空调空压系统技术改造在化纤企业的应用与研究

庞海峰

（江苏文凤化纤集团有限公司，江苏海安 226600）

江苏文凤化纤集团有限公司是一家专业生产锦纶民用长丝的集团公司，产量江苏第一，全国第四。目前,公司有14台空压机和10台空调机组。近年来，公司组织实施了多项节能技术改造循环经济项目，其中3项列入国家资源节约与环境保护项目，5项列入江苏省节能与发展循环经济专项资金计划。公司是南通市“节能型标杆企业”，江苏省首批“循环经济试点企业”，通过了市组织的清洁生产、循环经济审核。实施的多项节能改造极大地降低了电能消耗，节约了生产成本。

为了进一步开展企业电力系统节能改造项目建设管理工作，公司主要实施项目如下：

(1) 空调系统节能改造

实现模块式涡旋直接制冷（热）技术在化纤中央空调改造中的应用，空压机组废热回用在中央空调系统改造中的应用。

(2) 空压机节能改造

采用变频器改造空压机,减少耗电,提高空压系统稳定性。

1 研究目的

模块式涡旋制冷（热）技术是将多联模块式涡旋制冷（热）机组蒸发器直接装置于化纤企业中央空调的表冷器部位，废除了原有系统的制冷机组、水泵机组及冷媒输送管道系统。使用直冷技术后，由于冷媒直接在压缩机与蒸发器之间转换，无需再由中间冷媒转换能源，大大提高了制冷效率，使得节能效果异常显著[1,2]。

空压机是各行各业广泛使用的生产设备，同时也是高耗能设备，其运行能源成本约占总成本77%以上。而运行能源成本中有约30%是由于空压机的工作方式，以及设计选型、使用、管路等问题产生的能源浪费，这些能源消耗提高了空压机的生产成本。

空压机担负着为工厂所有气动元件，包括各种气动阀门、网络喷嘴、吸枪提供气源的职责。因此，它运行的好坏直接影响工厂生产工艺。空压机的种类有很多，但其供气控制方式几乎都是采用加、卸载控制方式。该供气方式虽然原理简单、操作方便，但存在耗电量高、进气阀易损坏、供气压力不稳定、空载损耗大等问题。

随着我国经济的飞快发展，国家越来越关注高能耗设备的改造技术，而这种改造技术已受到人们的关注。在空压机供气领域应用变频调速技术进行改造，在节约电能的同时提高供气品质已是成熟技术。

2 实施背景

文凤化纤在锦纶长丝生产中使用制冷机组10台。夏天时，当环境气温高于18℃时，必须由制冷机组提供冷媒以确保生产工艺。特殊产品在环境温度高于15℃时，需要增开冷冻机降温；当环境温低于15℃时，必须通过电加热进行加热，来保证工艺空调温度在15℃～18℃。为了有效降低产品能耗，公司与东南大学合作，将模块式涡旋制冷（热）技术应用到锦纶长丝生产的中央空调制冷系统改造中[3]。

另外，公司使用的14台空压机组为螺杆式空压组，但控制方式采用机械式压力控制器控制。随着用气量的变化，经常增减载或空载运行，耗电量很大。为了降低生产成本，减少电能损耗，经调研确定采用变频器进行改造。改造方案为8台机组恒功率运行，6台机组改造为变频恒压运行。

3 节电原理

模块式涡旋直接制冷（热）技术具有高效节能的特点。模块式机组由数十个单元组合而成，这种设计以其单元步进的方式解决了其他机组很难解决的难题，即在负荷从最小到最大的变化过程中，机组电脑控制系统自动调节其输出与负荷始终保持最佳匹配，从而大大节省了运行费用。模块式涡旋制冷（热）技术可使制冷效率从普通机组的68%～95%提高到98%，节约了用户9.2%的制冷（热）空调运行费用。另外，由于采取了模块式直接插入表冷系统，使原来的冷媒水泵组、冷却水泵组、冷却塔的风电机全部省去，节约了36%的安装功率，而且新的模块式涡旋机组没有冷媒水在管道内的流动，就没有了结垢后导致传热效果变差的后果。经测验，仅仅这一改造就使新装置具有其它空调机组不可比拟的高能效比，机组运行费用低[4]，较其它形式的中央空调，可节能1/4～1/3左右，且运行过程中不使用水资源，更不会产生对环境有害的排泄物。改造前后的中央空调制冷机组流程组具体见图1和图2。

图1 改造前的中央空调制冷机组

图2 改造后的中央空调制冷机组

改造前后的中央空调制热流程见图3～4。

图3 改造前的中央空调制热流程

图4 改造后的中央空调制热流程

由于空压机基本上属于恒转矩负载，用变频调速的方法调整供气量能使电机的输出功率基本与转速（供气量）成正比关系，达到很好的节电效果。变频器可使电机在低速时也能提供满足负载需要的转矩。同时，变频器的节能模式，可使电机在满足负载转矩要求下以最小电流运行，达到更好的节电效果，而且提高了空压系统稳定性。辅以无功就地补偿系统，减少了电机损耗，降低了电能损耗[5]。空压机改造前后工作流程图见图5～6。

图5 空压机改造前工作流程图

图6 空压机改造后工作流程图

4 投资金额

空调改造投资231万元。投资设备一览表如表1。

表1 投资设备一览表

5 节电效果

5.1 模块式涡旋直接制冷（热）技术在化纤中央空调改造中的应用

改造前∶能效比＝3 885∶925＝4.2∶1

改造后∶能效比＝3 902∶840＝4.645∶1

改造后能效比提高：（4.645-4.2）/4.2＝10.60%

改造前制冷效率按81.5%计算，则：

改造后节约电力=（925×10.60%×81.5%）＋（469×85%-0）＋（45×100%-0）＝523.52（kW）

改造前总电力：925＋469＋45＝1 439 （kW）

节电率：523.52/1 439=36.38%

年节约电量：523.52×3 120＝1 633 382 （kWh）

5.2 空压机组废热回用在中央空调系统改造中的应用

改造前每台设备的装机容量为180kW，10台设备合计为1 800kW，改造后不要使用电力，年利率65%，年使用时间为2 160h，算出年节约用电量为1 800×65%×2 160＝2 527 200（kWh）。

5.3 空压机节能改造

改造前：本项目8台额定供气量为20m3/min、出口压力为0.85MPa 、功率132kW的空压机组，采用机械式压力控制器控制出口压力。按年运行8 000h，效率0.90计算，年总耗电量为：

8×132×8 000×0.90 ＝ 7 603 200（kWh）

改造后：运行方式采用“变频器＋压力传感器”方式，根据负载用气变化情况自动调节供气量。按年运行8000h，节电率10%，效率0.90计算，年节约电量为：

（8×132）×8 000×10%×0.90＝760 320（kWh）合计年节电量＝1 633 382＋2 527 200＋760 320＝4 920 902（kWh）

供电煤耗按330g/kWh计算，折合标煤1 623.9t。

节约电费：4 920 902×0.70＝344.46万元。

6 结语

随着世界锦纶产业格局向亚洲特别是中国大陆转移调整的继续，我国“一带一路”倡议的实施，以及国际性投资和贸易协定等由发达国家主导的区域贸易协定向纵深推进，国际投资将加速流入新兴纺织化纤生产国家和地区，有利于我国锦纶企业实施“走出去”战略，实现全球资源配置，提升我国锦纶行业的国际竞争力。通过以上节能工作的管理，增强了全体职工的节能意识、资源意识和环境意识，充分调动了职工节约能源的积极性和创造性，形成节能降耗，挖潜增效的良好氛围，为促进公司经济持续稳定发展做出更大的贡献。