Як широко використовуване джерело енергії в промисловості, стиснене повітря становить від 10% до 35% від загального споживання енергії в промисловому виробництві. 96% споживання енергії системою стисненого повітря припадає на споживання енергії промисловим компресором, а річне споживання енергії промисловим компресором у Китаї становить понад 6% від загального національного споживання енергії. Експлуатаційні витрати повітряних компресорів, включаючи витрати на закупівлю, витрати на технічне обслуговування та експлуатаційні витрати на енергію, згідно з теорією оцінки повного життєвого циклу, становлять лише близько 10%, тоді як витрати на енергію сягають 77%. Це показує, що Китаю необхідно рішуче підвищити ефективність використання енергії системою стисненого повітря, одночасно здійснюючи промислову та економічну реструктуризацію.
З поглибленням розуміння потреб підприємств у стисненому повітрі, енергозбереженні та скороченні викидів, терміново необхідно обрати відповідну технологію для існуючої системи енергозберігаючої трансформації, щоб досягти найкращих результатів енергозбереження. Дослідження промислових підприємств Китаю за останні два роки показали, що попит на енергозберігаючу реконструкцію переважно зумовлений такими трьома аспектами:
Споживання енергії повітряним компресором становило занадто високу частку споживання енергії підприємством; нестабільність системи стисненого повітря, коливання тиску та інші фактори впливають на нормальну роботу обладнання; з розширенням масштабів виробництва підприємство оптимізує трансформацію оригінальної системи стисненого повітря, щоб адаптуватися до зростання попиту. Через особливості систем стисненого повітря підприємства та застосовні енергозберігаючі технології різні, тому для підвищення успішності трансформації енергозберігаючі трансформації не можна впроваджувати сліпо. Особливо важливо вибрати відповідні енергозберігаючі заходи на основі комплексного аналізу, тестування та оцінки всієї системи. Автори проаналізували та дослідили характеристики та сферу застосування деяких існуючих та нових енергозберігаючих технологій, досліджуючи використання стисненого повітря на великій кількості промислових підприємств.
Стратегія енергозбереження системи
Виходячи з теорії оцінки споживання енергії пневматичною системою та аналізу втрат енергії, починаючи з різних аспектів складу системи, загальні заходи щодо енергозбереження вживаються наступним чином:
Генерація стисненого повітря. Розумна конфігурація та обслуговування різних типів компресорів, оптимізація режиму роботи, щоденне управління обладнанням для очищення повітря. Транспортування стисненого повітря. Оптимізація конфігурації трубопровідної мережі, розділення трубопроводів високого та низького тиску; контроль розподілу споживання повітря в режимі реального часу, щоденна перевірка та мінімізація витоків, покращення втрат тиску на з'єднаннях. Використання стисненого повітря. Удосконалення схеми приводу циліндрів, використання енергозберігаючих продуктів, розроблених для цієї галузі, таких як спеціальні повітряозберігаючі клапани для обшивки циліндрів в електролітичній алюмінієвій промисловості, а також енергозберігаючі повітряні гармати та форсунки. Рекуперація відпрацьованого тепла компресора. Тепло, що утворюється під час стискання повітря, рекуперується за допомогою теплообміну тощо та використовується для допоміжного нагрівання та технологічного нагрівання тощо.
Генерація стисненого повітря
1 Енергозбереження одного повітряного компресора
Наразі найпоширеніші повітряні компресори в промисловості в основному поділяються на поршневі, відцентрові та гвинтові. Поршневі компресори все ще використовуються у великих кількостях на деяких старих підприємствах; відцентровий тип широко використовується на текстильних підприємствах зі стабільною роботою та високою ефективністю, але він схильний до стрибків при різкій зміні тиску в системі. Основними заходами енергозбереження є: забезпечення чистоти імпортованого повітря, особливо на текстильних підприємствах, якісна груба фільтрація, щоб відфільтрувати велику кількість коротких волокон у повітрі. Зниження температури на вході повітряного компресора для підвищення ефективності. Тиск мастила на вібрацію ротора центрифуги має великий вплив, тому вибір мастила, що містить піногасники та стабілізатори окислення, має бути зваженим на якість охолоджувальної води, розумне скидання охолоджувальної води та планове поповнення води. Точки скидання конденсату повітряного компресора, сушарки, резервуара для зберігання та трубопровідної мережі слід регулярно скидати. Щоб запобігти хрипам, спричиненим швидкими змінами потреби в повітрі тощо, звертайте увагу на регулювання пропорційної смуги та інтегрального часу, встановленого агрегатом, і намагайтеся уникати різкого зниження споживання повітря. Оберіть триступеневі центрифуги з чудовим енергозберігаючим ефектом та спробуйте використовувати двигуни високого тиску, щоб зменшити втрати в лінії та підтримувати низьке підвищення температури станції підвищення тиску повітря.
Гвинтовий повітряний компресор широко використовується, нижче зосереджено увагу на порівняльному підсумку режимів керування гвинтовим повітряним компресором: проаналізувавши поточні проблеми завантаження/розвантаження повітряного компресора та регулювання постійного тиску, можна зробити висновок: якщо покладатися на механічні засоби регулювання впускного клапана, подача повітря не може бути швидко та безперервно регульована. Коли кількість газу постійно змінюється, тиск подачі неминуче сильно коливається. Чисто частотне регулювання використовується для узгодження коливань споживання повітря на заводі шляхом додавання перетворювача частоти для регулювання виробництва повітря повітряним компресором. Недоліком є те, що система підходить для ситуацій, коли коливання споживання повітря на заводі невеликі (коливання становлять 40%~70% від обсягу виробництва повітря однією машиною, і ефект енергозбереження є найбільш значним).
2 Експертна система керування групою повітряних компресорів
Експертна система керування групою повітряних компресорів стала новою технологією керування групою повітряних компресорів та енергозбереження. Система керування відповідно до змін потреб у тиску, Admiral контролює запуск та зупинку різних повітряних компресорів, завантаження та розвантаження тощо, щоб система завжди мала правильну кількість та потужність компресорів у роботі.
Система домашнього керування за допомогою перетворювача частоти змінює швидкість одного повітряного компресора в заводській системі газопостачання низького тиску, контролюючи час виробництва газу повітряним компресором, узгоджуючи його з заводською системою газопостачання низького тиску з невеликими коливаннями кількості газу. Зазвичай, щоб вибрати перетворювач частоти повітряного компресора, потрібна професійна система для проведення комплексних випробувань та розрахунків. Завдяки вищезазначеному аналізу та порівнянню можна виявити: багато наших систем стисненого повітря потребують значного покращення енергоефективності. Перетворення частоти компресора може досягти енергозберігаючого ефекту лише в поєднанні з роботою власної системи стисненого повітря підприємства, яку необхідно повністю протестувати та оцінити фахівцями перед використанням. Експертна система керування групою повітряних компресорів особливо підходить для кількох повітряних компресорів, що працюють одночасно, а реалізація ступінчастої конфігурації комбінування може добре задовольнити потреби підприємств.
3. Удосконалення процесу сушіння стисненим повітрям
Наразі найпоширенішим обладнанням для сушіння та обробки стисненого повітря на підприємствах є охолоджувальний тип, тип без регенерації тепла та композитний тип з мікрорегенерацією тепла, основне порівняння продуктивності наведено в таблиці нижче.
Енергозберігаюча трансформація лінії захисту повинна відповідати таким принципам: якщо початкова система очищення повітря має занадто високий рівень чистоти, її слід перейти на нижчий рівень відповідності. Покращити процес сушіння, зменшити втрати тиску в ланці обробки сушіння (втрати тиску на сушарці деяких систем до 0,05 ~ 0,1 МПа), зменшити споживання енергії.
Транспортування стисненого повітря
1. Трубопровідна система трубопроводів Яцзян не повинна перевищувати 1,5% від робочого тиску. Наразі багато пневматичних станцій тиску повітря не мають первинних та вторинних трубопроводів, мають занадто багато непотрібних колін та вигинів, часті пульсації тиску та значні втрати тиску. Деякі пневматичні трубопроводи закопані в траншеї та не можуть бути контрольовані на витік. Щоб забезпечити необхідний тиск системи в будь-якому випадку, персонал з управління експлуатацією збільшує робочий тиск усієї системи на 0,1~0,2 МПа, створюючи штучні втрати тиску. На кожні 0,1 МПа збільшення тиску вихлопу повітряного компресора споживання енергії повітряним компресором збільшується на 7%~10%. Водночас збільшення тиску в системі збільшує витік повітря. Заходи енергозберігаючої реконструкції: замінити трубопровід з відгалуженням на петльовий, впровадити розділення подачі повітря високого та низького тиску та встановити прецизійний переливний блок високого та низького тиску; замінити трубопровід з великим місцевим опором під час енергозберігаючої реконструкції, зменшити опір трубопроводу та очистити внутрішню стінку труби шляхом кислотного промивання, видалення іржі тощо, щоб забезпечити гладкість стінки труби.
2 Витік, виявлення витоків та закупорювання
Більшість заводських витоків є серйозними, обсяг витоків сягає 20%~35%, що в основному відбувається в клапанах, з'єднаннях, триплетах, електромагнітних клапанах, різьбових з'єднаннях та передній кришці циліндра кожного газоспоживаючого обладнання; деяке обладнання працює під надлишковим тиском, автоматично розвантажується та часто випускає газ. Пошкодження, спричинені витоками, майже неймовірні. Наприклад, на автомобільній станції точкового зварювання зварювальний шлак у газовій трубі, спричинений невеликим отвором діаметром 1 мм, призводить до річних втрат електроенергії до 355 кВт·год, що майже еквівалентно річному споживанню електроенергії двох трьох осіб у домогосподарстві. Заходи енергозбереження: Встановлення системи керування вимірюванням витрати газопроводу головної генеруючої майстерні для визначення граничного використання технологічного газу. Регулювання споживання технологічного газу, мінімізація кількості клапанів та з'єднань, зменшення точок витоків. Посилення управління та використання професійних інструментів для регулярних перевірок. Коротше кажучи, підприємства можуть використовувати деяке професійне випробувальне обладнання, таке як інтелектуальний детектор витоку газу з паралельним доступом, пістолет для сканування точок витоку тощо, щоб вжити заходів для запобігання роботі, ризику, протікання та витоку системи стисненого повітря, відповідно виконувати технічне обслуговування та замінювати компоненти.
Використання стисненого повітря
Пневматичні гармати широко використовуються у виробничих процесах оздоблення, механічній обробці та інших технологічних об'єктах, а їх споживання повітря сягає 50% від загального обсягу подачі повітря в деяких промислових зонах. У процесі використання виникають такі явища, як занадто довгий трубопровід подачі повітря, занадто високий тиск подачі, використання прямої мідної труби як сопла та несанкціоноване підвищення робочого тиску працівниками, що призводить до величезних втрат повітря.
Необґрунтоване явище використання газу в пневматичному обладнанні також є більш помітним, наприклад, визначення того, чи застрягла заготовка в місці виявлення зворотного тиску газу, подача газу вакуумного генератора тощо. Це явище безперебійної подачі газу, коли він не працює. Ці проблеми особливо існують у хімічних резервуарах та інших газах, що використовуються для змішування, а також у виробництві шин, наприклад, стереотипне накачування. Заходи енергозбереження: використання нових енергозберігаючих пристроїв з пневматичними форсунками та імпульсних пневматичних пістолетів. Використання спеціалізованого пневматичного обладнання в певних галузях промисловості, таких як алюмінієва промисловість, для сприяння використанню спеціальних повітряних клапанів у циліндрах обстрілу.
Рекуперація відпрацьованого тепла повітряного компресора
Згідно з оцінкою всього життєвого циклу, 80%~90% електроенергії, споживаної повітряними компресорами, перетворюється на тепло та розсіюється. Розподіл споживання електроенергії повітряним компресором показано на рисунку нижче, без урахування тепла, що випромінюється в навколишнє середовище та накопичується в самому стисненому повітрі, решта 94% енергії може бути використана у вигляді рекуперації відпрацьованого тепла.
Рекуперація відпрацьованого тепла здійснюється за допомогою теплообмінника та інших відповідних засобів рекуперації тепла процесів стиснення повітря, що використовується для нагрівання повітря або води, типово використовується для допоміжного нагріву, технологічного нагріву та попереднього нагріву води в котлі. За допомогою розумних удосконалень можна рекуперувати та використовувати від 50% до 90% теплової енергії. Встановлення пристроїв рекуперації тепла може ефективно контролювати робочу температуру повітряного компресора до оптимальної робочої температури, покращуючи робочі умови мастила, а об'єм вихлопних газів повітряного компресора збільшується на 2%~6%. Для повітряного компресора з повітряним охолодженням можна зупинити вентилятор охолодження самого повітряного компресора та використовувати циркуляційний водяний насос для рекуперації тепла; водяний повітряний компресор можна використовувати для нагрівання холодної води або опалення приміщень, а коефіцієнт рекуперації становить 50%~60%. Рекуперація відпрацьованого тепла майже не споживає енергії порівняно з електричним опалювальним обладнанням; порівняно з газовим обладнанням, викиди нульові, що є чистим та екологічно безпечним способом енергозбереження. На основі теорії аналізу втрат енергії в системі стисненого повітря аналізуються та узагальнюються існуючі явища нераціонального використання газу та заходи енергозбереження на підприємстві. У процесі енергозберігаючої трансформації підприємства, першими для різних систем проводяться детальні випробування та оцінка, на основі яких застосування відповідних оптимізаційних заходів для досягнення цілей енергозбереження може підвищити ефективність роботи всієї системи стисненого повітря.
Час публікації: 02 березня 2024 р.