空压机变频节能及余热回收方案

1、节能项目方案设计1 空压机变频节能改造1.1 企业空压机系统基本情况介绍某某科技（深圳）有限公司共有五台空气压缩机，其 中三台用于 A栋厂房，两台螺杆式空压机37kW、型号：OGFD37; 台活塞式空压 机15kW、型号：AW19008。供A栋厂房冲压车间、自动组装机以及研 发部门用气。另外两台螺杆式空压机22kW、型号：OGFD22,供C栋 厂房注塑车间、 机加工车间、 组装、 包装车间用气。1.2 空压机变频节能 改造分析一： 原空压机系统工况的问题分析1. 主电机虽然以星-角降压起动，但起动时的电流仍然很大，会影响 电网的稳定及其它用电设备的运行安全。2. 主电机时常空载运行， 属非经济

2、运行， 电能浪费最为严重。3. 主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。4. 主 电 机 工 频 起 动 设 备 的 冲 击 大 ， 电 机 轴 承 的 磨 损 大 ， 所 以 对 设 备 的维护量大。空压机节能改造的必要性：鉴于以上对空压机的原理说明以及目前的工况分析，我们认为对 空压机的节能降噪改造是必要的， 这样不仅能够节约大量的运行费 用，降低生产成本，同时还可以降低空压机运行时产生的噪音，减 少 设备维护费用。二： 螺杆式空压机的工作原理介绍单螺杆空压机空气压缩机工作原理， 如图 1 所示为单螺杆空气 压缩机的结构原理图。螺杆式空气压缩机的工作过程分为吸气、密封 及输送、压缩、排气四

3、个过程。当螺杆在壳体内转动时，螺杆与壳体 的齿沟相互啮合，空气由进气口吸入，同时也吸入机油，由于齿沟啮 合面转动将吸入的油气密封并向排气口输送；在输送过程中齿沟啮合 间隙逐渐变小，油气受到压缩；当齿沟啮合面旋转至壳体排气口时， 较高压力的油气混合气体排出机体。压缩气/单螺杆压缩机原理囹图1 单螺杆空气压缩机原理图三：压缩气供气系统组成及空压机控制原理、压缩气供气系统组成工厂空气压缩气供气系统一般由空气压缩机、过滤器、储气罐、干燥机、管路、阀门和用气设备组成。如图2所示为压缩气供 气系统组成示意图。吗*I1藩杆式空压机Screw Air Compressor2气徉分离器Air-Warter Se

4、parator3赭气耀Air Recieer乩预过滤器Pre-Fifter右干燥器Dry&r精过滤器Final-Fiter了超精过滤器Super-Fine Fifter图2 压缩气供气系统组成示意图、空气压缩机的控制原理工厂的空气压缩机控制系统中，普遍采用后端管道上安装的压力 继电器来控制空气压缩机的运行。空压机启动时，加载阀处于不工作 态，加载气缸不动作，空压机头进气口关闭，电机空载启动。当空气 压缩机启动运行后，如果后端设备用气量较大，储气罐和后端管路中 压缩气压力未达到压力上限值，则控制器动作加载阀，打开进气口， 电机负载运行，不断地向后端管路产生压缩气。如果后端用气设备停 止用气，后端

5、管路和储气罐中压缩气压力渐渐升高，当达到压力上限 设定值时，压力控制器发出卸载信号，加载阀停止工作，进气口关闭， 电机空载运行。四：螺杆式空气压缩机变频改造、空压机工频运行和变频运行的比较空压机电机功率一般较大，启动方式多采用空载（卸载）星-三 角启动，加载和卸载方式都为瞬时。这使得空压机在启动时会有较大的启动电流，加载和卸载时对设备机械冲击较大；不光引起电源电压 波动，也会使压缩气源产生较大的波动；同时这种运行方式还会加速 设备的磨损，降低设备的使用年限。对空压机进行变频改造，能够使电机实现软起软停，减小 启动冲击，延长设备使用年限；同时由于电机运行频率可变，实现了 空压机根据用气量的大小自

6、动调节电机转速，减少了电机频繁的加载 和卸载，使得供气系统气压维持恒定，在一定程度上节约了电能。、空压机主电路和控制电路的变频改造空压机采用星-三角启动方式，在其控制电路上有加载继电器。 在主电路改造时，将变频器串接进原有的电源进线中；并适当修改控 制回路，实现变频器的启停。图3 空压机电气原理图、空压机变频改造后的启动和运行方式空压机变频改造后，电机启动时原有的交流接触器仍然由其控制 PLC按星-三角方式动作，但在交流接触器连接为星型时，角形交流 接触器的常开触点没有闭合，变频器不启动、无输出；当PLC控制交 流接触器转换为三角形接法后，变频器开始空载变频启动电机。当变 频器启动电机完成后，

7、变频器自动变频运行。五、螺杆式空气压缩机变频改造后的工频运行在考虑变频器发生故障或是检修时，空压机能按原有的工频控制 方式运行，这保证了空压机在变频和工频状态下都可以运行，也使得 改造时可以不用重新编写PLC程序，为此增加了一套工频、变频自由 切换电路，以方便系统的切换。图4 工频、变频转换示意图六、螺杆式空气压缩机变频改造节能分析如式1所示拉力F与摩擦力F大小相等、方向相反，拉力F在 时间T内拉动物体做直线运动，移动位移S。拉力F在时间T内作 的功率P为由数学知识可知线速度V和旋转角速度3之间的关系如式2所示，式中f为旋转体的旋转频率v r 2 fr （式 2）将式2代入式1可以求得旋转物体

8、摩擦阻力功率如式3所示 由式3可以知道，克服旋转体的摩擦阻力使旋转体匀速转动，需 要向旋转体提供的功率按式3公式计算（忽略机械效率损失，认为 n为1）。式3中F为旋转体的旋转摩擦阻力，r为旋转体的旋转 半径，f为旋转体的旋转频率。所以我们可以在忽略空气压缩机机 械效率损失，同时忽略空压机机械效率因为电机转速变化而变化的 情况下，即始终认为空压机机械效率n为1，可以近似地认为变频 器的输出功率与空压机电机的转速成正比，即成一次方正比例关系。P F v F r F 2 fr（式3）Pl/nl空压机工題转歯功率-周期示意图图5 空压机工频运行时的转速/功率-周期示意图P/nP/n功率/转速T功率/转

9、速空压8L变頻轉迄功率周期示总图图6 变频运行时的转速/功率-周期示意图如图5所示是螺杆式空压机工频运行时的转速/功率-周期示意 图。t1是空压机加栽运行时间，t2是空压机卸栽运行时间，加栽/ 卸栽时的转速和功率分别为P1/n1和P2/n2。忽略空压机机械效率 n的变化，W1和 W2分别为空压机加栽运行时间t1和卸栽运行时间 t2中由电源输送给空压机电机的能量。其中W1转换为压缩空气势 能、动能和热能等形式的能量，供设备使用。而W2则转换为机械的 摩擦热能和声音、震动等形式的能量损失掉。所以螺杆式空压机经过变频改造后，由于电机处于变速运行情 况下，而通过式3的推导知道电机的平均功率与电机的平均

10、转速成 一次方正比例关系。空压机变频改造后，是根据用气系统的用气量 恒压变流供气；所以变频改造后，空压机在周期T（ t1+ t2 ）内所 作的功W 等于同等工况下，空压机工频运行时，加载运行时间t1 内所作的功W1。如图5-6所示。通过以上分析，只要知道螺杆式空压机工频改造前卸载运行时 间和卸载电流，就可以大致计算出，相同工况下变频改造后的节能 功率和节能电量（备注：忽略机械效率n的变化）。1.3空压机变频节能改造效益分析某某科技（深圳）有限公司的五台空气压缩机，两台螺杆式空压 机OGFD3;7两台螺杆式空压机OGFD22 台活塞式空压机AW19008在用 气量大、供气量不足时才开机联网供气。

11、现对四台螺杆式空压机进行 变频改造。测试数据见表1表1 空压机空载实测数据空压机型号额定功率（kW）加载、卸 载时间比电流（A）电压（V）功率因数COS a数量（台）OGFD37379 : 215.43860.862OGFD222211 : 38.63910.892根据1.2第“六”部分变频改造节能量计算推导，“空压机变频 改造后，在周期T （t1+ t2 ）内所作的功 W等于同等工况下，空压机工频运行 时，加载运行时间t1内所作的功W1 ，某某科技（深圳）有限公司的空压机每天工作约10h，一年工作 约312d，企业平均电价0.84 元/kWh。对4台（两台37kW、两台22kW） 进行变频改

12、造。年可节约的电量：WJ3UI cos t=1.732 X 386VX 14.4A X 0.86 X 2 台 X 10hX 2/11 X 300d+1.732X 391VX 8.6A X 0.89 X 2 台 X 10hX 3/14 X 312d 16976 kWh年可节约电费：16976 kWh X 0.84 元/kWh=14259 元表2 空压机变频改造费用及回收期计算费用名称金额（人民币）单位：元备注变频改造费850 X( 37+22 ) =50150变频改造费约：850元/kW;可采取变频器一拖二投资回收期50150元十14259元/年3.5年2空压机余热回收2.1企业空压机系统排气介

13、绍某某科技（深圳）有限公司共有五台空气压缩机，其中三台用于 A栋厂房，两台螺杆式空压机37kW、型号：OGFD3,7排气温度87C ； 一台活塞式空压机15kW、型号：AW19008另外两台螺杆式空压机22kW、 型号：OGFD22排气温度92C ,供C栋厂房注塑车间、机加工车间、 组装、包装车间用气。所有空压机余热没有回收装置，且宿舍有用热水的 需求，某某科技（深圳）有限公司共有员工 620人。2.2空压机余热回收技术介绍一、技术背景螺杆式空气压缩机的工作流程如下：空气通过进气过滤器将大气 中的灰尘或杂质滤除后，由进气控制阀进入压缩机主机，在压缩过程 中与喷入的冷却润滑油混合，经压缩后的混合

14、气体从压缩腔排入油气 分离罐，从而分别得到高温高压的油、气。由于机器工作温度的要求， 这些高温高压的油、气必须送入各自的冷却系统，其中压缩空气经冷 却器冷却后，最后送入使用系统；而高温高压的润滑油经冷却器冷却 后，返回油路进入下一轮循环。在以上过程中，高温高压的油、气所携带的热量大致相当于空气 压缩机功率的1/4，其温度通常在80 C100 C之间。螺杆式空气压 缩机通过其自身的散热系统来给高温高压的油、气降温的过程中，大 量的热能就被无端的浪费了。为了充分利用螺杆式空压机所产生的余热，应采用余热利用技 术，利用余热回收装置对螺杆式空气压缩机所产生的高温高压的气体 进行冷却，不仅可以提高空气压

15、缩机的产气效率，而且可使企业获得 生产和生活所需的热水，严冬可加热到50 C，夏秋季节65 C，从 而解决了企业为生活热水长期经济支付的沉重负担。空压机热泵与燃油锅炉的经济价值比较（300人用水企业）表3供热方式节能环保性一年运行费用（元）管理维护费用（元）供热程度总开支空压机热泵节能环保安全无运行费用清洗费300不限量不定时300元燃油锅炉燃油污染环境702005000限量、定时75200 元技术方案简介712+2J5?-S 9图7空压机余热利用装置系统流程三、余热利用系统优点1. 安全、卫生、方便2. 螺杆空压机余热利用装置与燃油锅炉比较，无污染、一氧化碳、 二氧化硫、黑烟和噪音、油污对大

16、气环境的污染。一旦安装投入 使用，只要空压机在运行，企业职员就随时可以提取到热水使用， 不必定时定量供应。3. 提高空压机的运行效率，实现空压机的经济运转安装螺杆空压机 余热利用装置的空压机组，可以提高产生气量8%,空气动力学家 和空压机制造厂家给出厂机组额定的每分钟产气量mi/min是以80 C的温度测量定准的。螺杆空压机的产气量mf/min会随着机组 运行温度的升高而降低，当然，空压机的机械效率肯定不会稳定 在以80 C标定的产气量上工作。它的反比程度是：温度每上升1 C，产气量就下降0.5%，温度升高10 C，产气量就降5%。一般 风冷散热的空压机都在8896 C间运行，其降幅都在48%

17、,夏 天更甚。空压机余热利用装置足可以使空压机温度降812 C， 为此它的经济效益就更显著了。由于产量的提高，供气系统的气 压也相应提高，自动化设备中的气动元件，因为气压的升高，气 动元件的动作次数也会提高，使生产线的产量也跟着提升。气动 元件的动作灵敏、稳定，对其生产线的产品质量也提供了可靠保 证。4. 提高空压机的使用寿命5. 空压机工作温度的降低，减少了机器的故障，延长了设备的使用 寿命，降低了维修成本，增大了机油、机油隔、油/气分离器更换 时限，相应延长了设备的更换期限。6. 经济实用，运行可靠。7. 在螺杆式空压机旁安装余热利用系统，对空压机的正常运行、维 护、保养绝无影响，系统主体

18、部分采用耐高压，高导热复合材料 组成。2.3空压机余热回收节能改造效益分析现场实测某某科技（深圳）有限公司的四台空压机排气温度，具体数 据见表5-4表4空压机型号功率（kW）排气温度（C ）加载、卸载时间比数量（台）OGFD3737879: 22OGFD22229211 : 32环境温度25 C；空压机余热回收进水温度25 C,循环出水温度55 C ； 一天工作10小时，一年工作312天；企业年平均电价为0.84元 /kWh依照上述测试、统计数据，四台空压机余热回收，一年可节约的电量计算如下：空 tt t0=1.005kJ/(kg.K)x【390m3/h x 2 台 x 9/11 x 10h

19、x 312d x 1.165kg/ m 】x( 87 C -55 C) +1.005 kJ /(kg.K) x【216m3/h x 2 台 x 11/14 x 10h x 312d x 1.165kg/m3 】x ( 92 C -55 C )74600370kJ+45877178kJ120477548kJ说明：环境温度1060 C空气的比热容：1.005kJ/(kg.K);环境温度30 C空气的密度：1.165kg/m 3;390 m3/h、216m3/h :查对应的空压机的排气参数得来；一年节约的电量：Q 3600kJ / kWh 120477548 3600 33465kWh一年节约的电费

20、：Q 3600kJ/kWh 0.84元 /kWh120477548 3600 0.8428111 元一年可提供热水量m水（kg ）Q120477548m水C水t960745kg4.1855 25企业人均用热水30L/天，深圳250天/年用热水；则可供人数:96074530L/ 天 250天 30 250128人投资成本预算、投资回收期计算:表5 余热回收成本预算及回收期费用名称金额（人民币）单位：元备注水泵80004台管网、保温10000水箱200002个控制系统8000换热器16000人工费用5000合计67000投资回收期计算67000元十28111元/年2.4 年3、中央空调系统节能改造

21、A、增加中央空调分区域冷量计量系统1）技术可行性分析：目前公司对分部门的中央空调冷量核定采用的方法是，根据各 车间部门的用途参照暖通标准制定出该部门每平方米的空调能耗量 乘以该部门面积得到该部门的固定的消耗中央空调电量值，这种冷量 及中央空调电量的分配核定方式不能如实的反映各末端的空调能量 使用情况，不利于中央空调用能的合理分配管理；如采用一套中央空 调计费系统（系统主要由温度传感器、流量传感器、能量积算仪及计 算机组成，见图8和图9），可实时计量并合计各计量点的冷量并通 过计算机得出各点分配中央空调能耗量及费用，给管理部门从管理及 技术设备上调整末空调使用方式提供有力的数据依据。图8图92）

22、经济效益可行性分析：因该系统提供管理的数据依据，最终节能率的大小需要看管理的 力度，因此无法定量的分析。B、中央空调末端风柜节能改造1）技术可行性分析：图10上图为风机类负载运行时的管阻特性曲线R和调速曲线N,两种 曲线的交叉点为负载运行点。用阀门控制时：当流量从Qi降至Q，要关小阀门，使管道的阻 力变大，阻力曲线从Ri变为R，压力则从Hi升至Ho，运行点也从A 点变为B点用 变 频 调 速 时 ： 当 流 量 从 Q1 降 至 Q2 时 ， 阻 力 曲 线 R1 保 持 不 变 ，速度曲线从Ni降至N3,压力也从Hi降至Ha,运行点从A变化D。节能分析用阀门控制时：由风机类的特性公式：P=Q

23、H可得出在B点运行 时电机的轴功率为：Pb=Q*H，C点运行时电机的轴功率为：Pc=Q*Ha， 两者之差为： P= P A- P C= Q 2（ H0- H 3）亦即用阀门控制时有P的功率被浪费了。用变频调速时，由流体力学原理知道，轴功率P、流量Q、压力H三者与转速存在如下关系：Q=Ki*NH=K2*N 2P=K3*H*Q= K i*K2*K3*N3=K*N3其 中 K、 Ki 、 K2 、 K3 均 为 常 数 。 由 上 式 可 看 出 ， 风 机 的 出 口 流 量与转速成正比，压 力与转速的平方成正比，消耗的轴功率 与转速的 立方成正比。只 要转速有较小的变化，轴功率就有比较大的变化，所 以对离心风机负载进行调速， 具有非常明显的节能效果。图 ii 中 号 曲 线 表 示 工 频 市 电 运 行 的 风 机 采 用 风 门 调 节 时 的 功 率和流量关系，号曲线表示风机采用变频调速控制时的功率和流量 关系。可见，原风阀调节开度在75%-100%之间变化时，如以变频调 节将节约 20%的电能。冇功对+ p (%1Q0*?0阀门控制8B% ”/SO、.76%I jf7064绻1/()0/ 67%50U /4044 2 Jy30Z 40 2%20、】01&7%变预控制5_ _01020