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近幾年，在全國范圍內(nèi)持續(xù)發(fā)生大規(guī)模霧霾，污染嚴重，習主席在視察時親自過問。嚴重的環(huán)境污染對我們之前的經(jīng)濟增長方式甚至經(jīng)濟結構提出了質(zhì)疑，如果不能明顯降低能耗水平，當前的資源和環(huán)境可能無法承受。因此“節(jié)能減排”在“兩會”上發(fā)出了更強音;從中央到地方，從政府到企業(yè)都已經(jīng)將節(jié)能減排納入重要的議事日程。

節(jié)能減排是利國利民的大事，對于工業(yè)來說絕不是可有可無的。如果工業(yè)企業(yè)的產(chǎn)能接近飽和，而中央著力支持第三產(chǎn)業(yè)，那么在生存資源日漸緊張的情況下，每個傳統(tǒng)行業(yè)中都會有相當比例的企業(yè)會倒下，剩下的企業(yè)一定是在角逐中占據(jù)成本優(yōu)勢的企業(yè)。而節(jié)能關系到企業(yè)的成本，進而影響到盈虧平衡點，由量變引起質(zhì)變，它可能就會影響到是否能夠生存。這一點對于能耗高、毛利率低的某些行業(yè)尤為明顯。

用戶企業(yè)應該未雨綢繆，通過節(jié)能工作來降低成本，提高毛利率，減少包袱。節(jié)能不僅是降低生產(chǎn)成本的直接途徑之一，而且是提升企業(yè)內(nèi)生動力和市場競爭力的一個重要途徑。

2、壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能方案

2.1 發(fā)酵工藝改進及群體控制

發(fā)酵工藝是制藥企業(yè)的核心工藝，一般采用離心空壓機產(chǎn)生大流量的壓縮空氣，向發(fā)酵罐供應空氣，滿足有氧發(fā)酵的要求。

某制藥企業(yè)隨著發(fā)展壯大，發(fā)酵罐的數(shù)量由原來的19個增加至現(xiàn)在的24個，離心空壓機每小時耗電量大、每天24小時持續(xù)運轉(zhuǎn)、能耗成本很高，占據(jù)企業(yè)電費將近60%。通過持續(xù)改進，目前發(fā)酵能耗已經(jīng)下降30%左右，為企業(yè)創(chuàng)造了大量的純利潤。

其中改進的主要方法是：根據(jù)不同的發(fā)酵品種，對發(fā)酵工藝進行持續(xù)監(jiān)控，滿足發(fā)酵的更佳工藝要求，在此基礎上進行智能調(diào)節(jié)，使得供氣壓力、供氣流量恰好滿足更佳條件，提高發(fā)酵效率、提高產(chǎn)量，為企業(yè)實現(xiàn)增產(chǎn)、增收、節(jié)支。該技術重點采用監(jiān)控系統(tǒng)、空壓機群體控制系統(tǒng)，使得工藝需求更精確、氣體使用效率更高，在監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)助下對工藝進行持續(xù)改進。

2.2開創(chuàng)離心空壓機自由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的先河

2.2.1 離心空壓機的調(diào)節(jié)方式

離心壓縮機具有運行平穩(wěn)、流量大、設計效率較高等優(yōu)點，但也存在著流量調(diào)節(jié)較為復雜、容易發(fā)生喘振的缺點。

離心壓縮機常用的三種流量調(diào)節(jié)方式為：

(1)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使得離心壓縮機的特性曲線呈現(xiàn)平行線移動，不同轉(zhuǎn)速之下具有不同的流量-壓力特性，如圖1。

從圖中可見，隨著轉(zhuǎn)速下降，對應的流量和壓力都呈現(xiàn)下降，且曲線相互平行，此為“相似原理”。采用轉(zhuǎn)速下降進行調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)以下幾個特點：

a.不引入阻力損耗。通過轉(zhuǎn)速的降低，葉輪做功呈現(xiàn)自然下降，流量和輸出壓力呈現(xiàn)下降趨勢，不需要引入阻力環(huán)節(jié)，就能對流量進行調(diào)節(jié)。由于沒有阻力環(huán)節(jié)，不會因為阻力而損失能量。

b.壓縮過程中的損耗有所降低。通過轉(zhuǎn)速的降低，葉輪與空氣的相對運動速度減緩，摩擦等損耗有下降趨勢。體現(xiàn)在壓縮過程中的產(chǎn)熱量下降，損耗降低能夠節(jié)省壓縮時的功耗。

調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速是離心壓縮機的一種有效的調(diào)節(jié)方式，由于不引起阻力損耗、降低壓縮損耗的作用，是更省功的調(diào)節(jié)方式，在蒸汽透平壓縮機中使用廣泛，具有很多的應用實踐。因此，節(jié)能系統(tǒng)應優(yōu)先選用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方式。但是，對于電機拖動的離心壓縮機，其轉(zhuǎn)速是基本固定的，很難采用簡單的方式進行調(diào)速，通常的變頻調(diào)速又容易引起壓縮機發(fā)生喘振，因此，應選擇先進的、成熟的技術進行相應的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，本方案將進行重點敘述。

(2)調(diào)節(jié)閥門。調(diào)節(jié)閥門是離心壓縮機一種簡單的調(diào)節(jié)方式。通過對閥門的調(diào)節(jié)，開度減小，在閥門兩側(cè)形成壓力差，將系統(tǒng)的有效輸出壓力減少，氣體流動受限，從而使得流量減少，系統(tǒng)運行在所需的平衡點上。

閥門分為進氣閥門和排氣閥門，分別具有不同的作用：

a.進氣閥的阻礙作用，降低了實際的進氣壓力，形成了一定的真空度，進入的氣體變得相對稀薄，使得流量下降。同時，進氣閥也會提高進氣溫度。

b.排氣閥的阻礙作用，提高了實際輸出壓力，使得壓縮機向壓力增大、流量減小的工作點移動，限制了流量。

綜上，閥門的作用概括起來就是，通過引入流動阻力，使得流量降低，從而滿足工藝的要求，會造成能量的損失。

閥門的能量損失如圖2。

氣體流過閥門之后，由于閥門不是全開，存在阻力，壓力由P1下降到P2，形成了壓力差△P，損失的功率為：

W=△PF=(P1-P2)F

由于壓力差造成的能量損失，整體性能會降低，壓縮機的效率、排氣量會同步下降。

(3)調(diào)節(jié)導葉。導葉調(diào)節(jié)是離心壓縮機的一種調(diào)節(jié)方式，是通過誘導氣體沿著具有傾角的導流葉片流動，使氣體預旋，從而降低氣體與旋轉(zhuǎn)葉輪之間的相對速度，做功減少，壓縮程度減輕，流量減少。導葉調(diào)節(jié)的效果和能量損失介于速度調(diào)節(jié)和蝶閥調(diào)節(jié)之間。

綜上所述，本方案的核心方法是，采用更優(yōu)越的“調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速”代替“調(diào)節(jié)閥門”，從調(diào)節(jié)方法上進行改進，避免閥門的能量損耗，同時降低氣體溫度，實現(xiàn)節(jié)能。而且，降低溫度的同時也會有助于減低壓縮功耗，因此，節(jié)能效果出現(xiàn)疊加，總體節(jié)能效果較好。

2.2.2 離心空壓機節(jié)電原理

以上介紹了離心壓縮機更佳的調(diào)節(jié)方式是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，本方案就是圍繞轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)而展開。在運行過程中，對離心空壓機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的過程在于，根據(jù)氣體壓縮機的一系列變量的實時采樣，隨時計算出更優(yōu)工作狀態(tài);這個方案兼顧了氣體供應、能源消耗等方面，實現(xiàn)了更優(yōu)節(jié)能。通過更優(yōu)工作狀態(tài)的估計對它進行節(jié)能控制，類似于一個不知疲倦的氣體壓縮機專家一直在對氣體壓縮機進行實時診斷。在調(diào)節(jié)的時候盡量做到更優(yōu)，并盡量減少重復調(diào)節(jié)，使得氣體壓縮機的出力為更穩(wěn)定狀態(tài)，達到設計更大效率運行，節(jié)能效果顯著。

對于離心式氣體壓縮機而言，節(jié)能的主要步驟在于：

(1)避免氣體放空和旁路的問題;

(2)流量和壓力的更佳匹配，滿足更大效率點運行;

(3)更佳的控制方法，使得在更優(yōu)條件下運行并且避免喘振的可能性。

在實際的應用中，采取的控制方法大致介紹如下：通過實際運行，對當前的流量需求進行評估，并衡量實際產(chǎn)出速度。根據(jù)兩者之差，計算氣壓變動的速率，再預估氣壓的升高和降低的趨勢，預知將來的氣壓變化。根據(jù)這個變化趨勢，提前對空壓機進行逐步的、緩慢的調(diào)節(jié)，這樣既可以保證氣壓穩(wěn)定，又能夠保證空壓機的運行穩(wěn)定。

它通過測量運行參數(shù)，對離心壓縮機的運行進行實時分析，將參數(shù)規(guī)范化成為系統(tǒng)標準的格式。緊接著，根據(jù)管網(wǎng)氣壓和流量等參數(shù)，進行更大效率估計系統(tǒng)，對當前離心壓縮機的更大效率進行估計，能夠應用于閥門開度更大、壓縮產(chǎn)熱更少的運行狀態(tài)下。并通過前饋控制，對部分參數(shù)進行提前觀測，與更大效率計算一起，形成合理的控制指令。前饋控制的目的在于，避免壓縮氣體的響應滯后性帶來的系統(tǒng)頻繁波動。更終，結合防止喘振的特殊算法(發(fā)明專利)，形成轉(zhuǎn)速指令，并由此指揮轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)，實現(xiàn)合理的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，保證離心壓縮機的持續(xù)高效運行。

2.2.3技術優(yōu)勢

時代科儀離心空壓機節(jié)電王專門針對離心壓縮機，具有多項國家專利和軟件著作權，列出如表1。

這些專利技術，是北京時代科儀新能源科技有限公司在以往數(shù)年的節(jié)能實踐中，經(jīng)過多次試驗和分析改進而獲得的技術成果，具有非常典型的、成功的應用案例，極具推廣價值。

在研發(fā)過程中，結合了航天技術的應用，采用“人工智能”與“大數(shù)據(jù)”融合的專家控制系統(tǒng)，體現(xiàn)了技術專家的理論知識和現(xiàn)場經(jīng)驗。經(jīng)過實際運行，效果顯著。

2.2.4 離心空壓機節(jié)電王與變頻的區(qū)別

行業(yè)曾經(jīng)公認離心壓縮機不能采用變頻調(diào)節(jié)，這是因為，變頻調(diào)節(jié)是采用反饋控制，根據(jù)氣壓的變動不斷調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。由于用氣量不斷變化，造成壓縮機轉(zhuǎn)速不斷變動，且呈現(xiàn)出自然振蕩，寬幅波動。對于離心氣體壓縮機而言，變頻的頻繁調(diào)節(jié)容易達到喘振線而誘發(fā)喘振的可能性。同時，壓縮機轉(zhuǎn)速不斷波動時效率也低，節(jié)能效果不理想。

本節(jié)能系統(tǒng)借鑒了變頻對電機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)功能，并根據(jù)離心空壓機的特殊要求，對變頻技術進行了專門改進、升級，屬于特制的設備，不同于一般的高壓變頻。在控制系統(tǒng)方面，主要改進了頻率的計算模式，在研究了離心壓縮機特征的基礎上，創(chuàng)新的專利技術，使得離心壓縮機在變速時遠離了喘振線，避免了喘振。同時，更加穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速也提高了離心壓縮機的效率。

通過節(jié)能工作的開展，使企業(yè)的動力主機——離心壓縮機的功耗顯著下降，提高了企業(yè)整體的運行效率，對改善企業(yè)的經(jīng)營效益起到了積極的作用。

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