煤矿空压机设备节能研究与改造应用

裴利星

（阳泉煤业（集团）有限责任公司一矿， 山西 阳泉 045008）

1 改造的背景和意义

随着世界经济高速发展，节能减排成为世界高品质发展的主题。我国空压机行业的应用涉及电力、冶金、纺织、电子、化工、食品医药、军工科技等各个领域。空压系统电能消耗占工业能耗的8%～10%左右，全国空压机耗电量约为2 260 亿kW·h/a，其中有效能耗只占66%，其余34%的能量（约768.4 亿kW·h/a）被浪费。可见空压系统的节能工作亟待高效开展。

空压机是一个能耗比较大的动力设备，是工厂能耗最大的设备之一。通过对现场的统计分析和研究，发现在压风站空压机设备真正用于生产的压缩空气不到压缩机产气量的70%，其他30%以上的电力消耗并没有真正用在生产上，而是成为了非生产性的浪费。

合同能源管理是通过科学检测评估空气系统现状给出基于实际情况的评估报告的一种管理方式，所以通过合同能源管理的模式并应用一些专业的系统节能方案，可以使企业不仅不需要承担节能项目实施的资金和技术风险，而且在降低用能成本的同时获得节能带来的收益和获得ESCO（节能服务公司）提供的设备。

空压机合同能源管理节能改造项目的实施，不仅可节约大量的电力资源，而且可提高企业煤炭产量和生产效益。

2 改造项目优势

1）项目不但实现各类节能收益，还不会有技术、费用方面的风险。

2）节能效率高，工区EMC 项目的年节能率可达到20%～40%。

3）完善节能服务，实现资金更好的流通。

4）增加节能管理经验和提升素质，促进内部管理科学化。

5）能更好、更专业地实现节能管理，提供更加系统的体系和技术服务。

6）可以在项目实施后即刻实现能源利用成本下降。

3 研究内容和关键技术

3.1 项目目标

通过对各工区空气压缩机的使用及能耗状况调查、分析。利用高效率的设备、合理运行控制系统，以合同能源管理的方式对各压风站的压缩空气系统的进行改造。在满足现有生产的情况，降低空压机设备耗电量，达到节能减排的目的。

3.2 节能技术及节能设备的选择

根据工区压缩空气系统设备的实际状况、条件。选择适合现场且具备现有先进的节能效率的技术及设备。主要技术指标：

1）空压机设备的能效等级达到国家节能能效标准的一级能效。

2）经过改造以后，每年节能效益达到20%以上（主要考核指标为改造前后电能的节约量，以电度表及流量计）。

4 技术方案

由于用气设备和用气点很多，用气量随着生产负载的波动，有时候会出现瞬时用气量很大或很小的情况，这通常会造成压缩空气系统管网压力波动很大。正常压缩空气系统需保证供气压力在1～2 kgf/cm2范围内波动。为了保证系统压力，导致系统耗能量和空压机能耗的增加。压力越高，输出功率效率越低。

通过系统智能控制，使系统压力、流量与压缩机产气量智能匹配，实现产需匹配，避免因为压力过高、机组无效卸载所引起的能源浪费，减少无用功的产生。压力每增加1 kgf/cm2，能量消耗增加约6%。压力每减少1 kgf/cm2，能量消耗减少约6%。

通过提高空压机自身效率的办法来提高整个压缩空气系统的运行效率，重点是对一些老的空压机进行更新换代，选用高效节能的机组来代替旧的空压机。

空气压缩机是否节能的重要判断标准为比功率。比功率是将空压机组的输入功率除以实际产气量，得出的值即为空压机的输入比功率，单位是kW/（m3·min）。要了解1 台螺杆空压机的比功率，首先要对其输入功率的概念有完整的认识。我们知道，用户要支付的电费不是整台机器的输出功耗，而是整台机器的输入功耗，即该台机器的总输入能耗。

从技术设计原理来说，压缩机压缩过程存在内部泄漏，单级压缩相较于双级压缩泄漏更大，造成了压缩机的比功率较高，能耗高。因此，采用双级、多级等温压缩能有效降低能耗，如现有双级压缩，一般比单级压缩提高15%的能源利用。因此，更换为现有技术先进、比功率更低的双级压缩螺杆空压机，可以有效提高能源的转换，降低能耗。

5 压风机改造应用效果

实施空压机合同能源管理节能改造项目后，可以改变现有的设备能耗高、效率低、安全可靠性较差的现状。既节约电力能源，降低了企业成本，同时也改变现有设备高能耗的现状。

空压机设备的能效等级达到国家节能一级能效标准；压缩空气系统全部智能控制，运行更稳定、安全；经过改造以后，每年节能效益达到20%以上。

以高家沟工区的空压站节能改造为例：正常情况开机3 台，1 台长时间卸载（加载时间约8 h）；日开机时间为24 h，年工作时间为8 000 h；每小时空压站总功率为587 kW；高峰需求气量为80 m3/min（约8 h）；低谷总需求气量为60 m3/min（约16 h）。则年耗电量高达469 万kWh，每小时约293.5 元，每天约7 044 元，每年约235 万元（注：电费按0.5 元/kWh、1 a 运行8 000 h 计算），按照最低20%的节能效益，每年最少可节电93 万kWh 近50 万元的电费。

6 结语

1）空压机合同能源管理节能改造项目，可以改变现有的设备能耗高、效率低、安全可靠性较差的现状。

2）空压机节能改造项目，节约了大量的电力资源, 提高了空压机设备的能耗标准，降低了运行成本，为推动煤炭产量和煤炭生产效益的提高做出了贡献。