浅析空压机节能技术及其应用

孙建辉

摘 要：近年来，随着节能减排的不断深化，节能技术已经引起了人们的广泛关注。空压机作为工业生产中常用的设备，运行效率往往较低，随着科学技术的不断发展，节能技术开始在空压机中得到应用，并取得了较好的节能效果。本文主要针对空压机的节能技术及其应用进行简要的分析与阐述。

关键词：空压机；节能技术；变频

1引言

二十一世纪以来，随着我国经济社会的迅速发展，在推动人类社会进步的同时，却也带来了严重的资源浪费和环境污染问题。近年来随着节能减排的不断深化，节能技术开始得到人们的重视，并在生产生活的诸多领域得到了广泛的应用。空压机作为煤炭、钢铁等行业工业生产中的重要设备，其能耗较高且运行效率较低，已经成为生产过程中能源损耗的重要环节。本文主要针对空压机的节能技术进行了分析与阐述，通过节能技术的应用，不仅能够减少空压机的能耗，还能提高其使用寿命，降低生产成本。

2空压机运行存在的问题

空压机是一种利用电动机在压缩腔内对气体进行压缩，使之具有一定压力的设备，一般在工业生产中負责为其他气动设备提供动力来源，在煤炭、纺织、钢铁、化工等诸多领域都有着广泛的应用。空压机主要包括电动机、传动装置以及控制系统等几大部分组成，其耗电量较为严重。据统计我国大型工业设备的用电量占整个社会用电量的60%以上，而大型工业设备用电量中空压机用电量约占15%左右，其能耗在我国社会用电量中占据着重要的地位。另外有调查显示，空气机在5年的运行成本中，设备成本仅占总成本的12%左右，运行成本则占80%左右，可见降低空压机能耗对降低空压机运行成本有着重要的意义。空压机系统市场规模如下图所示，通过图中可以看出，空压机节能市场近年来始终保持较快的增长势头，发展潜力十分巨大。

经过长期生产实践的不断完善，空压机在机械原理等方面已经十分成熟，但随着人们对节能减排重视程度的不断提高，空压机在节能方面仍存在诸多问题。一般来说在工业生产中，生产过程中的用气量与用气压力等指标通常是不断变化的，这就要求空压机的运行状态不断随负荷要求发生变化。空压机的控制技术已经成为影响空压机效率和性能的重要因素，同时也是保证空压机安全稳定运行的重要保证，传统的控制方式包括以下两种。

2.1电气联锁控制技术

电气连锁控制就是通过对空压机管网压力的监控而实现的控制技术，当空压机产生的气量气压超过负荷需求时，管网的压力将上升，当压力值超过某一设定阈值时联锁信号控制空压机停机，从而降低管网的压力，当管网的压力下降到小于某一设定阈值时联锁信号将控制空压机再次开机。这种电气联锁的控制方式在负荷频繁变化且储气罐容量较小时，将导致空压机频繁的开停机，开停机时产生的冲击不仅对电力系统的稳定性造成了较大的影响，造成了较大的功率损耗，还对空压机造成了较大的损害，大大缩短了空压机的使用寿命。

2.2自动加卸载控制技术

自动加卸载控制是一种通过空压机电动机的加卸载而实现的控制方式，当管网压力超过某一设定的阈值时，控制调节空压机的进口导叶，通过导叶的减小实现空压机输出气量气压的减小；当导叶减小到最小状态且管网压力达到卸载压力阈值时，控制空压机电动机卸载，与压缩机脱离，此时电动机保持空载状态，空压机不再产生压缩空气，管网压力得以减小。当管网压力逐步降到加载压力阈值时，控制空压机电动机加载，与压缩机自动对接，并逐步打开导叶，满足符合的用气需求。与电气联锁控制方式相比，自动加卸载控制作为一种有级的控制方式，控制更加灵活，但电动机始终保持运转状态，一方面不利于电动机的使用寿命，另一方面造成了空载功耗的浪费。

3空压机节能技术及其应用

3.1变频控制技术

当前变频调速技术已经在空压机中得到了较为广泛的应用，并发挥了重要的节能效果。传统的空压机调速都是采用加载和卸载的瞬时方式实现，过电流较大，造成的电压波动与气压波动不仅造成了较大的能耗，还造成了设备较为严重的磨损，缩短了设备的使用寿命。变频调速技术就是利用变频器，根据电磁感应原理，通过改变电流的频率实现对空压机中电动机转速的控制与调节，其改变了传统的调速方式，具有更强的灵活性，能够在较短时间内实现空压机转速的多次调节，且调速过程更加平稳，从而大大减少了空压机转速调节过程中不必要的能量损耗，提高了空压机的运行效率。与传统的调速方式相比，变频调速技术更加适应空压机轻载运行条件，调速过程中电动机的电能损耗也大大降低。

3.2基于负荷预测的控制技术

负荷变化是导致空压机运行状态的改变的重要原因，由于控制装置对空压机的控制调节具有明显的滞后性，导致空压机的调节通常较为急促，一方面造成了较大的功耗损失，另一方面对空压机也造成了较大的损耗。通常在工业生产中，负荷的变化具有一定的规律，因此通过对负荷变化的预测，提前对空压机进行控制调节，通过缓变满足下一时刻的符合需求，一方面减少了空压机的骤停昼起，避免了对空压机的损耗，另一方面大大减少了空压机调整过程中不必要的功率损耗，提高了空压机的效率。

负荷预测的准确性直接决定了控制的精确性，为了实现准确的负荷预测，一方面控制算法中设置有反馈校正以及滚动优化环节，利用负荷的变化实时对预测模型进行更新和校正，实现精准的短期预测；另一方面对负荷变化的大数据进行分析与挖掘，分析负荷变化的长期性规律，进一步提高预测精度。

3.3空压机群优化控制技术

当单台空压机难以满足用户的需求时，需要利用空压机群来满足用户的更高需求。单台空压机的控制调节方式较为单调，只能通过空压机中电动机的启停、转速调整以及导叶开闭等操作实现，难以满足不同的负荷变化，而应用空压机群后，控制方式得到了较大的丰富，通过对多台空压机的组合控制，更能够适应负荷多样的变化情况，同时通过负荷的合理分配，能够使每台空压机都运行在最佳的负荷状态，从而有效延长空压机的使用寿命，降低空压机的维护成本。

空压机群优化控制技术需要对系统中不同区域进行监控，及时获取各区域空压机运行状况、各存储罐存储状况以及各管道的压力状况，并根据参数变化情况，利用遗传算法、蚁群算法等实现对空压机群的优化控制。

3.4无功补偿技术

通常来说，空压机中使用的电动机多为异步电动机，其能够随负荷的变化改变自身输出的功率，具有较强的适应能力。异步电动机在运行时会产生一定的无功损耗，当负荷发生突变时，无功损耗的突变将造成严重的能量损耗，因此利用无功补偿技术，采用电容器等无功补偿设备对空压机的无功损耗进行补偿十分有效，当异步电动机产生或吸收无功功率时，电容器可以起到吸收或释放无功的作用，从而大大降低空压机的电能损耗。

4结束语

空压机作为工业生产中的重要设备，在诸多工业生产领域得到了广泛的应用，利用节能技术降低空压机的能耗水平，对提高资源的利用率，促进我国经济的可持续发展都有着重要的积极意义。相信随着相关技术的不断发展与完善，空压机节能技术必将得到更加广泛应用，发挥更加显著的作用。

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