【壓縮機(jī)網(wǎng)】壓縮空氣技術(shù)走向高效時(shí)代

　　——2019壓縮空氣技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)報(bào)告

　　壓縮空氣是除電力之外，在工業(yè)和商貿(mào)領(lǐng)域中使用最廣泛的能源。它的廣泛應(yīng)用是源于其易于操作、速度快、功率密度高、安全且具有很好的兼容性等特點(diǎn)，但它較高的成本也不容忽視……

　　壓縮空氣是除電力之外，在工業(yè)和商貿(mào)領(lǐng)域中使用最廣泛的能源。它的廣泛應(yīng)用是源于其易于操作、速度快、功率密度高、安全且具有很好的兼容性等特點(diǎn)，但它較高的成本也不容忽視。因此，了解并最大程度地利用好所有的節(jié)約潛力十分重要。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)最快捷有效的辦法就是解決泄露的問(wèn)題。毫無(wú)泄露的密封對(duì)于壓縮空氣用戶一般是做不到的，約有30%的壓縮空氣都是無(wú)意地逃逸到環(huán)境中去的。

　　無(wú)論是空壓機(jī)站的設(shè)備還是控制軟件的更新升級(jí)，Boge公司都會(huì)從壓縮空氣系統(tǒng)的審核檢驗(yàn)開(kāi)始，了解空壓機(jī)站的當(dāng)前實(shí)際狀況，并在用戶現(xiàn)場(chǎng)安裝箱式測(cè)量?jī)x，以及用兩周的時(shí)間采集、記錄用戶空壓機(jī)站的壓縮空氣使用和控制狀況的數(shù)據(jù)，最終專家根據(jù)采集的數(shù)據(jù)估算出優(yōu)化的潛力大小。優(yōu)化的重點(diǎn)是余熱利用、使用更高級(jí)別的控制系統(tǒng)、調(diào)節(jié)各臺(tái)空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速（變頻）和利用更加高效的壓縮空氣制備。

 

　　壓縮空氣的分配網(wǎng)絡(luò)

　　合理的壓縮空氣分配網(wǎng)絡(luò)對(duì)于提高壓縮空氣利用的經(jīng)濟(jì)性是至關(guān)重要的。德國(guó)機(jī)械制造業(yè)協(xié)會(huì)VDMA于2018年夏季起草了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)15391-1“壓縮空氣分配—經(jīng)濟(jì)和安全規(guī)劃—第1部分：規(guī)劃設(shè)計(jì)和新安裝設(shè)備”，該部分共計(jì)86頁(yè)，為廣大壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供了內(nèi)容豐富的輔助設(shè)計(jì)工具。

　　通過(guò)本文介紹的實(shí)例，用戶可以清楚地了解壓縮空氣分配網(wǎng)絡(luò)的重要性。Bode Chemie公司通過(guò)空壓機(jī)站的技術(shù)改造每年能減少30多萬(wàn)kW的電力消耗和160t左右的CO2排放量。例如將某公司原來(lái)分布在2座廠房建筑中（安裝使用了共計(jì)3臺(tái)空壓機(jī)）的分散式壓縮空氣供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)也被全部重新改造。新建的壓縮空氣系統(tǒng)的核心是將所有的空壓機(jī)都放置在一個(gè)房間里進(jìn)行控制管理，并使用Atlas公司研發(fā)生產(chǎn)的可調(diào)轉(zhuǎn)速的、噴油潤(rùn)滑的GA 45 VSD型螺桿式空氣壓縮機(jī)。原來(lái)的3臺(tái)空壓機(jī)也移到新的空壓機(jī)站，并納入到新的壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)中，因此整個(gè)壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)有著很高的峰值緩沖性能和所需的冗余儲(chǔ)備。所采用的技術(shù)改造措施也將工作壓力從原來(lái)的0.95MPa降低到了0.7MPa。壓縮和發(fā)熱是緊密相關(guān)的，正如這次技術(shù)改造再次證實(shí)的那樣，由altAIRnetive 公司研發(fā)的“壓縮空氣+熱電廠”技術(shù)原理是利用燃燒天然氣的內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)的工作動(dòng)力 ，這一做法的機(jī)械功率為26～300kW，始流溫度為108℃，其有效地將空氣壓縮和生產(chǎn)熱能結(jié)合到了一起。其優(yōu)點(diǎn)是幾乎沒(méi)有效率損失，因?yàn)閴嚎s空氣時(shí)產(chǎn)生的熱量幾乎全部被利用于生產(chǎn)過(guò)程，而不是像傳統(tǒng)的空壓機(jī)那樣釋放到環(huán)境大氣中?？諝鈮嚎s時(shí)產(chǎn)生的熱與內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的熱相結(jié)合產(chǎn)生的熱效率與現(xiàn)代化加熱系統(tǒng)相當(dāng)，據(jù)供應(yīng)商介紹說(shuō)如今幾乎是“零損耗”地使用壓縮空氣了，整套設(shè)備的投資回收期平均不到兩年半。

 

　　壓縮空氣的綠色電力

　　此外，“壓縮空氣+蓄能發(fā)電廠”（簡(jiǎn)稱為CAES）的技術(shù)模式也十分重要。盡管我們對(duì)壓縮空氣+蓄能發(fā)電的理解還不夠深刻全面，但這一技術(shù)能夠長(zhǎng)期和經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)存綠色電力。Atlas公司介紹說(shuō)其工作原理相當(dāng)于抽水蓄能發(fā)電廠，在電力供應(yīng)過(guò)剩時(shí)，空壓機(jī)將空氣壓縮成很高壓縮比的壓縮空氣。在1～20MPa之間，根據(jù)這一系統(tǒng)的不同類型，可以達(dá)到不同的壓力。同時(shí)，這種方式壓縮的空氣暫時(shí)存放在合適的容器中。

　　在使用這些壓縮空氣時(shí)，利用儲(chǔ)存的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)組（渦輪機(jī)加發(fā)電機(jī)）減壓，產(chǎn)生的電力可以饋送到電網(wǎng)中去。為了能夠在實(shí)踐中直接應(yīng)用這種新技術(shù)，Atlas公司與Schleswig-Holstein地區(qū)的社區(qū)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)進(jìn)行了合作，總結(jié)出了A-CAES（絕熱式）壓縮空氣蓄能發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。得出的結(jié)論是與其它電力儲(chǔ)存系統(tǒng)相比，這一系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)。此外，A-CAES還具有理論上無(wú)限次循環(huán)利用的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的電力儲(chǔ)存方式會(huì)出現(xiàn)蓄電池和氫燃料電池老化的問(wèn)題，并因其老化而失去儲(chǔ)存電力的能力，從而降低了儲(chǔ)存電力的性能，但A-CAES系統(tǒng)的使用壽命僅受機(jī)械零部件和很小的縮水因素的影響。

 

　　發(fā)散式的空壓網(wǎng)絡(luò)

　　Boge公司還提供全新的檢測(cè)分析服務(wù)，并將這種檢測(cè)分析服務(wù)作為公司持續(xù)改進(jìn)計(jì)劃中（簡(jiǎn)稱CIP）的一個(gè)部分。這么做是為了使聯(lián)網(wǎng)的空氣壓縮機(jī)連續(xù)不斷地提供傳感器檢測(cè)到的空壓機(jī)工作狀況數(shù)據(jù)，然后氣動(dòng)技術(shù)軟件可以對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)判。例如當(dāng)空壓機(jī)動(dòng)力裝置出現(xiàn)異常時(shí)，用戶的移動(dòng)終端設(shè)備就會(huì)收到提示消息。這一軟件系統(tǒng)還能夠提供空壓機(jī)工作運(yùn)行情況的預(yù)報(bào)，即空壓機(jī)可能出現(xiàn)的磨損警報(bào)。

　　CIP不斷地驗(yàn)證空壓機(jī)的機(jī)械性能，并向生產(chǎn)廠家提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。生產(chǎn)廠家對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而找出改進(jìn)優(yōu)化的潛力，例如找出進(jìn)一步降低能耗的措施。Boge公司在CIP的框架內(nèi)，為用戶提供了免費(fèi)的空壓機(jī)硬件和軟件升級(jí)服務(wù)。Aerzen公司最新推出了AERaudit污水處理廠能效分析的技術(shù)服務(wù)。污水凈化處理廠總的能源需求中有80%用于生物曝氣，因?yàn)槟抢镉兄哪芎芨叩?a href="http://teamkylake.com" target="_blank" class="keylink">鼓風(fēng)機(jī)站。如今，用戶利用一臺(tái)移動(dòng)式的測(cè)量裝備就可以實(shí)時(shí)地采集到通風(fēng)曝氣的能源消耗數(shù)據(jù)。這臺(tái)儀器能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)到流量、系統(tǒng)壓力、溫度和功耗等數(shù)據(jù)，并根據(jù)污水凈化設(shè)備的負(fù)載情況記錄下來(lái)。在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，Aerzen公司會(huì)為用戶提供更加高效的節(jié)能方案。

　　按照ISO 8573.1標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，Aerzen公司使用3位數(shù)字表示壓縮空氣的質(zhì)量，第1個(gè)數(shù)字表示壓縮空氣中的顆粒濃度，第2個(gè)數(shù)字表示其中的水分，第3個(gè)數(shù)字表示壓縮空氣中的殘余油蒸汽含量。針對(duì)殘余油蒸汽的檢測(cè)，Beko公司正在擴(kuò)大其測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中的產(chǎn)品范圍。與以前的檢測(cè)儀器相比，新的Metpoint OCV compact 檢測(cè)儀有著更短的檢測(cè)周期和模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此，新儀器具有裝置緊湊、安裝使用方便和性能更加強(qiáng)大的特點(diǎn)，同時(shí)也有著更高的壓縮空氣殘余油蒸汽檢測(cè)精度。

　　有些生產(chǎn)過(guò)程中，例如ACU Pharma und Chemie公司要求壓縮空氣中不能有殘余油蒸汽，其使用的是特殊的噴射磨機(jī)，它需要非常干凈和干燥的壓縮空氣來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳的微粉化工藝。該公司過(guò)去使用的是3臺(tái)潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的螺桿式空氣壓縮機(jī)，采用的是復(fù)雜的集中控制與分散控制相結(jié)合的壓縮空氣無(wú)油處理系統(tǒng)，其中包括了吸附殘余油蒸汽的活性炭吸附器。在擴(kuò)建空壓機(jī)站時(shí)，企業(yè)對(duì)所有的空壓機(jī)進(jìn)行更新?lián)Q代，其目的是為了經(jīng)濟(jì)、靈活并高可靠性地生產(chǎn)無(wú)油和干燥的壓縮空氣。經(jīng)過(guò)慎重考慮最終選擇了Gardner Denver公司研發(fā)生產(chǎn)的4臺(tái)DH型無(wú)油空壓機(jī)，其中包括了壓縮空氣處理系統(tǒng)。DH系列空壓機(jī)采用的全新空氣壓縮技術(shù)值得信任。其空壓機(jī)缸體所需的潤(rùn)滑、密封和冷卻都是用水來(lái)完成的。這不僅實(shí)現(xiàn)了清潔、無(wú)油的壓縮過(guò)程，而且還能夠高效地生產(chǎn)壓縮空氣。

 

　　低損耗的設(shè)計(jì)原理

　　空壓機(jī)站通常都是按照模塊化原理設(shè)計(jì)的，其利用IE3和IE4級(jí)的節(jié)能電機(jī)保障基本的壓縮空氣供氣，在用氣高峰時(shí)，則可以靈活地使用峰值負(fù)載空壓機(jī)來(lái)滿足增加了的壓縮空氣需求。未來(lái)，在部分負(fù)載工況下會(huì)用高效率的空壓機(jī)來(lái)保證供氣。Kaeser公司研發(fā)生產(chǎn)的ASD系列轉(zhuǎn)速可調(diào)的螺桿式空壓機(jī)提供了很高的性能和工作可靠性，容積流量為3.15～5.5m3/min，擁有能源消耗很低、占地面積小的特點(diǎn)。該系列空壓機(jī)使用的是西門子公司研發(fā)生產(chǎn)的同步磁阻電動(dòng)機(jī)，在部分負(fù)載工況時(shí)，這種電動(dòng)機(jī)比感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率提高了10%。節(jié)能型的變頻電動(dòng)機(jī)還能驅(qū)動(dòng)Renner公司研發(fā)生產(chǎn)的RSF 87D型螺桿式空壓機(jī)，這種空壓機(jī)的核心部件是壓縮模塊，它能與模塊化設(shè)計(jì)的其他空壓機(jī)部件最佳地匹配在一起。因此，整臺(tái)空壓機(jī)就可以準(zhǔn)確地按照用戶對(duì)壓縮空氣的要求來(lái)設(shè)計(jì)制造。

　　最后，需注意，在購(gòu)買空壓機(jī)時(shí)僅看中采購(gòu)成本，就背離了最有利的解決方案，各個(gè)高效的組成部分之和也并不一定能夠得到合理的整體效益。