего оборудования; некоторое оборудование работает под избыточным давлением, автоматически разгружается и часто выпускает газ. Ущерб, причиняемый утечками, практически не поддается осмыслению. Например, на станции точечной сварки автомобилей небольшая дыра в газопроводе диаметром 1 мм приводит к ежегодным потерям электроэнергии до 355 кВт·ч, что почти эквивалентно годовой электроэнергии двух-трех домохозяйств. Меры по энергосбережению: установка системы управления расходом газа в газопроводе основного генерирующего цеха для определения предельных значений технологического потребления; регулирование потребления технологического газа, минимизация количества клапанов и соединений, сокращение количества точек утечек; усиление контроля и использование профессиональных инструментов для регулярных проверок. Вкратце, предприятия могут использовать профессиональное испытательное оборудование, такое как интеллектуальные газоанализаторы с параллельным доступом, сканирующие устройства для обнаружения утечек и т. д., чтобы принять меры по предотвращению работы, риска, протечек и каплеобразования в системе сжатого воздуха, а также провести соответствующие работы по техническому обслуживанию и замене компонентов.
Использование сжатого воздуха
Пневматические пистолеты широко используются в процессах финишной обработки, механической обработки и других технологических зонах, а их потребление воздуха в некоторых промышленных зонах достигает 50% от общего объема подаваемого воздуха. В процессе использования возникают такие явления, как слишком длинный воздухопровод, слишком высокое давление подачи, использование прямой медной трубы в качестве сопла и несанкционированное повышение рабочего давления работниками на передовой, что приводит к огромным потерям воздуха.
Также более распространены нерациональные явления использования газа в пневматическом оборудовании, такие как определение застревания заготовки на месте с помощью проверки противодавления газа, подача газа в вакуумный генератор и т. д. Явление непрерывной подачи газа в нерабочем состоянии. Эти проблемы особенно актуальны в химических резервуарах и при смешивании других газов, а также в производстве шин, например, при типичном накачивании. Меры по энергосбережению: использование новых энергосберегающих устройств с пневматическими соплами и импульсных пневматических пистолетов. Использование специализированного пневматического оборудования в конкретных отраслях промышленности, например, в алюминиевой промышленности, для внедрения специальных воздухосберегающих клапанов в цилиндрах обшивки.
утилизация отработанного тепла воздушных компрессоров
Согласно оценке всего жизненного цикла, 80–90% потребляемой воздушными компрессорами электроэнергии преобразуется в тепло и рассеивается. Распределение потребления электроэнергии и тепла воздушными компрессорами показано на рисунке ниже; за исключением тепла, излучаемого в окружающую среду и аккумулируемого в самом сжатом воздухе, оставшиеся 94% энергии могут быть использованы в виде рекуперации отработанного тепла.
Утилизация отработанного тепла осуществляется с помощью теплообменника и других соответствующих средств, а тепло, выделяемое в процессе сжатия воздуха, используется для нагрева воздуха или воды. Типичные области применения: вспомогательный нагрев, технологический нагрев и предварительный подогрев подпиточной воды котла. При разумных улучшениях можно рекуперировать и использовать от 50% до 90% тепловой энергии. Установка устройств рекуперации тепла позволяет эффективно контролировать рабочую температуру воздушного компрессора на оптимальном уровне, что улучшает условия работы смазочного масла и увеличивает объем отработанного воздуха компрессора на 2–6%. Для воздушных компрессоров с воздушным охлаждением можно отключить вентилятор охлаждения самого компрессора и использовать циркуляционный водяной насос для рекуперации тепла; для воздушных компрессоров с водяным охлаждением можно использовать нагрев холодной воды или отопление помещений, а степень рекуперации составляет 50–60%. По сравнению с электрическим отопительным оборудованием рекуперация отработанного тепла практически не потребляет энергии; по сравнению с газовым топливом – имеет нулевой уровень выбросов, что является чистым и экологически безопасным способом энергосбережения. На основе теории анализа потерь энергии в системе сжатого воздуха анализируются и обобщаются существующие явления нерационального использования газа и меры по энергосбережению на предприятии. В рамках энергосберегающей трансформации предприятия впервые проводится детальное тестирование и оценка различных систем, на основе которых можно разработать соответствующие меры оптимизации для достижения целей энергосбережения и повышения эффективности работы всей системы сжатого воздуха.
Дата публикации: 02.03.2024