一、壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的背景與意義
【壓縮機(jī)網(wǎng)】1.低碳零碳大背景
當(dāng)前，全球生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，氣候變暖、重大地質(zhì)事件頻頻爆發(fā)；碳排放量持續(xù)增長，導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)、溫室效應(yīng)，原有生產(chǎn)結(jié)構(gòu)遭遇全球性挑戰(zhàn)。而能源短缺、分布不平衡，促使以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)需加快轉(zhuǎn)型。
基于大國責(zé)任擔(dān)當(dāng)，我國印發(fā)了《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》，提出碳達(dá)峰、碳中和“雙碳”目標(biāo)。黨的十八大以來，我國加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)從高碳向低碳轉(zhuǎn)變，深入推進(jìn)能源變革。
工業(yè)領(lǐng)域的能源消費(fèi)量占全國總體消費(fèi)量65%左右，是節(jié)能降碳的主要領(lǐng)域之一，也是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要領(lǐng)域。其中，壓縮空氣作為僅次于電力的第二大動(dòng)力能源，也是具有多種用途的工藝氣源，具有輸送儲(chǔ)存方便、來源豐富、透明無污染等特點(diǎn)，是工業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的重要組成部分。故壓縮空氣是實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)節(jié)能的研究熱點(diǎn)之一。
2.壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能改造
壓縮空氣系統(tǒng)通常包含空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐、過濾器、干燥器等重要部件。針對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能改造，可以是壓縮機(jī)主機(jī)，也可以是控制系統(tǒng)以及干燥工藝，還可以是過濾器、輸送和使用環(huán)節(jié)等。
本文主要探討三個(gè)方面的節(jié)能技術(shù)：一是空壓機(jī)的吸氣預(yù)處理，二是空壓機(jī)的冷卻和熱回收，三是壓縮空氣的后處理。
二、空壓機(jī)吸氣預(yù)處理
1.空壓機(jī)吸氣預(yù)處理的核心思路
空壓機(jī)吸氣預(yù)處理主要針對(duì)夏季高溫、高濕環(huán)境。環(huán)境吸氣溫度高了必然造成能耗增加、效率降低、排氣溫度升高等一系列影響?？諌簷C(jī)吸氣溫度過高還會(huì)導(dǎo)致故障頻發(fā)。另外，現(xiàn)在高用電能耗與緊張的電力資源、昂貴的用電成本之間的矛盾十分嚴(yán)重。而研究表明，空壓機(jī)的吸氣溫度對(duì)能耗有顯著影響，每降低1℃，能耗可降低0.65%。因此，尤其在夏季高溫地區(qū)，研究空壓機(jī)吸氣預(yù)處理對(duì)于節(jié)能具有重要意義。
所謂的吸氣預(yù)處理就是降溫減濕，那到底要不要去減濕？降溫降到什么程度？我們做一些理論分析。假設(shè)環(huán)境空氣壓力為100kPa，溫度為38℃，含濕量為21.75g/kg，等熵效率為0.72，制冷設(shè)備COP為3.4。
由上圖可見，隨著吸氣溫度從38℃降低至18℃，含濕量從21.75g/kg降低至17.75g/kg時(shí)，比功率從6.98kW/(m3·min-1)降低至6.27kW/(m3·min-1)。
從壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度和濕度對(duì)能耗的影響角度看，溫度對(duì)比功率的影響大于含濕量，吸氣預(yù)處理以降溫為主要目的，除濕代價(jià)太大。因?yàn)榉艧崞鞯谋砻鏈囟鹊陀诠╇姕囟纫院?，一旦出現(xiàn)水分凝結(jié)造成的潛熱量非常大，也就說給制冷的等負(fù)荷要增加很多。所以吸氣預(yù)處理的核心思路是主降溫不控濕，降低濕度的收益非常薄弱，這與常規(guī)空調(diào)產(chǎn)品直接拿來用有區(qū)別。空調(diào)可調(diào)節(jié)溫度相對(duì)低一點(diǎn)，這意味著冷源溫度要高一些。比如研究表明，利用空調(diào)降溫，環(huán)境溫度從35℃降到28、29℃很容易，但是不建議降到26℃以下。
2.傳統(tǒng)冷源供應(yīng)的吸氣預(yù)處理不足
目前空壓機(jī)吸氣預(yù)處理研究不足之處：
?。?）傳統(tǒng)冷源供應(yīng)方式能耗高、成本高，控制精度低；
?。?）預(yù)處理設(shè)備能耗地域差異性大，控制目標(biāo)不明確；
?。?）缺乏吸氣預(yù)處理設(shè)備設(shè)計(jì)或選型的理論支撐；
?。?）評(píng)價(jià)指標(biāo)或評(píng)價(jià)方法不完善，尚未產(chǎn)品化。
3.不同冷源供應(yīng)的吸氣預(yù)處理方案對(duì)比
3.1節(jié)能性分析
蒸汽壓縮制冷吸氣預(yù)處理方案可直接采用市面上的空調(diào)機(jī)組作為吸氣預(yù)處理設(shè)備。由于空調(diào)機(jī)組制冷能力有限，因此僅適用于冷負(fù)荷需求較小的場(chǎng)合。
相比于市面上的空調(diào)機(jī)組，冷水機(jī)組能夠提供更大的冷量和更高的制冷效率，同時(shí)運(yùn)行效果更穩(wěn)定可靠，但同時(shí)增加了循環(huán)水管路，因此增加了系統(tǒng)的管理和維護(hù)難度，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。
該方案可通過調(diào)節(jié)進(jìn)入氣水換熱器的流量及溫度控制吸氣溫度，通過閉式冷卻塔對(duì)循環(huán)水預(yù)冷，降低了吸氣預(yù)處理設(shè)備的額外能耗，但冷卻塔的制冷效果受環(huán)境空氣參數(shù)影響。增加閉式冷卻塔和循環(huán)水管路等設(shè)備會(huì)增加設(shè)備的成本和復(fù)雜程度。
選取氣候條件差異比較大的南京和烏魯木齊進(jìn)行對(duì)比。進(jìn)行吸氣預(yù)處理后，壓縮空氣比功率明顯降低，在南京氣候下最大幅度達(dá)到2.32%，在烏魯木齊氣候下最大幅度達(dá)到2.58%。由此可以發(fā)現(xiàn)，不同方案差異較小，干燥地區(qū)采用蒸發(fā)冷卻的優(yōu)勢(shì)較為明顯。
3.2經(jīng)濟(jì)性分析
在南京和烏魯木齊氣候下，方案三投資回收期均為最短，分別為23.1個(gè)月和15.3個(gè)月，采用冷卻塔預(yù)冷后可以有效提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。
由此可見，如果一年365天用氣，投資回收期會(huì)很短；如果只在夏天用，那么單獨(dú)配置一個(gè)冷源，由于使用率低會(huì)導(dǎo)致投資回收期比較長。方案三組合式吸氣預(yù)處理方案在小氣量的時(shí)候，特別是60、80立方以下不太適合，方案一蒸汽壓縮制冷吸氣預(yù)處理方案更可行。組合式方案特別適用于大氣量空壓站，效率更高。整體來看，它的投資回收期一般不會(huì)低于10個(gè)月。
由此，后來產(chǎn)生的一種思路就是不單獨(dú)配置冷源。很多廠房可能有空調(diào)，可以把空調(diào)用冷源引過來用，但是這也存在應(yīng)用的極限性。于是又產(chǎn)生了新的思路：給冷干機(jī)多加一個(gè)蒸發(fā)器，相當(dāng)于給空壓機(jī)組配了一個(gè)小的空調(diào)，只不過空氣進(jìn)入壓縮機(jī)之前先經(jīng)過蒸發(fā)器，把空氣空氣冷卻一下。
第一蒸發(fā)器為翅管式結(jié)構(gòu)，當(dāng)表面溫度低于空氣露點(diǎn)溫度時(shí)，析出冷凝水并在蒸發(fā)器表面形成水膜不利于換熱。由析濕系數(shù)可算得壓縮空氣經(jīng)過吸氣預(yù)處理之后的水蒸氣凝結(jié)量，根據(jù)分析確定吸氣溫度。
空氣壓縮過程實(shí)際能耗：
析濕系數(shù)：
第一蒸發(fā)器熱負(fù)荷：
4.1評(píng)價(jià)方法
設(shè)定環(huán)境溫度在30℃以上開啟吸氣預(yù)處理系統(tǒng)；空壓機(jī)吸氣量在45～55m3/min，排氣壓力0.8MPa；冷卻至26℃進(jìn)入壓縮機(jī)；蒸發(fā)溫度隨吸氣溫度變化，空氣-制冷劑溫差取10℃。
?。?）性能評(píng)價(jià)指標(biāo)——比功率
空壓機(jī)比功率：
?。?）節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)——節(jié)能百分比（PPS）
節(jié)省的壓縮功率：
吸氣預(yù)處理額外能耗：
節(jié)能百分比：
系統(tǒng)節(jié)省的電量及電費(fèi)：
按照上述參數(shù)估算，環(huán)境溫度高于30℃開始運(yùn)行，控制在26℃，系統(tǒng)一年節(jié)約電量5747.85度，節(jié)約電費(fèi)4598.28元，很快就能把投資回收回來。下一步就是怎樣落實(shí)到產(chǎn)品上做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等等。
三、空壓機(jī)冷卻/熱回收
1.空壓機(jī)壓縮過程噴液冷卻
空壓機(jī)主機(jī)節(jié)能的一個(gè)重要途徑就是壓縮過程噴液冷卻，噴液有三個(gè)目的：冷卻、密封、降噪。其實(shí)密封的核心就是能效提升，冷卻就是改善溫度控制。噴油機(jī)就是工作過程噴油，無油機(jī)可以考慮噴水。
不同廠家的噴液設(shè)置方法有多種多樣，本文列出3種。第一種是從吸氣腔中噴液，第二種是從兩個(gè)轉(zhuǎn)子腔開多個(gè)孔噴，還有一種是在轉(zhuǎn)子交線處噴液
目前，市面上的噴液方式多種多樣，但是噴液位置對(duì)最終效果的影響，目前還沒有很細(xì)致的實(shí)驗(yàn)對(duì)比。
從理論角度分析，轉(zhuǎn)速越高，噴液和氣的冷卻時(shí)間越短，那就要對(duì)氣體的霧化提升，這又導(dǎo)致密封變差。所以針對(duì)多個(gè)孔的，就要進(jìn)行功能區(qū)分，比如大孔主密封，小孔主霧化。區(qū)分控制，效果會(huì)好一些。
2.空壓機(jī)熱回收
空壓機(jī)熱回收主要涉及油熱和氣體熱兩方面。我們?cè)M(jìn)行封閉式試驗(yàn)，嘗試直接蒸發(fā)回收熱量，類似于加熱水散蒸方式。但我們的核心設(shè)計(jì)是采用換熱器直接蒸發(fā)回收熱量。此外，筆者還設(shè)計(jì)了一種以水為工作介質(zhì)的半開式系統(tǒng)，具有接觸式傳熱特性，可實(shí)現(xiàn)零排放。在這個(gè)系統(tǒng)中，一級(jí)壓縮后的氣體和部分熱量進(jìn)入二級(jí)壓縮機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步壓縮和供能。同時(shí)，該系統(tǒng)不僅可以控制蒸汽的產(chǎn)生，還可以直接產(chǎn)生熱水。
從綠色工業(yè)生產(chǎn)的角度來看，我們行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一是油污排放和污水處理問題。針對(duì)這些問題，一些熱量可以用于空氣的蒸濕除濕過程，這被稱為HDH。與傳統(tǒng)的放熱器相比，HDH對(duì)放熱器的腐蝕要求較低，因?yàn)樗饕每諝饧訜醽碚舭l(fā)污水中的水分。
在這個(gè)過程中，水分從污水中蒸發(fā)到空氣中，使空氣的濕度增加。隨后，通過冷卻方法，這些水分可以在較低的溫度下凝結(jié)下來，從而實(shí)現(xiàn)污水處理的目的。這種方法不僅有助于減少油污排放，還可以提高空氣質(zhì)量，是一種綠色、高效的解決方案。
四、壓縮空氣后處理
后處理其實(shí)包括兩個(gè)方面，一個(gè)是過濾，還有一個(gè)是干燥。過濾器除油，干燥器除水。現(xiàn)在干燥機(jī)廠商很多，有吸附式、冷凍式，還有組合式的，其核心就是：滿足壓力露點(diǎn)要求的前提下，降低能耗、減小壓損；減少設(shè)備投資成本以及維護(hù)成本。
現(xiàn)在空壓機(jī)變頻了，干燥機(jī)很多也是變頻的，所以整個(gè)空氣系統(tǒng)都是變頻的。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，我們的產(chǎn)品本身是節(jié)能的，但是用戶沒有合理的利用，這就可能導(dǎo)致不節(jié)能。所以科學(xué)的綜合控制很重要。另外，降低冷干機(jī)里發(fā)熱器的壓力損失也是一個(gè)核心問題。
對(duì)于吸附式干燥機(jī)，吸附劑的選擇至關(guān)重要。在空調(diào)系統(tǒng)中，也常用到吸附干燥轉(zhuǎn)輪。然而，吸附劑通常以霧狀存在，其性能和質(zhì)量可能因生產(chǎn)批次和工藝的不同而有所差異。為了準(zhǔn)確標(biāo)定和測(cè)量吸附劑的性能，我們需要采用科學(xué)的方法和技術(shù)。
隨著科技的進(jìn)步，我們還需要根據(jù)對(duì)壓力分辨率的具體要求，合理選擇和設(shè)置新技術(shù)。在吸附式干燥機(jī)的再生方法研究和干燥器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，也有許多工作需要做。
此外，組合式干燥器是另一種值得關(guān)注的技術(shù)。它結(jié)合了冷干燥和吸附干燥的優(yōu)點(diǎn)，核心問題在于熱回收的基本理論和應(yīng)用。筆者最近在浙江的一家企業(yè)，就參與了一個(gè)組合式干燥器的項(xiàng)目，用于橋梁空氣的干燥和防腐。
在壓縮機(jī)行業(yè)中，目前主要采用的是靜態(tài)系統(tǒng)措施。相比之下，轉(zhuǎn)輪作為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)措施，雖然具有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但也面臨著密封等挑戰(zhàn)。因此，我們正在嘗試將轉(zhuǎn)輪技術(shù)應(yīng)用于低壓鼓風(fēng)領(lǐng)域，探索如何有效地結(jié)合冷熱和轉(zhuǎn)輪技術(shù)。我們的團(tuán)隊(duì)目前正在進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，并計(jì)劃進(jìn)行調(diào)試。
同時(shí)，筆者也在思考如何將在其他行業(yè)接觸到的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)與壓縮機(jī)行業(yè)相結(jié)合。由于轉(zhuǎn)輪具有模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，我們可以單獨(dú)更換轉(zhuǎn)輪部分，這能大大提高使用的便利性。相信通過不斷的探索和創(chuàng)新，我們可以為壓縮機(jī)行業(yè)帶來更多的技術(shù)進(jìn)步和解決方案。
作者簡介
沈九兵，江蘇鎮(zhèn)江人，畢業(yè)于西安交通大學(xué)，現(xiàn)就職于江蘇科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院人工環(huán)境系，主要從事壓縮機(jī)方向研究。
一、壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的背景與意義
【壓縮機(jī)網(wǎng)】1.低碳零碳大背景
當(dāng)前，全球生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重，氣候變暖、重大地質(zhì)事件頻頻爆發(fā)；碳排放量持續(xù)增長，導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)、溫室效應(yīng)，原有生產(chǎn)結(jié)構(gòu)遭遇全球性挑戰(zhàn)。而能源短缺、分布不平衡，促使以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)需加快轉(zhuǎn)型。
基于大國責(zé)任擔(dān)當(dāng)，我國印發(fā)了《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》，提出碳達(dá)峰、碳中和“雙碳”目標(biāo)。黨的十八大以來，我國加快構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，加快能源結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)從高碳向低碳轉(zhuǎn)變，深入推進(jìn)能源變革。
工業(yè)領(lǐng)域的能源消費(fèi)量占全國總體消費(fèi)量65%左右，是節(jié)能降碳的主要領(lǐng)域之一，也是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要領(lǐng)域。其中，壓縮空氣作為僅次于電力的第二大動(dòng)力能源，也是具有多種用途的工藝氣源，具有輸送儲(chǔ)存方便、來源豐富、透明無污染等特點(diǎn)，是工業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的重要組成部分。故壓縮空氣是實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)節(jié)能的研究熱點(diǎn)之一。
2.壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能改造
壓縮空氣系統(tǒng)通常包含空壓機(jī)、儲(chǔ)氣罐、過濾器、干燥器等重要部件。針對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能改造，可以是壓縮機(jī)主機(jī)，也可以是控制系統(tǒng)以及干燥工藝，還可以是過濾器、輸送和使用環(huán)節(jié)等。
本文主要探討三個(gè)方面的節(jié)能技術(shù)：一是空壓機(jī)的吸氣預(yù)處理，二是空壓機(jī)的冷卻和熱回收，三是壓縮空氣的后處理。
二、空壓機(jī)吸氣預(yù)處理
1.空壓機(jī)吸氣預(yù)處理的核心思路
空壓機(jī)吸氣預(yù)處理主要針對(duì)夏季高溫、高濕環(huán)境。環(huán)境吸氣溫度高了必然造成能耗增加、效率降低、排氣溫度升高等一系列影響?？諌簷C(jī)吸氣溫度過高還會(huì)導(dǎo)致故障頻發(fā)。另外，現(xiàn)在高用電能耗與緊張的電力資源、昂貴的用電成本之間的矛盾十分嚴(yán)重。而研究表明，空壓機(jī)的吸氣溫度對(duì)能耗有顯著影響，每降低1℃，能耗可降低0.65%。因此，尤其在夏季高溫地區(qū)，研究空壓機(jī)吸氣預(yù)處理對(duì)于節(jié)能具有重要意義。
所謂的吸氣預(yù)處理就是降溫減濕，那到底要不要去減濕？降溫降到什么程度？我們做一些理論分析。假設(shè)環(huán)境空氣壓力為100kPa，溫度為38℃，含濕量為21.75g/kg，等熵效率為0.72，制冷設(shè)備COP為3.4。
由上圖可見，隨著吸氣溫度從38℃降低至18℃，含濕量從21.75g/kg降低至17.75g/kg時(shí)，比功率從6.98kW/(m3·min-1)降低至6.27kW/(m3·min-1)。
從壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度和濕度對(duì)能耗的影響角度看，溫度對(duì)比功率的影響大于含濕量，吸氣預(yù)處理以降溫為主要目的，除濕代價(jià)太大。因?yàn)榉艧崞鞯谋砻鏈囟鹊陀诠╇姕囟纫院?，一旦出現(xiàn)水分凝結(jié)造成的潛熱量非常大，也就說給制冷的等負(fù)荷要增加很多。所以吸氣預(yù)處理的核心思路是主降溫不控濕，降低濕度的收益非常薄弱，這與常規(guī)空調(diào)產(chǎn)品直接拿來用有區(qū)別。空調(diào)可調(diào)節(jié)溫度相對(duì)低一點(diǎn)，這意味著冷源溫度要高一些。比如研究表明，利用空調(diào)降溫，環(huán)境溫度從35℃降到28、29℃很容易，但是不建議降到26℃以下。
2.傳統(tǒng)冷源供應(yīng)的吸氣預(yù)處理不足
目前空壓機(jī)吸氣預(yù)處理研究不足之處：
?。?）傳統(tǒng)冷源供應(yīng)方式能耗高、成本高，控制精度低；
?。?）預(yù)處理設(shè)備能耗地域差異性大，控制目標(biāo)不明確；
?。?）缺乏吸氣預(yù)處理設(shè)備設(shè)計(jì)或選型的理論支撐；
?。?）評(píng)價(jià)指標(biāo)或評(píng)價(jià)方法不完善，尚未產(chǎn)品化。
3.不同冷源供應(yīng)的吸氣預(yù)處理方案對(duì)比
3.1節(jié)能性分析
蒸汽壓縮制冷吸氣預(yù)處理方案可直接采用市面上的空調(diào)機(jī)組作為吸氣預(yù)處理設(shè)備。由于空調(diào)機(jī)組制冷能力有限，因此僅適用于冷負(fù)荷需求較小的場(chǎng)合。
相比于市面上的空調(diào)機(jī)組，冷水機(jī)組能夠提供更大的冷量和更高的制冷效率，同時(shí)運(yùn)行效果更穩(wěn)定可靠，但同時(shí)增加了循環(huán)水管路，因此增加了系統(tǒng)的管理和維護(hù)難度，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。
該方案可通過調(diào)節(jié)進(jìn)入氣水換熱器的流量及溫度控制吸氣溫度，通過閉式冷卻塔對(duì)循環(huán)水預(yù)冷，降低了吸氣預(yù)處理設(shè)備的額外能耗，但冷卻塔的制冷效果受環(huán)境空氣參數(shù)影響。增加閉式冷卻塔和循環(huán)水管路等設(shè)備會(huì)增加設(shè)備的成本和復(fù)雜程度。
選取氣候條件差異比較大的南京和烏魯木齊進(jìn)行對(duì)比。進(jìn)行吸氣預(yù)處理后，壓縮空氣比功率明顯降低，在南京氣候下最大幅度達(dá)到2.32%，在烏魯木齊氣候下最大幅度達(dá)到2.58%。由此可以發(fā)現(xiàn)，不同方案差異較小，干燥地區(qū)采用蒸發(fā)冷卻的優(yōu)勢(shì)較為明顯。
3.2經(jīng)濟(jì)性分析
在南京和烏魯木齊氣候下，方案三投資回收期均為最短，分別為23.1個(gè)月和15.3個(gè)月，采用冷卻塔預(yù)冷后可以有效提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益。
由此可見，如果一年365天用氣，投資回收期會(huì)很短；如果只在夏天用，那么單獨(dú)配置一個(gè)冷源，由于使用率低會(huì)導(dǎo)致投資回收期比較長。方案三組合式吸氣預(yù)處理方案在小氣量的時(shí)候，特別是60、80立方以下不太適合，方案一蒸汽壓縮制冷吸氣預(yù)處理方案更可行。組合式方案特別適用于大氣量空壓站，效率更高。整體來看，它的投資回收期一般不會(huì)低于10個(gè)月。
由此，后來產(chǎn)生的一種思路就是不單獨(dú)配置冷源。很多廠房可能有空調(diào)，可以把空調(diào)用冷源引過來用，但是這也存在應(yīng)用的極限性。于是又產(chǎn)生了新的思路：給冷干機(jī)多加一個(gè)蒸發(fā)器，相當(dāng)于給空壓機(jī)組配了一個(gè)小的空調(diào)，只不過空氣進(jìn)入壓縮機(jī)之前先經(jīng)過蒸發(fā)器，把空氣空氣冷卻一下。
第一蒸發(fā)器為翅管式結(jié)構(gòu)，當(dāng)表面溫度低于空氣露點(diǎn)溫度時(shí)，析出冷凝水并在蒸發(fā)器表面形成水膜不利于換熱。由析濕系數(shù)可算得壓縮空氣經(jīng)過吸氣預(yù)處理之后的水蒸氣凝結(jié)量，根據(jù)分析確定吸氣溫度。
空氣壓縮過程實(shí)際能耗：
析濕系數(shù)：
第一蒸發(fā)器熱負(fù)荷：
4.1評(píng)價(jià)方法
設(shè)定環(huán)境溫度在30℃以上開啟吸氣預(yù)處理系統(tǒng)；空壓機(jī)吸氣量在45～55m3/min，排氣壓力0.8MPa；冷卻至26℃進(jìn)入壓縮機(jī)；蒸發(fā)溫度隨吸氣溫度變化，空氣-制冷劑溫差取10℃。
?。?）性能評(píng)價(jià)指標(biāo)——比功率
空壓機(jī)比功率：
?。?）節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)——節(jié)能百分比（PPS）
節(jié)省的壓縮功率：
吸氣預(yù)處理額外能耗：
節(jié)能百分比：
系統(tǒng)節(jié)省的電量及電費(fèi)：
按照上述參數(shù)估算，環(huán)境溫度高于30℃開始運(yùn)行，控制在26℃，系統(tǒng)一年節(jié)約電量5747.85度，節(jié)約電費(fèi)4598.28元，很快就能把投資回收回來。下一步就是怎樣落實(shí)到產(chǎn)品上做結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等等。
三、空壓機(jī)冷卻/熱回收
1.空壓機(jī)壓縮過程噴液冷卻
空壓機(jī)主機(jī)節(jié)能的一個(gè)重要途徑就是壓縮過程噴液冷卻，噴液有三個(gè)目的：冷卻、密封、降噪。其實(shí)密封的核心就是能效提升，冷卻就是改善溫度控制。噴油機(jī)就是工作過程噴油，無油機(jī)可以考慮噴水。
不同廠家的噴液設(shè)置方法有多種多樣，本文列出3種。第一種是從吸氣腔中噴液，第二種是從兩個(gè)轉(zhuǎn)子腔開多個(gè)孔噴，還有一種是在轉(zhuǎn)子交線處噴液
目前，市面上的噴液方式多種多樣，但是噴液位置對(duì)最終效果的影響，目前還沒有很細(xì)致的實(shí)驗(yàn)對(duì)比。
從理論角度分析，轉(zhuǎn)速越高，噴液和氣的冷卻時(shí)間越短，那就要對(duì)氣體的霧化提升，這又導(dǎo)致密封變差。所以針對(duì)多個(gè)孔的，就要進(jìn)行功能區(qū)分，比如大孔主密封，小孔主霧化。區(qū)分控制，效果會(huì)好一些。
2.空壓機(jī)熱回收
空壓機(jī)熱回收主要涉及油熱和氣體熱兩方面。我們?cè)M(jìn)行封閉式試驗(yàn)，嘗試直接蒸發(fā)回收熱量，類似于加熱水散蒸方式。但我們的核心設(shè)計(jì)是采用換熱器直接蒸發(fā)回收熱量。此外，筆者還設(shè)計(jì)了一種以水為工作介質(zhì)的半開式系統(tǒng)，具有接觸式傳熱特性，可實(shí)現(xiàn)零排放。在這個(gè)系統(tǒng)中，一級(jí)壓縮后的氣體和部分熱量進(jìn)入二級(jí)壓縮機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步壓縮和供能。同時(shí)，該系統(tǒng)不僅可以控制蒸汽的產(chǎn)生，還可以直接產(chǎn)生熱水。
從綠色工業(yè)生產(chǎn)的角度來看，我們行業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一是油污排放和污水處理問題。針對(duì)這些問題，一些熱量可以用于空氣的蒸濕除濕過程，這被稱為HDH。與傳統(tǒng)的放熱器相比，HDH對(duì)放熱器的腐蝕要求較低，因?yàn)樗饕每諝饧訜醽碚舭l(fā)污水中的水分。
在這個(gè)過程中，水分從污水中蒸發(fā)到空氣中，使空氣的濕度增加。隨后，通過冷卻方法，這些水分可以在較低的溫度下凝結(jié)下來，從而實(shí)現(xiàn)污水處理的目的。這種方法不僅有助于減少油污排放，還可以提高空氣質(zhì)量，是一種綠色、高效的解決方案。
四、壓縮空氣后處理
后處理其實(shí)包括兩個(gè)方面，一個(gè)是過濾，還有一個(gè)是干燥。過濾器除油，干燥器除水。現(xiàn)在干燥機(jī)廠商很多，有吸附式、冷凍式，還有組合式的，其核心就是：滿足壓力露點(diǎn)要求的前提下，降低能耗、減小壓損；減少設(shè)備投資成本以及維護(hù)成本。
現(xiàn)在空壓機(jī)變頻了，干燥機(jī)很多也是變頻的，所以整個(gè)空氣系統(tǒng)都是變頻的。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，我們的產(chǎn)品本身是節(jié)能的，但是用戶沒有合理的利用，這就可能導(dǎo)致不節(jié)能。所以科學(xué)的綜合控制很重要。另外，降低冷干機(jī)里發(fā)熱器的壓力損失也是一個(gè)核心問題。
對(duì)于吸附式干燥機(jī)，吸附劑的選擇至關(guān)重要。在空調(diào)系統(tǒng)中，也常用到吸附干燥轉(zhuǎn)輪。然而，吸附劑通常以霧狀存在，其性能和質(zhì)量可能因生產(chǎn)批次和工藝的不同而有所差異。為了準(zhǔn)確標(biāo)定和測(cè)量吸附劑的性能，我們需要采用科學(xué)的方法和技術(shù)。
隨著科技的進(jìn)步，我們還需要根據(jù)對(duì)壓力分辨率的具體要求，合理選擇和設(shè)置新技術(shù)。在吸附式干燥機(jī)的再生方法研究和干燥器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，也有許多工作需要做。
此外，組合式干燥器是另一種值得關(guān)注的技術(shù)。它結(jié)合了冷干燥和吸附干燥的優(yōu)點(diǎn)，核心問題在于熱回收的基本理論和應(yīng)用。筆者最近在浙江的一家企業(yè)，就參與了一個(gè)組合式干燥器的項(xiàng)目，用于橋梁空氣的干燥和防腐。
在壓縮機(jī)行業(yè)中，目前主要采用的是靜態(tài)系統(tǒng)措施。相比之下，轉(zhuǎn)輪作為動(dòng)態(tài)系統(tǒng)措施，雖然具有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但也面臨著密封等挑戰(zhàn)。因此，我們正在嘗試將轉(zhuǎn)輪技術(shù)應(yīng)用于低壓鼓風(fēng)領(lǐng)域，探索如何有效地結(jié)合冷熱和轉(zhuǎn)輪技術(shù)。我們的團(tuán)隊(duì)目前正在進(jìn)行相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)準(zhǔn)備工作，并計(jì)劃進(jìn)行調(diào)試。
同時(shí)，筆者也在思考如何將在其他行業(yè)接觸到的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)與壓縮機(jī)行業(yè)相結(jié)合。由于轉(zhuǎn)輪具有模塊化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，我們可以單獨(dú)更換轉(zhuǎn)輪部分，這能大大提高使用的便利性。相信通過不斷的探索和創(chuàng)新，我們可以為壓縮機(jī)行業(yè)帶來更多的技術(shù)進(jìn)步和解決方案。
作者簡介
沈九兵，江蘇鎮(zhèn)江人，畢業(yè)于西安交通大學(xué)，現(xiàn)就職于江蘇科技大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院人工環(huán)境系，主要從事壓縮機(jī)方向研究。
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