煤礦空壓機設備節能研究與改造應用

裴利星

（陽泉煤業（集團）有限責任公司一礦， 山西 陽泉 045008）

1 改造的背景和意義

隨著世界經濟高速發展，節能減排成為世界高品質發展的主題。我國空壓機行業的應用涉及電力、冶金、紡織、電子、化工、食品醫藥、軍工科技等各個領域。空壓系統電能消耗占工業能耗的8%～10%左右，全國空壓機耗電量約為2 260 億kW·h/a，其中有效能耗只占66%，其余34%的能量（約768.4 億kW·h/a）被浪費。可見空壓系統的節能工作亟待高效開展。

空壓機是一個能耗比較大的動力設備，是工廠能耗最大的設備之一。通過對現場的統計分析和研究，發現在壓風站空壓機設備真正用于生產的壓縮空氣不到壓縮機產氣量的70%，其他30%以上的電力消耗并沒有真正用在生產上，而是成為了非生產性的浪費。

合同能源管理是通過科學檢測評估空氣系統現狀給出基于實際情況的評估報告的一種管理方式，所以通過合同能源管理的模式并應用一些專業的系統節能方案，可以使企業不僅不需要承擔節能項目實施的資金和技術風險，而且在降低用能成本的同時獲得節能帶來的收益和獲得ESCO（節能服務公司）提供的設備。

空壓機合同能源管理節能改造項目的實施，不僅可節約大量的電力資源，而且可提高企業煤炭產量和生產效益。

2 改造項目優勢

1）項目不但實現各類節能收益，還不會有技術、費用方面的風險。

2）節能效率高，工區EMC 項目的年節能率可達到20%～40%。

3）完善節能服務，實現資金更好的流通。

4）增加節能管理經驗和提升素質，促進內部管理科學化。

5）能更好、更專業地實現節能管理，提供更加系統的體系和技術服務。

6）可以在項目實施后即刻實現能源利用成本下降。

3 研究內容和關鍵技術

3.1 項目目標

通過對各工區空氣壓縮機的使用及能耗狀況調查、分析。利用高效率的設備、合理運行控制系統，以合同能源管理的方式對各壓風站的壓縮空氣系統的進行改造。在滿足現有生產的情況，降低空壓機設備耗電量，達到節能減排的目的。

3.2 節能技術及節能設備的選擇

根據工區壓縮空氣系統設備的實際狀況、條件。選擇適合現場且具備現有先進的節能效率的技術及設備。主要技術指標：

1）空壓機設備的能效等級達到國家節能能效標準的一級能效。

2）經過改造以后，每年節能效益達到20%以上（主要考核指標為改造前后電能的節約量，以電度表及流量計）。

4 技術方案

由于用氣設備和用氣點很多，用氣量隨著生產負載的波動，有時候會出現瞬時用氣量很大或很小的情況，這通常會造成壓縮空氣系統管網壓力波動很大。正常壓縮空氣系統需保證供氣壓力在1～2 kgf/cm2范圍內波動。為了保證系統壓力，導致系統耗能量和空壓機能耗的增加。壓力越高，輸出功率效率越低。

通過系統智能控制，使系統壓力、流量與壓縮機產氣量智能匹配，實現產需匹配，避免因為壓力過高、機組無效卸載所引起的能源浪費，減少無用功的產生。壓力每增加1 kgf/cm2，能量消耗增加約6%。壓力每減少1 kgf/cm2，能量消耗減少約6%。

通過提高空壓機自身效率的辦法來提高整個壓縮空氣系統的運行效率，重點是對一些老的空壓機進行更新換代，選用高效節能的機組來代替舊的空壓機。

空氣壓縮機是否節能的重要判斷標準為比功率。比功率是將空壓機組的輸入功率除以實際產氣量，得出的值即為空壓機的輸入比功率，單位是kW/（m3·min）。要了解1 臺螺桿空壓機的比功率，首先要對其輸入功率的概念有完整的認識。我們知道，用戶要支付的電費不是整臺機器的輸出功耗，而是整臺機器的輸入功耗，即該臺機器的總輸入能耗。

從技術設計原理來說，壓縮機壓縮過程存在內部泄漏，單級壓縮相較于雙級壓縮泄漏更大，造成了壓縮機的比功率較高，能耗高。因此，采用雙級、多級等溫壓縮能有效降低能耗，如現有雙級壓縮，一般比單級壓縮提高15%的能源利用。因此，更換為現有技術先進、比功率更低的雙級壓縮螺桿空壓機，可以有效提高能源的轉換，降低能耗。

5 壓風機改造應用效果

實施空壓機合同能源管理節能改造項目后，可以改變現有的設備能耗高、效率低、安全可靠性較差的現狀。既節約電力能源，降低了企業成本，同時也改變現有設備高能耗的現狀。

空壓機設備的能效等級達到國家節能一級能效標準；壓縮空氣系統全部智能控制，運行更穩定、安全；經過改造以后，每年節能效益達到20%以上。

以高家溝工區的空壓站節能改造為例：正常情況開機3 臺，1 臺長時間卸載（加載時間約8 h）；日開機時間為24 h，年工作時間為8 000 h；每小時空壓站總功率為587 kW；高峰需求氣量為80 m3/min（約8 h）；低谷總需求氣量為60 m3/min（約16 h）。則年耗電量高達469 萬kWh，每小時約293.5 元，每天約7 044 元，每年約235 萬元（注：電費按0.5 元/kWh、1 a 運行8 000 h 計算），按照最低20%的節能效益，每年最少可節電93 萬kWh 近50 萬元的電費。

6 結語

1）空壓機合同能源管理節能改造項目，可以改變現有的設備能耗高、效率低、安全可靠性較差的現狀。

2）空壓機節能改造項目，節約了大量的電力資源, 提高了空壓機設備的能耗標準，降低了運行成本，為推動煤炭產量和煤炭生產效益的提高做出了貢獻。