基金項(xiàng)目：聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織和國家發(fā)改委資助：中國電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能項(xiàng)目（F/CPR/0022）1前言壓縮空氣由于具有清潔、安全、使用方便等特點(diǎn)，目前己被廣泛應(yīng)用于工業(yè)中，在許多企業(yè)己經(jīng)被稱為“第四能源”，其能耗在大多數(shù)工廠中約占其全部能耗的10%~40%1.但壓縮空氣也許是*為昂貴的能源形式，因?yàn)樵诳諌簷C(jī)消耗的能源中只有19%可以轉(zhuǎn)化成可用功，81%作為廢熱散失掉了，以上數(shù)據(jù)還只是理論計(jì)算結(jié)果，沒有考慮到系統(tǒng)的其他損失21.近年來，隨著世界范圍內(nèi)能源價(jià)格的上漲和國內(nèi)的用電短缺，政府對提高電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率越發(fā)重視，企業(yè)也開始積極尋求降低壓縮空氣系統(tǒng)能耗的方法。目前，一些新的節(jié)能技術(shù)陸續(xù)發(fā)展起來，如變速驅(qū)動(dòng)、中央控制、穩(wěn)定壓力和存儲控制等，但是每個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特點(diǎn)各不相同，每一種節(jié)能技術(shù)都有一定的適用條件，只有對壓縮空氣系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行全面地測試和分析后，才能知道系統(tǒng)是否存在優(yōu)化空間以及哪一種或幾種節(jié)能技術(shù)能夠被用來進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。

　　2壓縮空氣系統(tǒng)1系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)典型的壓縮空氣系統(tǒng)由幾個(gè)主要的分系統(tǒng)組成，包括空壓機(jī)、動(dòng)力源、控制、空氣處理設(shè)備、附件以及管路分配系統(tǒng)，如所示?？諌簷C(jī)吸入其周圍的大氣并壓至系統(tǒng)設(shè)定的壓力排入管道中，往復(fù)式、螺桿式和離心式空壓機(jī)目前應(yīng)用*為廣泛。動(dòng)力源為空壓機(jī)運(yùn)行提供動(dòng)力?？刂葡到y(tǒng)調(diào)節(jié)空壓機(jī)產(chǎn)生氣體的數(shù)量。空氣處理設(shè)備除掉空氣中的污染物，其它附件保持系統(tǒng)正常運(yùn)行。管路分配系統(tǒng)類似于電路，把壓縮空氣傳送到需要的地方。壓縮空氣系統(tǒng)的空氣存儲也可以提高系統(tǒng)性能和效率。

　　根據(jù)全生命周期成本分析理論測試壓縮空氣流量的方法有許多種，其中對管道中的流量直接進(jìn)行測試是*為有效的方法，本測試系統(tǒng)選用了熱式質(zhì)量流量計(jì)，它是根據(jù)熱傳導(dǎo)原理測試管道中氣體平均速度，進(jìn)而根據(jù)管道面積計(jì)算系統(tǒng)流量。熱式質(zhì)量流量計(jì)的*大好處是不需要對溫度和壓力進(jìn)行修正。

　　壓縮空氣系統(tǒng)測試過程中的壓力傳感器和數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行配合，可以同時(shí)記錄多點(diǎn)的壓力值，從而可以繪出整個(gè)系統(tǒng)的壓力梯度曲線，依此判斷系統(tǒng)的壓降是否合理。另外，結(jié)合流量測試數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，可以給出系統(tǒng)負(fù)荷變化和壓力變化之間的相互關(guān)系。壓力傳感器有幾種類型和規(guī)格，通常選用的壓力傳感器精度為0.量程）功率傳感器可以直接測試空壓機(jī)組的輸入功率，根據(jù)功率變化評估空壓機(jī)在系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)反應(yīng)是否及時(shí)，同時(shí)可以估算壓縮空氣系統(tǒng)地能源費(fèi)用。

　　計(jì)算機(jī)用來與數(shù)據(jù)記錄儀通訊進(jìn)行設(shè)定和下載測試數(shù)據(jù)。

　　4系統(tǒng)性能分析1壓縮空氣的不正確應(yīng)用在下列應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不正確的使用如：開路吹掃、噴射、除塵、霧化、員工冷卻、手動(dòng)噴槍、隔膜泵、空間冷卻、真空文丘里管等等，使用未調(diào)節(jié)的壓縮空氣或給廢棄的設(shè)備供氣。是根據(jù)上海某公司測試數(shù)據(jù)繪制的某一車間的壓力一流量變化曲線。在車間內(nèi)有一臺設(shè)備用未經(jīng)壓力調(diào)節(jié)的壓縮空氣干燥傳送鏈上的金屬部件，可以看出當(dāng)該設(shè)備于15 22開始工作時(shí)，該車間壓縮空氣流量從35m3/nin上升至66m3/nin這是一個(gè)典型的壓縮空氣不正確應(yīng)用，當(dāng)通過壓力控制或用高壓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)該工藝要求，節(jié)能率可達(dá)52%以上。

　　42多空壓機(jī)系統(tǒng)控制對于多臺空壓機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)，保持只有一臺空壓機(jī)處于部分負(fù)荷狀態(tài)起調(diào)節(jié)負(fù)荷作用，其他空壓機(jī)均處于滿載狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行效率*高，但大量的現(xiàn)場系統(tǒng)測試結(jié)果顯示：在多臺空壓機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)2臺或2臺以上的空壓機(jī)處于部分負(fù)荷狀態(tài)的情況，這使系統(tǒng)的運(yùn)行效率明顯降低。為某公司壓縮空氣系統(tǒng)空壓機(jī)功率變化曲線。從圖中可以看出，當(dāng)恒壓控制的1號螺桿式空壓機(jī)開始調(diào)節(jié)減少輸出時(shí)，加卸載控制的往復(fù)式空壓機(jī)也開始加卸載來對系統(tǒng)的壓力變化做出反應(yīng)。3臺空壓機(jī)中的2臺處于部分負(fù)載狀態(tài)將會(huì)明顯的降低系統(tǒng)運(yùn)行效率，壓縮空氣的單耗會(huì)明顯增加。根據(jù)系統(tǒng)測試結(jié)果，對系統(tǒng)采取了如下措施進(jìn)行了優(yōu)化：將1號空壓機(jī)的控制方式由恒壓控制改為部分負(fù)載效率更高的加/卸載控制；重新設(shè)定3號空壓機(jī)的壓力控制帶，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷降低時(shí)，使部分負(fù)荷效率*高的3號空壓機(jī)先下載；降低并穩(wěn)定系統(tǒng)供氣壓力。

　　通過上述改進(jìn)，空壓機(jī)節(jié)能量達(dá)15.84%.壓縮空氣流經(jīng)空氣處理設(shè)備和管道時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力損失。對于一個(gè)設(shè)計(jì)合理的壓縮空氣系統(tǒng)，從空壓機(jī)出口到用氣點(diǎn)的壓降不應(yīng)超過空壓機(jī)排氣壓力的10%，過多的壓力損失不但會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低，而且會(huì)使空壓機(jī)能耗增加。對于供氣壓力為0 69MPa的系統(tǒng)，空壓機(jī)排氣壓力每增加0014MP3空壓機(jī)功率將增加1%.壓縮空氣系統(tǒng)測試可以同時(shí)監(jiān)測并記錄系統(tǒng)中各點(diǎn)的壓力，通過繪制壓力梯度曲線，可以對系統(tǒng)各部分阻力是否正常進(jìn)行分析。對壓縮空氣系統(tǒng)增加不必要的設(shè)備也會(huì)增加的壓力降，從而導(dǎo)致空壓機(jī)排氣壓力升高，功耗增加。上海某公司為了生產(chǎn)安全對壓縮空氣過分處理，在系統(tǒng)總管中多安裝了一個(gè)油過濾器，過濾器前后的壓力梯度曲線如所示，壓縮空氣通過過濾器產(chǎn)生的0：能源浪費(fèi)，中另外，測試中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)許多系統(tǒng)的壓力波動(dòng)范圍過大，有時(shí)高達(dá)02MPa導(dǎo)致系統(tǒng)能耗增加。44系統(tǒng)配置問題每個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)的配置都各不相同，許多企業(yè)會(huì)有兩個(gè)或兩個(gè)以上獨(dú)立運(yùn)行的相同或不同壓力等級的壓縮空氣系統(tǒng)，這樣每個(gè)系統(tǒng)中至少有1臺空壓機(jī)處于部分負(fù)載狀態(tài)，使得企業(yè)在相同的壓縮空氣流量負(fù)荷滿足生產(chǎn)時(shí)要消耗更多地能源。通過系統(tǒng)流量、壓力和空壓機(jī)功率測試，可以評估系統(tǒng)運(yùn)行效率為優(yōu)化系統(tǒng)提供依據(jù)。上海某材料廠曾經(jīng)有2個(gè)獨(dú)立的壓縮空氣系統(tǒng)，正常生產(chǎn)時(shí)每個(gè)系統(tǒng)各有1臺恒壓控制的螺桿式空壓機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，空壓機(jī)容量分別為：10m3/ni和2Qtn3/nin經(jīng)過系統(tǒng)測試發(fā)現(xiàn)：2個(gè)系統(tǒng)的總平均流量只有9.5m3/n奴峰值流量也小于16m3mn鑒于此，對2個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了并網(wǎng)改造，改造后1臺20m3mn即可以滿足系統(tǒng)需求，并網(wǎng)前后空壓機(jī)總功率變化曲線如所示，其平均值分別為141.7和1029，節(jié)能率達(dá)27.3%.時(shí)間并網(wǎng)前后空壓機(jī)功率對比曲線45壓縮空氣泄漏1在工業(yè)壓縮空氣中k泄！

　　比較重要的一部分，有時(shí)浪費(fèi)空壓機(jī)產(chǎn)氣量的筆者對50個(gè)壓縮空氣系統(tǒng)測試分析的結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，共涉及空壓機(jī)316臺，總平均運(yùn)行功率為27155M，總的節(jié)電潛力為3582，節(jié)能率*小為3%，*大為55%，平均節(jié)電潛力為132%，年節(jié)電潛力預(yù)計(jì)2700萬千瓦時(shí)，需投資1704萬元，簡單投資回收期約為2年。

　　5結(jié)論（1）壓縮空氣是一種*為昂貴的能源形式，在工業(yè)企業(yè)能耗中占有很大比重，其能源成本占到全生命周期成本四分之三以上，很多系統(tǒng)都具有一定的節(jié)能空間，應(yīng)該取措施以提高壓縮空氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率；下轉(zhuǎn)第8頁）5三角尺寸對性能曲線的影響液體通過與旋轉(zhuǎn)的葉片相互作用獲得能量，三角環(huán)形切割葉片雖可消除性能曲線駝峰，但會(huì)影響離心泵的揚(yáng)程和效率，因此，必須慎重選取三角切割的尺寸。分別以邊長為345、67和8nm的正三角切割葉片，進(jìn)行CH）數(shù)值模擬分析，分別計(jì)算08Q、1.0和1.2Q3種工況下?lián)P程、效率，結(jié)果見表3比較得出，4~5nm切割效果*佳，設(shè)計(jì)工況點(diǎn)揚(yáng)程變化不大，效率較高。

　　表3切割尺寸與性能參數(shù)切割尺寸能曲線的駝峰，設(shè)計(jì)工況點(diǎn)流量、揚(yáng)程、效率變化不大，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值；小流量工況下，三角切割葉片出口邊，對離心泵內(nèi)部流場的壓力、速度分布影響顯著，有效平衡葉輪前、后蓋板壓差，降低葉輪出口及蝸殼內(nèi)部的水力損失；本文分別對6個(gè)切割尺寸進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，結(jié)果表明：切割三角形尺寸在4rm~5nm范圍內(nèi)，泵的性能曲線駝峰消除，且揚(yáng)程變化不大、效率較高。