如何提高压缩空气系统的效率

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1、如何提高压缩空气系统的效率摘要：本文从压缩空气系统的选型，设计，使用，维护等方面论述如何提高它的能源效率关键字：压缩机 压缩空气 能耗 效率 自从1960年开始，压缩空气作为清洁和安全的能源被广泛应用在现代工业中。它与其具有相似功能的液压和电动元件相比更清洁，简单和容易维护。并且能够在苛刻的环境下工作，而且没有火花。因此，压缩空气经常被人们假定为便宜的或甚至认为是“免费”的能源。事实上，它是非常昂贵的，压缩空气的用电费用可能要超过工厂总电费用的40%。在它的生命周期中，能源费用可能占总的采购和运行压缩机费用的75%。一些用户也逐渐地意识到由于气动执行器底的能源效率，操作起来是相当昂贵的。事实上

2、，气动元件的能源效率仅仅在23-30%之间，并且通常低于20%,，显然比电动器件60%的效率要低很多。因此，大家逐渐开始对这个效率低下和昂贵的系统投入更多的关注。无数的研究表明，工业中产生的压缩空气大约有30%浪费掉了。同时伴随着燃料污染的控制和获取原材料困难的增加，能源节省和能源有效的使用成为当今全球工业面临的重要的问题之一。因此，我们必须尝试各种方法提高效率来节省能源。压缩空气系统使用的能源是与压缩空气的数量和压力的乘积成比例的。相对的，能源是与系统的效率成比例的。因此，为了节省能源，我们必须减少空气的消耗和压力，提高系统的效率。我们首先从应用开始，既然压缩空气是能源效率低下的能源，压缩机

3、需要消耗8KW的能源输入才能够为使用压缩空气的工具提供1KW的能源输出。因此应该仅仅在需要压缩空气的时候才使用它，而不是哪里都可以随便使用。像清洁身体，液体搅拌，地面清洁，干燥，设备冷却和其它相似的使用必须被制止。在可能的地方，用风机的低压空气能够代替压缩空气，例如，对于锅炉或炉子里的二次风供给。以下举例说明，但同时也不要忘记压缩空的安全性和其它的优势。1） 在允许应用的地方，电动机能够比气动旋转设备提供更高的效率。表1中给出通过选择代替的方法执行相同的任务来停止压缩空气使用带来的节省。但也应该注意到由于安全限制在一些区域中不允许使用电动工具，特别是有可燃气体存在的环境。应该记住，安全的考虑永

4、远要比能源的节省重要。工具名称轮径 （mm）速度 （rpm）空气消耗 （m/h）消耗功率 （Kw）气动角磨机15060006bar时 102 m/h10.2电动角磨机1505700-8600无1.95-2.90气动直磨35300006bar时 32.3 m/h3.59电动直磨2522900-30500无0.18 表1 通常气动工具和电动工具的能耗2）在使用气动提升的地方，可以使用电动提升。3）通过风机系统的材料传送最好能通过使用皮带，螺杆传动和链斗升降机的结合来代替；例如，在造纸厂的设备中，使用压缩空气传送木屑，相当功率消耗是77KW，这种传送方法如果使用风机系统代替耗能仅仅为7KW，节省70

5、KW；还有气动传动被桶式或螺杆传动代替的方式，在水泥工业中已经有广泛的应用，能够大大地节省能源。4）如果必须使用空气移动，通常有其它不是压缩空气的资源能够使用。例如，使用压缩空气放大器吹送元件，也可以使用风机或重力基础的系统；刷子可以有与压缩空气相同的清扫效果，风机也可以使用；许多的应用不需要清洁、干燥、高压和昂贵的6-7Bar的压缩空气， 仅仅需要运动的空气就可以清除碎片，提供冷却或其它的功能。在这些情况下，本地的风扇或风机可能就能满足运动空气的需要，而且更经济。如果必须使用，那么就采用气枪并且保持压力低于2Bar。5）对于应用在清洁设备裂缝的必不可少的压缩空气，应该考虑使用具有一个总隔离阀

6、的分离的清洁用压缩空气总管。总阀仅仅在很少的，特定的时间打开，不应该从工艺或设备上连接清洁管线。6）可以考虑使用液压代替气动操作。7）真空机系统比昂贵的文丘氏方法经济很多，文丘氏使用昂贵的压缩空气通过小孔产生真空。 8）机械搅拌，传送装置，和低压空气对于混合材料比高压空气更经济。除了停止不恰当的使用压缩空气，提高需要使用压缩空气的工艺效率也是必需的。例如，新的喷涂方法比老的压缩空气喷涂需要更少的能源。改善工艺可能比对压缩空气本身进行的所有的改善节省更多的能源。确定应用以后，我们就需要将系统设计和布局最佳化，因为压缩机的安放位置和压缩机吸入空气的质量对压缩机的能耗有很大的影响。如果吸入的空气温度

7、低，洁净和干燥，那么它的性能将有很大的提高。1) 对于需要不同压力的应用，使用单独的压缩空气系统，隔离低压和高压压缩空气的需要：建议单独的产生低压压缩空气和高压压缩空气，然后供给各自部分，尽量减少使用减压阀，因为它将浪费大量的能量。这可能需要多台的压缩机，但能减少管线和能源的用量。2) 压缩机的大小：你应该选择压缩机的大小尽可能的接近满负荷的需要。更重要的一点是，不要为以后打算而安装过大尺寸的压缩机，通常在以后需要的时候安装另外一台，这样可能更经济、更有效。如果现有的压缩机对于应用太大，可以增加一台小的压缩机并且增加顺序控制来使它在部分负载的时候更有效地运行。顺序控制能够调节一定数量的压缩机来

8、匹配压缩空气的需要。 3) 选择效率最高的压缩机：考虑所有的应用问题。例如，螺杆压缩机比往复式压缩机效率更高，但进口空气的过滤要求更严格。调速压缩机（VSD）能够工作在低的平均压力下，比一般的压缩机可以节能35%或更高（参见图1）。 图1 能源节省的比较4) 选择可以有效再生热量的压缩机：因为压缩机中使用的电能高达80-90%的被转换成热能。如果能恰当地设计能使用再生的热量来加热空气或水，能够恢复50-90%的热量。因此，在使用巨大压缩机的情况下，从热的压缩空气中再生热量为工艺应用产生热的空气或水的可能性必须进行经济性分析。也要考虑再生空气干燥机的使用，它将使用压缩空气的热去除湿气。5) 为压

9、缩机选择最经济的原动力：可以选择电动机，柴油机，气轮机,汽轮机等。6) 尽可能地为压缩机提供温度低的吸入空气：通常对于获得相同的输出，吸入口温度每提升4C，能源消耗将增加1%。因为冷空气的吸入可以带来更有效的压缩（见表2），因此最好吸入室外环境的空气，因为通常压缩机房的温度要比室外高几度。但在延长吸气口到室外时，必须小心吸入管线中的压降，通常选用大的直径和减少弯曲的管线。 进口温度（）相对空气传输（%）节省能源 （%）10.0102.0+1.415.5100.0021.198.1-1.326.696.3-2.532.294.1-4.037.792.8-5.043.391.2-5.8 表2 吸入

10、空气温度对能源消耗的影响7) 尽可能为压缩空气提供无污染的空气：吸入污染的空气能够导致运动零件额外的磨损，并导致由于磨损引起的阀的故障。应该在吸入侧安装恰当的空气过滤器。空气过滤器的设计应该有高灰尘分离能力，低的压力降和足够的容量，来避免经常的清洁和更换。空气过滤器应该根据压缩机的类型选择，并尽可能地靠近压缩机安装。8) 吸入干燥的空气：大气中通常含有一定量的水蒸汽，依靠于相对湿度，在潮湿的气候中可能非常的高。如果空气从潮湿的区域吸入，湿度也会很高，例如把压缩机安装在冷却水塔附近，或干燥机排放口附近等，这些情况应该避免（见表3）。空气的湿度将随着温度的升高增加和随着压力的增加减少。相对湿度%在

11、30时，对于每1000m/min的流量，每小时的水蒸气的重量（kg）5027.608045.0010068.22 表3 不同湿度下环境空气中的含湿量9) 冷却水的选择：大多数的工业压缩机是水冷的，这里的压缩热被冷却水移出到气缸盖，内冷却器和后冷却器。暖水在冷却水塔中冷却并且循环返回压缩机。压缩空气系统的性能依靠于内冷却器和后冷却器的效率，而它们依靠于冷却水的流量和温度。更进一步，不恰当的冷却水处理能够导致总溶解固体（TDS）的增加，它能够导致换热器中的结垢。这些结垢不仅仅作为隔热体减少热的传导，同时也增加冷却水泵送系统中的压降。使用处理过的水，或定期的净化冷却水中的一部分能够维持TDS在可以接

12、受的范围内。此外最好通过添加化学物质来维持水的PH值，和通过添加杀真菌和除海藻剂来避免微生物的生长。10) 将管线的压降最小化：过大的压力降可能由于以下原因引起：管线尺寸的不足，阻塞的过滤元件，不恰当尺寸的连接件和软管，这些都表示能源的浪费。表4举例说明因为管线直径小引起的能源浪费。在工业惯例中，在主管线最远点上通常允许的压力降为0.3 bar，在分配管线上为0.5bar。不仅仅是管线，管件也是压力损失的来源。通常对于不同管件的压力损失如表5。管子名义孔径 （mm）每100米的压降（bar）等同的功率损耗（kw）401.89.5500.653.4650.221.2800.040.21000.0

13、20.1 表4 对于170m/h（100 CFM）的流量，由于较小管径引起的能源浪费管件的类型管子的名义尺寸（mm）1520253240506580100125闸式阀0.110.140.180.270.320.400.490.640.911.20T型90度长弯头0.150.180.240.380.460.610.760.911.201.52弯头0.260.370.490.670.761.071.371.832.443.20U形弯头0.460.610.761.071.201.681.982.603.664.88T型球心阀出口0.761.071.371.982.443.363.965.187.32

14、9.45表5 管件阻力的等效长度（m）11) 使用足够大的储气罐来减少压缩机的循环次数，避免过大的峰值压力：罐的尺寸应该与压缩机的功率对应。例如，一个50马力的压缩机大约需要一个50加仑的储气罐。对于相同的容量，压缩机在高压的时候将消耗更大的功率。不应该在压缩机超过它们最佳运行压力的范围运行，因为这样不仅仅浪费能源，也导致额外的磨损，和导致进一步的能源浪费。压缩机的容积效率在更高的传送压力下也更小。12) 使用恰当的过滤和干燥：这两个功能都浪费能源。空气过滤器上压力降对能耗的影响见表6。空气过滤器应该根据压缩机的类型选择，并尽可能地靠近压缩机安装。通常对于由于吸入侧过滤阻塞引起的压力降，每250mmWC的压力降将增加2%的压缩机能耗。因此，建议规律地清洁进口的空气过滤器来将压降最小化。为了监测压降，可以在过滤器的两侧安装压力表或微差压力表，这样可以通过这些监测数据来安排清洁的日程。通过空气过滤器的压降（mmWC）增加能源消耗（%）002001.64003.26004.78007.0表6 进口空气过滤器压降对能源消耗的影响13) 对压缩空气使用点上安装控制来将压缩空气的浪费最小化: A)在使用压缩空压的设备上安装互锁切断电磁阀，这样当它们不用的时候能过切断压缩空气对设备的供给。