【壓縮機網】壓縮空氣技術走向高效時代

　　——2019壓縮空氣技術的發展趨勢報告

　　壓縮空氣是除電力之外，在工業和商貿領域中使用最廣泛的能源。它的廣泛應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，但它較高的成本也不容忽視……

　　壓縮空氣是除電力之外，在工業和商貿領域中使用最廣泛的能源。它的廣泛應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，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約潛力十分重要。實現這一目標最快捷有效的辦法就是解決泄露的問題。毫無泄露的密封對于壓縮空氣用戶一般是做不到的，約有30%的壓縮空氣都是無意地逃逸到環境中去的。

　　無論是空壓機站的設備還是控制軟件的更新升級，Boge公司都會從壓縮空氣系統的審核檢驗開始，了解空壓機站的當前實際狀況，并在用戶現場安裝箱式測量儀，以及用兩周的時間采集、記錄用戶空壓機站的壓縮空氣使用和控制狀況的數據，最終專家根據采集的數據估算出優化的潛力大小。優化的重點是余熱利用、使用更高級別的控制系統、調節各臺空壓機的轉速（變頻）和利用更加高效的壓縮空氣制備。

 

　　壓縮空氣的分配網絡

　　合理的壓縮空氣分配網絡對于提高壓縮空氣利用的經濟性是至關重要的。德國機械制造業協會VDMA于2018年夏季起草了行業標準15391-1“壓縮空氣分配—經濟和安全規劃—第1部分：規劃設計和新安裝設備”，該部分共計86頁，為廣大壓縮空氣系統設計者提供了內容豐富的輔助設計工具。

　　通過本文介紹的實例，用戶可以清楚地了解壓縮空氣分配網絡的重要性。Bode Chemie公司通過空壓機站的技術改造每年能減少30多萬kW的電力消耗和160t左右的CO2排放量。例如將某公司原來分布在2座廠房建筑中（安裝使用了共計3臺空壓機）的分散式壓縮空氣供應網絡也被全部重新改造。新建的壓縮空氣系統的核心是將所有的空壓機都放置在一個房間里進行控制管理，并使用Atlas公司研發生產的可調轉速的、噴油潤滑的GA 45 VSD型螺桿式空氣壓縮機。原來的3臺空壓機也移到新的空壓機站，并納入到新的壓縮空氣供應系統中，因此整個壓縮空氣供應系統有著很高的峰值緩沖性能和所需的冗余儲備。所采用的技術改造措施也將工作壓力從原來的0.95MPa降低到了0.7MPa。壓縮和發熱是緊密相關的，正如這次技術改造再次證實的那樣，由altAIRnetive 公司研發的“壓縮空氣+熱電廠”技術原理是利用燃燒天然氣的內燃機產生驅動空氣壓縮機的工作動力 ，這一做法的機械功率為26～300kW，始流溫度為108℃，其有效地將空氣壓縮和生產熱能結合到了一起。其優點是幾乎沒有效率損失，因為壓縮空氣時產生的熱量幾乎全部被利用于生產過程，而不是像傳統的空壓機那樣釋放到環境大氣中。空氣壓縮時產生的熱與內燃機產生的熱相結合產生的熱效率與現代化加熱系統相當，據供應商介紹說如今幾乎是“零損耗”地使用壓縮空氣了，整套設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+蓄能發電廠”（簡稱為CAES）的技術模式也十分重要。盡管我們對壓縮空氣+蓄能發電的理解還不夠深刻全面，但這一技術能夠長期和經濟的儲存綠色電力。Atlas公司介紹說其工作原理相當于抽水蓄能發電廠，在電力供應過剩時，空壓機將空氣壓縮成很高壓縮比的壓縮空氣。在1～20MPa之間，根據這一系統的不同類型，可以達到不同的壓力。同時，這種方式壓縮的空氣暫時存放在合適的容器中。

　　在使用這些壓縮空氣時，利用儲存的壓縮空氣驅動渦輪機組（渦輪機加發電機）減壓，產生的電力可以饋送到電網中去。為了能夠在實踐中直接應用這種新技術，Atlas公司與Schleswig-Holstein地區的社區風力發電場進行了合作，總結出了A-CAES（絕熱式）壓縮空氣蓄能發電系統的關鍵數據。得出的結論是與其它電力儲存系統相比，這一系統更加經濟。此外，A-CAES還具有理論上無限次循環利用的優勢。傳統的電力儲存方式會出現蓄電池和氫燃料電池老化的問題，并因其老化而失去儲存電力的能力，從而降低了儲存電力的性能，但A-CAES系統的使用壽命僅受機械零部件和很小的縮水因素的影響。

 

　　發散式的空壓網絡

　　Boge公司還提供全新的檢測分析服務，并將這種檢測分析服務作為公司持續改進計劃中（簡稱CIP）的一個部分。這么做是為了使聯網的空氣壓縮機連續不斷地提供傳感器檢測到的空壓機工作狀況數據，然后氣動技術軟件可以對這些數據進行評判。例如當空壓機動力裝置出現異常時，用戶的移動終端設備就會收到提示消息。這一軟件系統還能夠提供空壓機工作運行情況的預報，即空壓機可能出現的磨損警報。

　　CIP不斷地驗證空壓機的機械性能，并向生產廠家提供相應的數據。生產廠家對這些數據進行分析，從而找出改進優化的潛力，例如找出進一步降低能耗的措施。Boge公司在CIP的框架內，為用戶提供了免費的空壓機硬件和軟件升級服務。Aerzen公司最新推出了AERaudit污水處理廠能效分析的技術服務。污水凈化處理廠總的能源需求中有80%用于生物曝氣，因為那里有著耗能很高的鼓風機站。如今，用戶利用一臺移動式的測量裝備就可以實時地采集到通風曝氣的能源消耗數據。這臺儀器能夠實時地檢測到流量、系統壓力、溫度和功耗等數據，并根據污水凈化設備的負載情況記錄下來。在這些數據的基礎上，Aerzen公司會為用戶提供更加高效的節能方案。

　　按照ISO 8573.1標準的規定，Aerzen公司使用3位數字表示壓縮空氣的質量，第1個數字表示壓縮空氣中的顆粒濃度，第2個數字表示其中的水分，第3個數字表示壓縮空氣中的殘余油蒸汽含量。針對殘余油蒸汽的檢測，Beko公司正在擴大其測量技術領域中的產品范圍。與以前的檢測儀器相比，新的Metpoint OCV compact 檢測儀有著更短的檢測周期和模塊化的結構設計。因此，新儀器具有裝置緊湊、安裝使用方便和性能更加強大的特點，同時也有著更高的壓縮空氣殘余油蒸汽檢測精度。

　　有些生產過程中，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，它需要非常干凈和干燥的壓縮空氣來實現最佳的微粉化工藝。該公司過去使用的是3臺潤滑油潤滑的螺桿式空氣壓縮機，采用的是復雜的集中控制與分散控制相結合的壓縮空氣無油處理系統，其中包括了吸附殘余油蒸汽的活性炭吸附器。在擴建空壓機站時，企業對所有的空壓機進行更新換代，其目的是為了經濟、靈活并高可靠性地生產無油和干燥的壓縮空氣。經過慎重考慮最終選擇了Gardner Denver公司研發生產的4臺DH型無油空壓機，其中包括了壓縮空氣處理系統。DH系列空壓機采用的全新空氣壓縮技術值得信任。其空壓機缸體所需的潤滑、密封和冷卻都是用水來完成的。這不僅實現了清潔、無油的壓縮過程，而且還能夠高效地生產壓縮空氣。

 

　　低損耗的設計原理

　　空壓機站通常都是按照模塊化原理設計的，其利用IE3和IE4級的節能電機保障基本的壓縮空氣供氣，在用氣高峰時，則可以靈活地使用峰值負載空壓機來滿足增加了的壓縮空氣需求。未來，在部分負載工況下會用高效率的空壓機來保證供氣。Kaeser公司研發生產的ASD系列轉速可調的螺桿式空壓機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。該系列空壓機使用的是西門子公司研發生產的同步磁阻電動機，在部分負載工況時，這種電動機比感應電動機的效率提高了10%。節能型的變頻電動機還能驅動Renner公司研發生產的RSF 87D型螺桿式空壓機，這種空壓機的核心部件是壓縮模塊，它能與模塊化設計的其他空壓機部件最佳地匹配在一起。因此，整臺空壓機就可以準確地按照用戶對壓縮空氣的要求來設計制造。

　　最后，需注意，在購買空壓機時僅看中采購成本，就背離了最有利的解決方案，各個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。