化纤工厂压缩空气系统节能设计范文

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摘要：本文介绍并分析了影响压缩空气系统功耗的主要因素，针对化纤工厂压缩空气系统特性，对各因素提出了在设计过程应采取的措施，达到降低化纤工厂压缩空气系统功耗目的。

关键词：压缩空气系统;功耗影响因素;节能设计

压缩空气是化纤企业生产中的重要的动力源，压缩空气系统的功耗占化纤企业总功耗的比例相当大。以浙江某年产40万吨差别化纤维项目为例，正常满负荷运行时，全厂每小时耗电量约37MWh，其中压缩空气系统耗电量约14MWh，占全厂耗电量的37.8%。因此，在压缩空气系统设计时，提高空气压缩系统的能源利用水平，对于化纤企业的节能降耗、降低碳排放、提高产品的竞争力具有非常重要的意义。

1化纤工厂压缩空气系统简介

压缩空气系统通常由空气进气过滤器、空气压缩机、冷却器、干燥机、储气罐和气体输送管道及部件组成。空气压缩机是压缩空气系统的核心设备，空气经压缩机压缩后成为高压的压缩空气，经干燥机和过滤器处理，达到终端用户的使用标准后，进入气体储气罐缓冲备用。随着化纤工程规模的扩大，压缩空气需求量不断增大，目前压缩空气系统中空压机多采用离心式或螺杆式空压机。

2压缩空气系统功耗的主要影响因素

压缩空气系统功耗主要由以下几个部分组成，1）空压机的功耗；2）后处理设备的功耗；3)输送用管道损耗。其中，空压机的功耗占整个压缩空气系统功耗的90%以上。因此降低空气压缩机的功耗，又是压缩空气系统节能设计过程中的重中之重。

2.1空气压缩机功耗影响因素

1）空气压缩的的理论多变功率计算公式。2）部分载荷时压缩机效率下降带来的功耗增加根据美国能源部2003年的一份“全球各地区空压机负荷的百分比”调查报告，全球各地区空压机负荷的百分比平均值79%，其中，美国83%，英国79%，新加坡90%，中国仅66%[2]，远低于发达国家的平均水平，说明我国压缩空气系统存在着系统调节方式和机组与负荷匹配不合理的问题。图2是压缩机在不同的负荷率时压缩空气功率占满负荷压缩机功率的百分比[3]（此曲线压缩机为进气导叶调节的负荷控制方式）。由图2可知，当压缩机处于部分载荷时，其压缩机效率要低于其额定载荷的效率。而且随着载荷的偏离增大，压缩机的功率效率越低,单位压缩空气耗功量就越大。

2.2压缩空气后处理设备的功耗压缩空气后处理设备消耗的能量常常占压缩系统功耗量的3～10%。目前常常采用的后处理方式有：冷冻式干燥法和吸附式干燥法。1）冷冻式干燥法通常只能将压缩空气干燥至压力露点3～8℃。冷冻式干燥法主要功耗在于制取将压缩空气冷却并把压缩空气中的水凝结所需冷量。2）吸附法干燥通常能得到压力露点-20～-70的干燥压缩空气。常见的吸附法有无热再生、微热再生、余热再生干燥法（含零自耗余热再生干燥）。吸附式干燥主要的功耗包括：（1）无热再生干燥系统需10%~30%的再生耗气量；（2）微热再生干燥系统所需的加热器耗电量及再生所需的5%~10%的自耗气量；（3）余热再生干燥法功耗在再生所需的约3%的自耗气量或零自耗余热再生系统的引风机耗电量。干燥系统的功耗主要受最终用户所需的压力露点温度影响，所需压缩空气压力露点越低，功耗越大。

3压缩空气系统节能设计

在设计过程中充分考虑影响压缩空气系统的能耗因素，更有利于降低生产过程中的能耗，减少不必要的能源浪费。

3.1进气压力及进气温度为了减少空压机进气时的不必要的能耗增加，设计时应考虑减少环境引起的进气温度增加，减小进气管道系统的压力损失。

3.1.1降低进气系统的压力损失：设计过程中降低进气系统损失的主要方法有;1）进气管道应尽量短，且设计过程中尽量避免弯头连接。如不能避免，应选用局部阻力更低的45度弯头；2）进气管道管径应选择合理的经济管径。3）进气过滤设备应设置压差报警。避免由于进气过滤器阻力过大造成压缩机功耗增加。

3.1.2空压机进气温度：1）由于压缩机厂房一般设置环境空调，因此压缩机的进气宜为室外进气，避免吸入室内较高温度的空气造成压缩机功耗增加，甚至压缩空气流量不够；2）厂房布置是应注意朝向，避免进气侧为西晒造成进气温度增高；

3.2排气压力

在满足生产需求的条件下，降低压缩机的排气压力对于压缩空气系统能耗来说有显著的降低。因此设计过程中应从以下几个方面考虑降压缩机的排气压力。1）供气压力等级化纤工厂中，不同的工艺对压缩空气的压力需求不一致，但差距又不大。以往设计中，往往以满足最大压力需求的工艺，设置一个压缩空气系统或两个压缩空气系统，局部减压使用。这样造成空压系统的能耗有很多浪费。因此根据压缩空气系统的流量，将压缩空气系统划分的足够细致，分为多个等级压缩空气，分级供给，这样能很大程度上避免由于压缩空气减压带来的不必要的浪费。2）空压站方布置全厂集中供气的压缩空气站应布置在用气负荷中心，而不是厂区的位置中心。减少工厂主要压缩空气输送过程中沿程损失。以聚酯加熔体直纺化纤企业为例，压缩空气的主要用户为纺丝装置，因此空压站在总体布置时因选择靠近纺丝装置，并且供电供水合理的位置。3）输送用管道管径选择合理的输送管径，降低输送管道阻力，也可以降低压缩机的排气压力，达到节能的效果。在设计时，不能盲目的遵从GB50029-2014《压缩空气站设计规范》“最远点最不利条件下，压力损失小于10%”的规定，应充分的考虑输送压损降低带来的运行费用减少和输送用管道增大带来的初投资费用增加的合理，做好经济性分析。

3.3空压机的设备选型及变载荷控制方法

选择与压缩空气负荷相匹配的压缩机，优化设计压缩空气系统的负荷控制方式，对于空气压缩系统的节能设计是至关重要的。结合化纤工程压缩空气负荷特点，选型设计时需注意以下几个问题：1）对于用气量大且用气负荷比较稳定的网络用压缩空气，可采用多台离心式空压机并联的设备配台。而由于设计过程中，设备厂商、工艺专业为保证使用气量充足，提交设计资料过程中往往会给予一定的安全系数，使得工艺条件参数往往与实际运行状况不匹配。因此在无相关准确用量的参考情况下，可以考虑增设一台小排气量离心机，作为系统的调峰使用，使得尽可能多的设备处于最佳运行点。2）对于用气负荷波动范围很大，但负荷波动频次不高的吸枪用压缩空气，可采用多台螺杆机并联，或离心机和螺杆机并联的设备配台。在最大高峰量时，使用离心机，当正常运行波动时，使用螺杆机，以达到设备运行在较高效率的负荷点。3）对于波动范围不大，但是波动频次高的工厂风和仪表用气，可采用大加小空压机或变频螺杆机的设备配台，并使用流量与压力共同控制的原理，使得空压机都在高的运行效率点工作，达到节能的效果。3.4压缩空气干燥设备方案设计干燥机的运行经济性比较可参见文献“化纤厂离心空压机压缩热利用分析”[5]：设计时，1）若压缩机末级排气温度低于余热干燥设备再生温度，且用户对压力露点只要求在3℃左右时，应配置冷冻式干燥设备。当用户要求压力露点在-20℃，应选用压缩热吸附式干燥设备。2）当压缩空气末级排气温度高于余热干燥设备再生温度，优先考虑余热再生干燥机。

4结语

本文分析了压缩空气系统的功耗增加的影响因素，主要有压缩机的部分载荷时运行效率、压缩机进气温度、进气压力、级间进气温度、排气压力、干燥设备的选型等。分析了对于各影响因素设计时应如何考虑降低其对系统能耗的影响，提出了设计时的应对方案。

参考文献:

[1]李化治.制氧技术[M].北京.冶金工业出版社.2010.

[2]苏勇.陕汽压缩空气系统节能技术研究.硕士学位论文.2014.

作者：周玉明 单位：中国昆仑工程有限公司