空压机节能改造方案
一、概述
空气压缩机是利用电能将空气压缩使之作为一种动力源的设备,在纺织企业中应用十分普遍, 配套电动机的容量一般较大,且大多是常年连续运行的,故节能的潜力很大。
目前常见的压缩机有活塞式、螺杆式、离心式,不论哪一种工作方式,压缩机单位时间内产气量是一定的,目前压缩机都采用上下限控制或启停式控制,也就是说,当气缸内的压力达到设定值的上限时,空压机通过本身的压力或油压开关闭进气阀,这种工作方式频繁出现加载卸载,而且对电网、空压机本身都有极大的破坏性。
二、系统原工频运行概况
1、空压机工作原理简述:
原空压机的运行方式为工频状态。压力采用两点式控制(上、下限控制),也就是当空压机气缸内压力达到设定值上限时,空压机通过本身的油压关闭进气阀,当压力下降到设定值下限时,空压机打开进气阀。生产的工作状况决定了用气量的时常变化,这样就导致了空压机在半载或轻载下运行,或者经常是加载几分钟,卸载几分钟,频繁的卸载和加载,对电动机、空压机和电网造成很大的冲击。再说,空压机卸荷运行时,不产生压缩空气,电动机处于空载状态,其用电量为满负载的60%左右,这部分电能被白白的浪费。系统在设计时是针对全厂满负荷用气量来设计的,并考虑了富余,是按最大量来设计的的,而现在的工况是用气量经常变化,且经常在半载下运行,在整个系统运行时存在着严重的“大马拉小车”的现象。为了解决这种现象,节约能源,提高经济效益,有必要对现有系统进行变频改造。
2、原系统工况存在的问题
1)主电机全压起动,起动时的电流很大,会影响电网的稳定及其它用电设备的运行安全,对机械设备的冲击大,电机轴承的磨损大,所以设备维护工作量大。
2)主电机时常轻载运行,属非经济运行,电能浪费严重。
3)主电机工频运行致使空压机运行时噪音很大。
4)经常卸载和加载导致整个气网压力经常变化,不能保持恒定的工作压力。
3、拖动系统的特点:
1)机械特性具有恒转矩性质,电机的轴功率PL与转速n 成正比。
2)大多处于长时间连续运行状态,但负载大小常有变动,为连续变动负载。
3)飞轮力矩大,故要求有较大的启动转矩;
4)有自动卸载与装载装置,在自动卸载或装载时,负载将突变。
4、压缩机的主要控制对象是空气的压力,常见的控制方式有:
1)手动调节输入或输出口的阀门开度;
2)用机械方式进行自动卸载与装载控制;
3)通过改变叶片的角度来调节压力或流量。
三、采用变频调速拖动系统必要性
随着电力电子技术的发展,变频器在调速领域中的应用越来越广泛。它具有性能稳定,操作方便,节能效果明显等优点。它是一种较为成熟的高科技产品,越来越受到国内外工程技术人员和管理人员的关注和重视。因此,对空压机进行变频改造具有很高的经济效应和社会效益。
1、从节能的角度看:
由于压缩机不能排除在满负载状态下长时间运行的可能性,所以,只能按最大需求来决定电动机的容量,故设计容量一般偏大。在实际运行中,轻载运行的时间所占的比例是非常高的。如采用变频调速,可大大提高运行时的工作效率。因此,节能潜力很大。有些调节方式(如调节阀门开度和改变叶片的角度等),即使在需求量较小的情况下,也不能减小电动机的运行功率。采用了变频调速后,当需求量较小的情况下,可降低电动机的转速,减小电动机的运行功率,从而进一步实现节能。
2、从运行质量的角度看:
单电动机拖动系统大多不能根据负载的轻重连续地调节。而采用了变频调速后,则可以十分方便地进行连续调节,能保持压力、流量等参数的稳定,从而大大提高压缩机的工作性能。
3、 从减少运行成本方面看
传统压缩机的运行成本由三项组成:初始采购成本、维护成本和能源成本。其中能源成本大约占压缩机运行成本的77%。通过能源成本降低10%-40%,再加上变频起动后对设备的冲击减少,维护和维修量也跟随降低,所以运行成本将大大降低。
4、从提高压力控制精度方面看
变频控制系统具有精确的压力控制能力。使压缩机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量相匹配。不再频繁的加载和卸载,变频控制压缩机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制电机速度的精度提高,所以它可以使管网的系统压力变化保持恒定,有效地提高了工况的质量。
5、从延长压缩机的使用寿命方面看
变频器从零速起动压缩机,它的起动加速时间可以调整,从而减少起动时对压缩机的电器部件和机械部件所造成的冲击,增强系统的可靠性,使压缩机的使用寿命延长。此外,变频控制能够减少机组起动时电流波动,这一波动电流会影响电网和其它设备的用电,变频器能够有效的将起动电流的峰值减少到最低程度。
6、从降低噪音,改善工作环境来看
根据压缩机的工况要求,变频调速改造后,电机运转速度明显减慢,有效地降了空压机运行时的噪音,提高了操作工人的工作环境。
四、变频改造后节能分析
变频器控制压缩机与传统控制的压缩机比较,根据空气量需求的多少来供给的压缩机运行工况,是经济的运行状态,能源节约是最有实际意义的。众所周知,空压机负载为恒转矩负载,其转速 n与流量Q、轴功率P的关系为Q1=Q2(n1/n2)、P1=P2(n1/n2) 、也就是说流量和功率成正比 。
由于实际用气量的变动,假定空压机的运行情况如下:(改造前)
在满载下运行的时间为10%,此时电机消耗功率为(P1=P0);
在70%负载下运行的时间为30%,此时电机消耗功率为(P2=0.9P0);
在半载下运行的时间为30%,此时电机消耗功率为(P3=0.85P0);
在30%负载下运行的时间为20%,此时电机消耗功率为(P4=0.8P0);
在空载下运行的时间为10%,此时电机消耗功率为(P5=0.6P0);
(P0为电机额定功率250KW)。
空压机每日用电量计算如下:
W前=(0.1P1+0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5)х24
=(0.1+0.3х0.9+0.3х0.85+0.2х0.8+0.1х0.6)ХP0х24
=(0.1+0.27+0.255+0.16+0.06)ХP0х24
=0.845ХP0х24
=20.28P0(KWh)
假定空压机改造后的运行情况如下:(改造后)
在满载下运行的时间为10%,此时电机消耗功率为(P1=P0);
在70%负载下运行的时间为30%,此时电机消耗功率为(P2=0.7P0);
在半载下运行的时间为30%,此时电机消耗功率为(P3=0.5P0);
在30%负载下运行的时间为20%,此时电机消耗功率为(P4=0.3P0);
在空载下运行的时间为10%,此时电机消耗功率为(P5=0.1P0);
(P0为电机额定功率250KW)。
空压机每日用电量计算如下
W后=(0.1P1+0.3P2+0.3P3+0.2P4+0.1P5)х24
=(0.1+0.3х0.7+0.3х0.5+0.2х0.3+0.1х0.1)хP0х24
=(0.1+0.21+0.15+0.06+0.01)хP0х24
=0.53хP0х24
=12.72 P0(KWh)
每日节省电量= W前-W后
=20.28P0-12.72 P0
=7.56 P0
节电率:7.56 P0/12.72 P0*100%=37.3%
五、变频改造技术方案
1、 系统控制原理
本系统采用压力闭环调节方式,在原来的压力罐(或输气管道)上加装一个压力传感器,通过压力来控制变频器的转速。其控制原理为:将供气管道压力作为调控参数,通过压力变送器(或远传压力表)将压力信号转换为4- 20mA(或0-5V)直流信号,送入变频器内的PID调节器,与压力设定信号比较,其差值由调节器作PI运算,输出信号送给变频器,随时调整变频器的输出频率,控制电机转速,维持管道压力稳定在设定的压力值上。若管道压力发生变化将自动进行调节。例如,当用气量减少,管道压力增加时,调节过程是:变送器信号大于设定信号,调节器输出减少,变频器输出频率降低,电机转速下降,压缩机风量减小,使管道压力减小。由于其调控过程较快,短时间内,变换器信号和压力给定信号便处于动态平衡状态,从而维持了变频器输出频率稳定,实现了恒压供气,使空压机始终处于节电运行状态。
2、改造方案
设计时,根据电机容量选用变频器,采用PID调节母管定压控制方式。该系统在设计时,从安全角度考虑,在保留原工频系统情况下,增加变频系统,做到了工频变频互锁切换。通过外部控制电路,使空压机起停操作步骤仍然如前,操作简单,安全可靠。在供气管道上安装压力传感器,通过人机界面显示和设定压力来控制变频器的转速。
3、变频控制系统组成
空压机变频器控制系统有变频器柜、电气控制柜、母管压力变送器(或远传压力表)、空压机等组成。电气控制柜主要控制器件全部选用国内外品牌产品、性能稳定、质量可靠、操作方便。
六、实施步骤
1)、实地考察,沟通交流。深入了解设备的运行情况,测量相应的电流、电压、连接尺寸等参数。
2)、根据考察结果完善节能改造方案,并预算整体改造费用及周期等
