【壓縮機網(wǎng)】實施方案1：冷凍式
壓縮空氣干燥機市場，保有量最大的是冷凍式壓縮空氣干燥機，雖然這個機型處理量都偏小，且裝機功率也不大，但是全國范圍內(nèi)數(shù)量巨大，替換老舊或不合理設(shè)計的設(shè)備，可以為國家節(jié)省大量的電能。
我們以GA 200-7.5bar配置冷干機為例，-Reference conditions:-Absolute inlet pressure 1bar(14.5 psi).-Intake air temperature 20℃(68°F)。以市場上比較多的單筒管殼式冷干機及雙筒體冷干機為例。設(shè)計計算結(jié)果如下：
其實上述結(jié)果，板換冷干機配置變頻系統(tǒng)是為了應(yīng)對環(huán)境溫度引起的干燥機進氣溫度及風(fēng)機效率的問題，可保證干燥效果且降低能耗。單筒管殼式是以雙筒體同樣裝機功率反推所能達到的排氣溫度及排氣壓力露點。從計算結(jié)果可看出，更換新型板換冷干機節(jié)能效果顯著。
三種機器外觀如下：
我們應(yīng)該避免或者拒絕關(guān)于單筒管殼式冷干機排氣溫度低代表冷卻效果好的觀點。相反，單筒體管殼式冷干機往往是省去了預(yù)冷器，預(yù)冷器在冷干機中的作用是利用被冷媒冷卻的壓縮空氣與進氣的高溫潮濕氣體換熱，帶走冷凍干燥過程中超過一半的熱量，同時使被冷凍干燥的壓縮空氣復(fù)熱。即在雙筒體管殼式冷干機的排氣口壓縮空氣狀態(tài)是溫度32.5℃，壓力露點3℃，相對濕度RH 15.6%。
板換式冷干機排氣口的壓縮空氣狀態(tài)是：溫度40℃，壓力露點3℃，相對濕度RH 10.4%；而單筒體管殼式冷干機排氣狀態(tài)為:溫度26.8℃，壓力露點26.8℃，相對濕度RH 100%。而以上計算均為理論值，環(huán)境溫度為15℃較低的時候，因汽水分離效率差，帶有預(yù)冷器的冷干機露點會略有上升，但是因為不飽和度較大，空壓站房管道內(nèi)氣體哪怕冷卻至與室溫相同，雙筒體冷干機與板換冷干機均不會出現(xiàn)液態(tài)水。而單筒體冷干機，會因為管道降溫，后端使用點會出現(xiàn)大量的冷凝水。
相反，若是江南地區(qū)梅雨較熱的天氣，又因為單筒體排氣溫度過低，導(dǎo)致空壓站內(nèi)的管道外壁出現(xiàn)大量的冷凝水，站房內(nèi)順著管道的位置大片水漬，既不安全又不美觀，還需要打掃衛(wèi)生。
實施方案2：螺桿機配套吸干機改造
我們還是以GA 200-7.5bar配置吸干機為例，Reference conditions：-Absolute inlet pressure 1bar(14.5psi)。-Intake air temperature 20℃(68°F)。以市場上比較多的無熱、微熱、微氣耗鼓風(fēng)、零氣耗鼓風(fēng)及最新的調(diào)峰型真空鼓風(fēng)零氣耗為例。設(shè)計計算結(jié)果下:
RV型真空零氣耗鼓風(fēng)熱計算費用以江蘇峰谷電為基準(zhǔn)，因為其可以調(diào)峰，鼓風(fēng)加熱再生階段全部自動調(diào)整至每天0:00-8:00。
最終算上冷卻水等消耗，實際費用對比如下:
若改造周期以10年計算，則有如下結(jié)果:
由上述理論計算結(jié)果可知，單一臺40立方的螺桿機后端干燥機改造，若針對無熱微熱機型，10年可節(jié)省數(shù)百萬人民幣費用。
實施方案3：離心機配套吸干機改造
我們以710(+)-7bar配置吸干機改造能耗對比，壓縮機入口條件為Free Air Delivery according to ASME PTC10 and ISO 5389.-Reference conditions:-Inlet pressure 1 bar(a)-Inlet temperature 35℃(95°F)-Humidity 60%-Cooling water temperature 26.7℃(80°F)需求露點-40℃，排除冷干機。市場上以微熱吸干機、微氣耗鼓風(fēng)熱吸干機、零氣鼓風(fēng)熱吸干機、微氣耗壓縮熱吸干機及零氣耗壓縮熱吸干機為主。因微氣耗鼓風(fēng)熱設(shè)備設(shè)計制造良莠不齊，能耗對比將此機型剔除。表3為簡易的壓縮熱機型與微熱機型的能耗對比。
可以看出，將微熱等老舊機型改為壓縮熱機型，節(jié)能空間巨大。而為了更好的做能耗對比或者將空壓站改造到更加節(jié)能，我們引入一級能效空壓站設(shè)計理念，在設(shè)備中引入壓縮機末級熱回收器。初步整理計算如表4。
可以看出引入熱回收后，若計算熱水帶來的電能回收，整體收益巨大。通過對空壓站系統(tǒng)的能效計算，可以有更加直觀的印象?？諌赫拘枨?，壓力露點-40℃，流量140m3/min，計算過程設(shè)置了空壓站必須的風(fēng)機、電器、水泵等輔助設(shè)備電耗，其能效等級對應(yīng)如表5。
計算結(jié)果未通過一級能效。
計算結(jié)果未通過一級能效。
計算結(jié)果通過一級能效。
計算結(jié)果通過一級能效。
計算結(jié)果通過一級能效，遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)值。
由上述計算過程可看出，空壓站的改造往節(jié)能方向改造主要是熱回收、零氣耗、低阻力等。上述計算結(jié)果會與實際測量數(shù)據(jù)有相當(dāng)?shù)某鋈?，請?jǐn)慎引用，此計算過程只做參考方向。
推薦計算過程
根據(jù)T∕CGMA 033001-2018《壓縮空氣站能效分級指南》第6章能效分級要求，當(dāng)壓縮空氣站輸出為相同參數(shù)(壓力、壓力露點、含油量)的壓縮空氣時，按規(guī)定對縮空氣站能效分級，綜合輸功效率應(yīng)按下式計算:
η——壓縮空氣站綜合輸功效率；
δ——壓縮熱回收利用修正系數(shù)；
ηW——壓縮空氣站輸功效率(以下簡稱“輸功效率”)；
ηR——壓縮熱能回收利用率；
ER——壓縮空氣站回收利用的熱量，單位為千瓦小時(kW·h)；
Ej——第j臺空氣壓縮機組消耗的電量，單位為千瓦小時(kW·h)；
Px——空氣壓縮機吸氣壓力(絕對壓力)單位兆帕(MPa)；
QZ——測量時間段內(nèi)，壓縮空氣站供氣平均流量(空氣壓縮機吸氣狀態(tài))，單位為立方米每分(m3/min)；
t——測量周期時間，單位為小時(h)；
Pz——壓縮空氣站供氣壓力(表壓)單位為兆帕(MPa)；
Ez——測量時間段內(nèi)，壓縮空氣站用電總量，單位為千瓦小時(kW·h)。
當(dāng)壓縮空氣站的同一系統(tǒng)輸出不同壓力露點，不同含油量品質(zhì)的壓縮空氣時，應(yīng)采用露點修正系數(shù)和(或)含油修正系數(shù)，修正到一致的露點和(或)含油量壓縮空氣品質(zhì)后，對壓縮空氣站能效分級，綜合輸功效率η應(yīng)按下式計算:
ηi——第i路壓縮空氣輸功效率；
θi——第i路壓縮空氣氣量占比；
mi——第i路壓縮空氣含油修正系數(shù)，當(dāng)輸出壓縮空氣含油量低于0.01mg/m3·mi=1.05；否則mi=l；
ni——第i路壓縮空氣干燥露點修正系數(shù)；
PX——空氣壓縮機吸氣壓力(絕對壓力)單位兆帕(MPa)；
Qi——測量時間段內(nèi)，第i路供氣平均流量(空氣壓縮機吸氣狀態(tài))，單位為立方米每分(m3/min)；
PZi——第i路壓縮空氣站供氣壓力(表壓)單位為兆帕(MPa)；
Ei——測量時間段內(nèi)，第i路綜合用電量，單位為千瓦小時(kW·h)；
QZ——測量時間段內(nèi)，壓縮空氣站供氣平均流量(空氣壓縮機吸氣狀態(tài))，單位為立方米每分(m3/min)；
EZ——測量時間段內(nèi)，壓縮空氣站用電總量，單位為千瓦小時(kW·h)。
【壓縮機網(wǎng)】實施方案1：冷凍式
壓縮空氣干燥機市場，保有量最大的是冷凍式壓縮空氣干燥機，雖然這個機型處理量都偏小，且裝機功率也不大，但是全國范圍內(nèi)數(shù)量巨大，替換老舊或不合理設(shè)計的設(shè)備，可以為國家節(jié)省大量的電能。
我們以GA 200-7.5bar配置冷干機為例，-Reference conditions:-Absolute inlet pressure 1bar(14.5 psi).-Intake air temperature 20℃(68°F)。以市場上比較多的單筒管殼式冷干機及雙筒體冷干機為例。設(shè)計計算結(jié)果如下：
其實上述結(jié)果，板換冷干機配置變頻系統(tǒng)是為了應(yīng)對環(huán)境溫度引起的干燥機進氣溫度及風(fēng)機效率的問題，可保證干燥效果且降低能耗。單筒管殼式是以雙筒體同樣裝機功率反推所能達到的排氣溫度及排氣壓力露點。從計算結(jié)果可看出，更換新型板換冷干機節(jié)能效果顯著。
三種機器外觀如下：
我們應(yīng)該避免或者拒絕關(guān)于單筒管殼式冷干機排氣溫度低代表冷卻效果好的觀點。相反，單筒體管殼式冷干機往往是省去了預(yù)冷器，預(yù)冷器在冷干機中的作用是利用被冷媒冷卻的壓縮空氣與進氣的高溫潮濕氣體換熱，帶走冷凍干燥過程中超過一半的熱量，同時使被冷凍干燥的壓縮空氣復(fù)熱。即在雙筒體管殼式冷干機的排氣口壓縮空氣狀態(tài)是溫度32.5℃，壓力露點3℃，相對濕度RH 15.6%。
板換式冷干機排氣口的壓縮空氣狀態(tài)是：溫度40℃，壓力露點3℃，相對濕度RH 10.4%；而單筒體管殼式冷干機排氣狀態(tài)為:溫度26.8℃，壓力露點26.8℃，相對濕度RH 100%。而以上計算均為理論值，環(huán)境溫度為15℃較低的時候，因汽水分離效率差，帶有預(yù)冷器的冷干機露點會略有上升，但是因為不飽和度較大，空壓站房管道內(nèi)氣體哪怕冷卻至與室溫相同，雙筒體冷干機與板換冷干機均不會出現(xiàn)液態(tài)水。而單筒體冷干機，會因為管道降溫，后端使用點會出現(xiàn)大量的冷凝水。
相反，若是江南地區(qū)梅雨較熱的天氣，又因為單筒體排氣溫度過低，導(dǎo)致空壓站內(nèi)的管道外壁出現(xiàn)大量的冷凝水，站房內(nèi)順著管道的位置大片水漬，既不安全又不美觀，還需要打掃衛(wèi)生。
實施方案2：螺桿機配套吸干機改造
我們還是以GA 200-7.5bar配置吸干機為例，Reference conditions：-Absolute inlet pressure 1bar(14.5psi)。-Intake air temperature 20℃(68°F)。以市場上比較多的無熱、微熱、微氣耗鼓風(fēng)、零氣耗鼓風(fēng)及最新的調(diào)峰型真空鼓風(fēng)零氣耗為例。設(shè)計計算結(jié)果下:
RV型真空零氣耗鼓風(fēng)熱計算費用以江蘇峰谷電為基準(zhǔn)，因為其可以調(diào)峰，鼓風(fēng)加熱再生階段全部自動調(diào)整至每天0:00-8:00。
最終算上冷卻水等消耗，實際費用對比如下:
若改造周期以10年計算，則有如下結(jié)果:
由上述理論計算結(jié)果可知，單一臺40立方的螺桿機后端干燥機改造，若針對無熱微熱機型，10年可節(jié)省數(shù)百萬人民幣費用。
實施方案3：離心機配套吸干機改造
我們以710(+)-7bar配置吸干機改造能耗對比，壓縮機入口條件為Free Air Delivery according to ASME PTC10 and ISO 5389.-Reference conditions:-Inlet pressure 1 bar(a)-Inlet temperature 35℃(95°F)-Humidity 60%-Cooling water temperature 26.7℃(80°F)需求露點-40℃，排除冷干機。市場上以微熱吸干機、微氣耗鼓風(fēng)熱吸干機、零氣鼓風(fēng)熱吸干機、微氣耗壓縮熱吸干機及零氣耗壓縮熱吸干機為主。因微氣耗鼓風(fēng)熱設(shè)備設(shè)計制造良莠不齊，能耗對比將此機型剔除。表3為簡易的壓縮熱機型與微熱機型的能耗對比。
可以看出，將微熱等老舊機型改為壓縮熱機型，節(jié)能空間巨大。而為了更好的做能耗對比或者將空壓站改造到更加節(jié)能，我們引入一級能效空壓站設(shè)計理念，在設(shè)備中引入壓縮機末級熱回收器。初步整理計算如表4。
可以看出引入熱回收后，若計算熱水帶來的電能回收，整體收益巨大。通過對空壓站系統(tǒng)的能效計算，可以有更加直觀的印象?？諌赫拘枨?，壓力露點-40℃，流量140m3/min，計算過程設(shè)置了空壓站必須的風(fēng)機、電器、水泵等輔助設(shè)備電耗，其能效等級對應(yīng)如表5。
計算結(jié)果未通過一級能效。
計算結(jié)果未通過一級能效。
計算結(jié)果通過一級能效。
計算結(jié)果通過一級能效。
計算結(jié)果通過一級能效，遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)值。
由上述計算過程可看出，空壓站的改造往節(jié)能方向改造主要是熱回收、零氣耗、低阻力等。上述計算結(jié)果會與實際測量數(shù)據(jù)有相當(dāng)?shù)某鋈?，請?jǐn)慎引用，此計算過程只做參考方向。
推薦計算過程
根據(jù)T∕CGMA 033001-2018《壓縮空氣站能效分級指南》第6章能效分級要求，當(dāng)壓縮空氣站輸出為相同參數(shù)(壓力、壓力露點、含油量)的壓縮空氣時，按規(guī)定對縮空氣站能效分級，綜合輸功效率應(yīng)按下式計算:
η——壓縮空氣站綜合輸功效率；
δ——壓縮熱回收利用修正系數(shù)；
ηW——壓縮空氣站輸功效率(以下簡稱“輸功效率”)；
ηR——壓縮熱能回收利用率；
ER——壓縮空氣站回收利用的熱量，單位為千瓦小時(kW·h)；
Ej——第j臺空氣壓縮機組消耗的電量，單位為千瓦小時(kW·h)；
Px——空氣壓縮機吸氣壓力(絕對壓力)單位兆帕(MPa)；
QZ——測量時間段內(nèi)，壓縮空氣站供氣平均流量(空氣壓縮機吸氣狀態(tài))，單位為立方米每分(m3/min)；
t——測量周期時間，單位為小時(h)；
Pz——壓縮空氣站供氣壓力(表壓)單位為兆帕(MPa)；
Ez——測量時間段內(nèi)，壓縮空氣站用電總量，單位為千瓦小時(kW·h)。
當(dāng)壓縮空氣站的同一系統(tǒng)輸出不同壓力露點，不同含油量品質(zhì)的壓縮空氣時，應(yīng)采用露點修正系數(shù)和(或)含油修正系數(shù)，修正到一致的露點和(或)含油量壓縮空氣品質(zhì)后，對壓縮空氣站能效分級，綜合輸功效率η應(yīng)按下式計算:
ηi——第i路壓縮空氣輸功效率；
θi——第i路壓縮空氣氣量占比；
mi——第i路壓縮空氣含油修正系數(shù)，當(dāng)輸出壓縮空氣含油量低于0.01mg/m3·mi=1.05；否則mi=l；
ni——第i路壓縮空氣干燥露點修正系數(shù)；
PX——空氣壓縮機吸氣壓力(絕對壓力)單位兆帕(MPa)；
Qi——測量時間段內(nèi)，第i路供氣平均流量(空氣壓縮機吸氣狀態(tài))，單位為立方米每分(m3/min)；
PZi——第i路壓縮空氣站供氣壓力(表壓)單位為兆帕(MPa)；
Ei——測量時間段內(nèi)，第i路綜合用電量，單位為千瓦小時(kW·h)；
QZ——測量時間段內(nèi)，壓縮空氣站供氣平均流量(空氣壓縮機吸氣狀態(tài))，單位為立方米每分(m3/min)；
EZ——測量時間段內(nèi)，壓縮空氣站用電總量，單位為千瓦小時(kW·h)。
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