壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的動(dòng)力源之一，由于其具有安全、無公害、調(diào)節(jié)性能好、輸送方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，使其在現(xiàn)代化、自動(dòng)力領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣。然而，需要得到品質(zhì)優(yōu)良的壓縮空氣就需要消耗能量。在大多數(shù)生產(chǎn)型企業(yè)中壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的10%~35%。據(jù)調(diào)查，絕大多數(shù)的壓縮空氣系統(tǒng)，無論其新或舊，運(yùn)行的效率都很低，存在著設(shè)備不匹配、管路損失大、系統(tǒng)泄漏、人為需求、不正確的使用和不適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)控制等問題。

當(dāng)然，壓縮空氣系統(tǒng)在經(jīng)過專業(yè)的空氣系統(tǒng)分析評估后，企業(yè)采取恰當(dāng)?shù)拇胧涂梢怨?jié)約能源，特別是可節(jié)約電能達(dá)到10%-50%。在能源緊張，電價(jià)不斷上漲的今天，這樣的評估改造不僅節(jié)約了能源，降低了消耗，也意味著它將能為企業(yè)帶來新的利潤空間！

• 壓縮空氣系統(tǒng)能源消耗和費(fèi)用的構(gòu)成

空氣壓縮機(jī)是空壓機(jī)站的心臟。現(xiàn)在當(dāng)我們提及空氣壓縮機(jī)時(shí)，也同時(shí)會(huì)想到壓縮空氣系統(tǒng)。空壓機(jī)的供氣系統(tǒng)是指從壓縮機(jī)到用氣點(diǎn)前的所有設(shè)備，因此整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)的設(shè)備，從功能上可以分成以下幾部分：

• 產(chǎn)生氣源部分：如壓縮機(jī)

• 處理氣源部分：如干燥器、過濾器、分離器等

• 控制部分：如各種控制元器件

• 集輸部分：如儲(chǔ)氣罐、管路閥門等

壓縮空氣系統(tǒng)里的大部分設(shè)備都是采用電力驅(qū)動(dòng)，其中空氣壓縮機(jī)消耗的電能占到總電能的90%以上。例如一個(gè)空壓站，三臺(tái)132kW機(jī)器(即24m3/min的壓縮機(jī))，兩開一備，每年運(yùn)行8000小時(shí)，電費(fèi)0.65元/度，一年消耗的電費(fèi)可以計(jì)算如下：

132×8000×0.65×2=1,372,800(元)

如干燥器為冷凍式，相應(yīng)處理量的冷干機(jī)其功率為：8.5kW，其一年消耗的電費(fèi)：

8.5×8000×0.65×2=88,400(元)

如果需要采購、建立并維護(hù)該壓縮空氣系統(tǒng)所需的投資應(yīng)包括設(shè)備初投資、備件、人工、能源消耗等等，當(dāng)考核系統(tǒng)在使用第一年之內(nèi)的資金投入分配時(shí)，得出了如 圖1 所示的結(jié)果：

圖 1

當(dāng)考慮該系統(tǒng)使用五年的資金總投入分配時(shí)，又得到結(jié)果如 圖2 所示：

圖 2

從兩張圖形的對比可以看出，隨著一個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)使用年限的延長，其設(shè)備投資所占的比例在逐漸減小，運(yùn)行電費(fèi)的比例卻在大幅度地增加。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，一個(gè)正常運(yùn)行的壓縮空氣系統(tǒng)，其全生命周期會(huì)遠(yuǎn)大于5年，有的甚至?xí)掷m(xù)運(yùn)行達(dá)15～20年或更長。

所以，我們在考慮壓縮空氣系統(tǒng)投資與回報(bào)的時(shí)候，應(yīng)該和其它機(jī)械產(chǎn)品一樣，作其全生命周期成本分析。這樣，我們會(huì)很容易發(fā)現(xiàn)，在壓縮空氣系統(tǒng)里作節(jié)能分析將給企業(yè)帶來新的設(shè)備管理思路。

關(guān)注壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能，會(huì)給企業(yè)帶來很好的經(jīng)濟(jì)效益。

• 壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行中能源浪費(fèi)的原因

在壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行中，能源浪費(fèi)的原因很多，其產(chǎn)生的主要原因如下：

1.壓縮機(jī)運(yùn)行負(fù)荷率問題：

一般來說，空壓機(jī)的設(shè)計(jì)或選型都是按照負(fù)荷條件(即100%負(fù)荷)進(jìn)行的。這也是一般應(yīng)遵守的原則。但在實(shí)際使用中工況是變化的，生產(chǎn)線負(fù)荷是不均勻的。調(diào)查和資料顯示：一般壓縮空氣系統(tǒng)的負(fù)荷率為60～70%。

美國能源部對世界范圍內(nèi)使用壓縮空氣企業(yè)的壓縮機(jī)負(fù)荷百分比的調(diào)查如圖3所示：

圖 3

以中國為例，設(shè)備滿負(fù)荷率為66%，即設(shè)備在另34%的時(shí)間里以卸載方式運(yùn)行。此間，即使采用較好的常規(guī)調(diào)節(jié)方式，對螺桿空壓機(jī)而言，其功率消耗仍為滿載功率的20～45%。無油螺桿壓縮機(jī)有較低值，有油螺桿壓縮機(jī)則耗功較高。

仍沿用前述例子(一臺(tái)功率132kW，排氣量24m3/min的有油潤滑螺桿壓縮機(jī))，現(xiàn)比較其以滿負(fù)荷運(yùn)行和66%負(fù)荷以加/卸載方式運(yùn)行的耗功情況，并假設(shè)以加/卸載方式運(yùn)行時(shí)，卸載功耗較常見的為滿載功耗的35%。

表 1

由 表1 數(shù)字可見，當(dāng)負(fù)荷率為66%時(shí)，其功耗和電費(fèi)仍為滿載時(shí)的78%。也就是說，有相當(dāng)于滿負(fù)荷功率的22%被浪費(fèi)了。當(dāng)壓縮機(jī)以66%負(fù)荷率運(yùn)行時(shí)，功率浪費(fèi)比例占實(shí)際功率的15%。

根據(jù)對中國多家壓縮機(jī)用戶的評估調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在中國市場上極其普遍地存在著這種浪費(fèi)，因此這是值得關(guān)注的問題。

2.壓縮空氣系統(tǒng)中壓縮機(jī)間運(yùn)行參數(shù)設(shè)定問題：

在一個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)里包含著許多設(shè)備，一般都是多臺(tái)壓縮機(jī)聯(lián)合運(yùn)行，并有備機(jī)。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，用氣在變化著，如何使變化著的這些參數(shù)協(xié)調(diào)起來是一個(gè)值得關(guān)注的問題，當(dāng)它們的參數(shù)設(shè)定不當(dāng)時(shí)，也會(huì)造成很大的功率浪費(fèi)。

然而，現(xiàn)在卻很少有人關(guān)注壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)匹配的問題。由于系統(tǒng)是一直發(fā)生變化的，如何使動(dòng)態(tài)變化中的供需匹配，需要對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行大量的跟蹤、調(diào)研工作。因此要求調(diào)試人員不僅要有很好的專業(yè)知識(shí)，而且要有高度責(zé)任感。

下圖是一個(gè)系統(tǒng)只有兩臺(tái)壓縮機(jī)的電流變化曲線，這個(gè)系統(tǒng)由一臺(tái)75kW壓縮機(jī)(由上面的曲線表示)和一臺(tái)30kW(由下面的曲線表示)壓縮機(jī)構(gòu)成，一年工作350天，每天24小時(shí)，電費(fèi)單價(jià)0.65元/kWh，其運(yùn)行時(shí)的電流曲線如圖4所示：

圖4 未經(jīng)設(shè)定前的電流曲線

從圖中可以明顯地看出，在這個(gè)系統(tǒng)里，兩臺(tái)壓縮機(jī)的運(yùn)行控制方式都是本機(jī)的常規(guī)的加卸載控制，由于沒有很好地進(jìn)行配合設(shè)置，造成其分別根據(jù)自己的壓力設(shè)置在進(jìn)行加、卸載轉(zhuǎn)換。圖5 是經(jīng)過重新設(shè)定的壓縮機(jī)運(yùn)行曲線：

圖5 經(jīng)過重新設(shè)定后的電流曲線

從圖5中可以看出，調(diào)整后主機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)了，加卸載頻度大大減少，而備機(jī)的開動(dòng)時(shí)間也大大減少了。

經(jīng)計(jì)算，在參數(shù)未調(diào)整前，每年的電費(fèi)支出約為58.6萬元，其中浪費(fèi)達(dá)7.4萬元之多，因此節(jié)能潛力也是顯而易見的。而解決它的辦法就是簡單的壓力重新設(shè)定！

3.壓縮空氣系統(tǒng)泄漏問題

泄漏是每個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)普遍存在著的現(xiàn)象，壓縮空氣的泄漏主要發(fā)生在管道連接處，如法蘭、接頭、快插等等部位。有資料稱，一般工廠的泄漏比例都在20%以上。表2是壓力為0.7MPa，電費(fèi)單價(jià)為0.65元/kWhr時(shí)直徑為1mm2的泄漏點(diǎn)產(chǎn)生的浪費(fèi)：

從上述兩組數(shù)字均可以告訴我們一個(gè)事實(shí)：在壓縮空氣系統(tǒng)上的泄漏造成的浪費(fèi)也是非常可觀的。用心地解決之，一定會(huì)收到很好的節(jié)能效果。

• 壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的解決辦法

根據(jù)前述壓縮空氣系統(tǒng)能源消耗的構(gòu)成和浪費(fèi)的原因我們可以看出，壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能都能反映到能源，特別是電力的消耗上。雖然壓縮機(jī)是壓縮空氣系統(tǒng)里電力消耗較多的設(shè)備，但是壓縮空氣系統(tǒng)里的節(jié)能空間不一定全部在壓縮機(jī)本身，而設(shè)備流程配置的問題，數(shù)臺(tái)機(jī)器配合的問題乃至使用點(diǎn)壓縮空氣的使用情況，都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)能源的浪費(fèi)。

由此可見，在一個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)里，選用節(jié)能運(yùn)行的壓縮機(jī)固然是關(guān)鍵，如果討論系統(tǒng)的節(jié)能問題，我們的工作重點(diǎn)就應(yīng)該從關(guān)注壓縮機(jī)本身轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)的表現(xiàn)上來，只有這樣才能真正找到系統(tǒng)較大浪費(fèi)的所在并改正它。

壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵問題在于找到系統(tǒng)浪費(fèi)根本原因所在和準(zhǔn)確分析出系統(tǒng)節(jié)能潛力的數(shù)值。為此，我們通過了解用戶現(xiàn)場的使用狀況，記錄一些必要的數(shù)據(jù)并實(shí)施數(shù)據(jù)分析，在經(jīng)過專業(yè)的空氣系統(tǒng)分析，并加上恰當(dāng)?shù)貙?shí)施相關(guān)措施，能源節(jié)約可以達(dá)到10%-50%。

對壓縮空氣系統(tǒng)的解決方案的提供應(yīng)該是從專業(yè)的壓縮空氣系統(tǒng)評估開始的。運(yùn)行現(xiàn)代化的壓縮空氣系統(tǒng)時(shí)所碰到的疑難和低效問題總是讓人覺得很復(fù)雜和無從下手。恰當(dāng)?shù)脑u估是進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理和使壓縮空氣系統(tǒng)組件充分發(fā)揮效能的唯一渠道。這是一個(gè)為用戶的整個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)提供解決方案，從壓縮機(jī)到使用點(diǎn)，為用戶提供高能源效率的壓縮空氣系統(tǒng)、增加系統(tǒng)穩(wěn)定性、提高壓縮空氣品質(zhì)和保證壓縮空氣的正常輸出的過程。這也是壓縮空氣行業(yè)在今后的發(fā)展方向。

在過去的一段時(shí)間里，電力緊張的問題已經(jīng)成為制約國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”，很多企業(yè)都為了維持整個(gè)社會(huì)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)而被迫被拉電、限電。所以，壓縮空氣系統(tǒng)能源和效率問題在目前已經(jīng)作為一個(gè)專門的課題得到了一些企業(yè)和研究單位的重視，國內(nèi)一些涉及節(jié)能的政府單位也逐漸將其工作中心轉(zhuǎn)移到壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能上來。

能源是產(chǎn)品成本的一部分，在有些產(chǎn)品中，能源成本占有較高的比例。產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中消費(fèi)的能源越多，成本越高，獲利空間越小，價(jià)格上的競爭優(yōu)勢也就越小，這一道理是顯而易見的。目前，我國絕大多數(shù)企業(yè)經(jīng)營粗放，消耗高，浪費(fèi)大，經(jīng)濟(jì)效益差，缺乏競爭力。節(jié)能降耗，提高能效成為高耗能企業(yè)提高國際競爭力的重要手段。我國政府十分重視以節(jié)能降耗為主的技術(shù)開發(fā)和技術(shù)改造，并給予財(cái)政支持。其目的在于鼓勵(lì)企業(yè)在激烈的市場競爭中通過節(jié)能降耗，降低生產(chǎn)成本，提高其在國際市場上的競爭力。