宋韌 劉淑婷

（天津中環(huán)恒達(dá)節(jié)能科技有限公司，天津，300193）

1.空壓機(jī)能耗現(xiàn)狀及節(jié)能改造市場分析

空氣壓縮機(jī)作為工業(yè)制造行業(yè)的主要動力源，其能耗問題已經(jīng)引起了全世界的高度重視。但是，在我國對空壓機(jī)的節(jié)能潛力認(rèn)識不足，對空壓機(jī)節(jié)能改造技術(shù)涉及的內(nèi)容和如何利用節(jié)能服務(wù)公司的投資實(shí)施節(jié)能改造了解不多，本文對空壓機(jī)節(jié)能改造新技術(shù)應(yīng)用和改造創(chuàng)新模式加以了綜合提煉，以供工業(yè)用氣大戶企業(yè)的空壓機(jī)崗位技術(shù)人員、企業(yè)節(jié)能負(fù)責(zé)人等了解參考，使我國空氣壓縮機(jī)的能耗水平迅速趕超日本。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在中國壓縮空氣的耗電量占全國發(fā)電量的9.4%-10%，壓縮空氣系統(tǒng)的耗電量約占用氣企業(yè)總耗電量的15%-35%不等。在空氣壓縮機(jī)的壽命周期成本中，能耗成本占了約70%，在中國，壓縮機(jī)的平均使用負(fù)荷只有66%，“大馬拉小車”的現(xiàn)象是比較普遍的，僅僅設(shè)計(jì)運(yùn)營富裕出這部分功率，能源浪費(fèi)就高達(dá)12%，因此壓縮機(jī)的節(jié)能空間一般可以達(dá)到12%～50%。所以空壓機(jī)的節(jié)能已經(jīng)引起了業(yè)界，特別是節(jié)能服務(wù)公司、廠商及部分用氣企業(yè)的高度重視，目前空壓機(jī)節(jié)能改造技術(shù)措施主要包括：變頻改造、余熱回收、聯(lián)控器控制、新材料管路優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造、恒壓控制五個重要環(huán)節(jié)，其中采用變頻調(diào)速節(jié)能量可達(dá)到10%～35%，集中控制調(diào)節(jié)節(jié)能量可達(dá)到5%～15%，熱能回收節(jié)能量可達(dá)到20%～40%，新材料管路優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造節(jié)能量可達(dá)到5%～15%，恒壓控制節(jié)能量可達(dá)到10%～30%，當(dāng)然這些環(huán)節(jié)及技術(shù)改造實(shí)施后的節(jié)能潛力是由企業(yè)空壓機(jī)設(shè)計(jì)是否合理、使用工況、運(yùn)行維護(hù)操作水平和空壓機(jī)新舊程度等各種因素所決定的，并非每個用氣大戶企業(yè)空壓機(jī)的節(jié)能潛力都有這么大，根據(jù)我們對天津空壓機(jī)運(yùn)行狀況的市場調(diào)研，目前空壓機(jī)的節(jié)能改造潛力普遍巨大，在空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)改造實(shí)踐中，我們也深刻地認(rèn)識到使用單一的節(jié)能技術(shù)措施和產(chǎn)品往往不能達(dá)到理想的節(jié)能量，目前大部分企業(yè)在空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)改造是由空壓機(jī)專業(yè)廠家或?qū)I(yè)節(jié)能服務(wù)公司為其做系統(tǒng)能源評估之后，從空氣系統(tǒng)工作原理入手，結(jié)合多種節(jié)能措施和新產(chǎn)品對空氣系統(tǒng)做綜合節(jié)能新技術(shù)改造，這樣節(jié)能效果才能更加明顯，其中熱回收利用是空壓機(jī)節(jié)能減排最為顯著且直接的環(huán)節(jié)。

為貫徹落實(shí)《國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》，工業(yè)節(jié)能“十二五”規(guī)劃的總目標(biāo)是：到2015年，規(guī)模以上工業(yè)增加值能耗比2010年下降21%左右，“十二五”期間預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能量6.7億t標(biāo)準(zhǔn)煤。到2015年，鋼鐵、有色金屬、石化、化工、建材、機(jī)械、輕工、紡織、電子信息等重點(diǎn)行業(yè)單位工業(yè)增加值能耗分別比2010年下降18%、18%、18%、20%、20%、22%、20%、20%、18%。以上行業(yè)單位均使用空氣壓縮設(shè)備，從空氣壓縮機(jī)上尋求節(jié)能減排已經(jīng)是大勢所趨，因此也催生出很多空壓機(jī)節(jié)能的新技術(shù)、新產(chǎn)品，空壓機(jī)節(jié)能市場正處于孕育和大發(fā)展的前夜階段。

2.空壓機(jī)節(jié)能潛力分析與展望

我國制造業(yè)、甚至整個國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展面臨資源、能源和環(huán)境的嚴(yán)重制約，未來20年制造業(yè)的增長，如果單純依靠數(shù)量增長，這是資源、能源和環(huán)境所不能承受的。因此，我國必須依靠科技進(jìn)步，采取綠色制造技術(shù)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和附加值的同時，努力降低資源和能源消耗，這是未來制造業(yè)的發(fā)展方向，也是從制造大國走向制造強(qiáng)國的必由之路。

我國已裝機(jī)壓縮空氣系統(tǒng)使用中普遍浪費(fèi)嚴(yán)重，其節(jié)能在我國正成為一個迫切的研究課題。我國工業(yè)壓縮機(jī)的耗電量2008年約為2140億kW·h，約占全國總耗電量的6%。而GDP與我國相當(dāng)?shù)娜毡?，工業(yè)壓縮機(jī)耗電量僅為400億kW·h，我們的差距很大。

在當(dāng)前我國用戶的壓縮空氣系統(tǒng)中，能源浪費(fèi)主要表現(xiàn)為泄露偏大、壓縮機(jī)配置及運(yùn)行僅以保壓為目的、供給壓力不合理、噴嘴低效、設(shè)備用氣存在浪費(fèi)、現(xiàn)場工人用氣成本意識淡薄等問題。在泄露問題上，工廠中的泄露量通常占供氣量的10%～30%，而管理不善的工廠甚至可能高達(dá)50%。嚴(yán)重的是，現(xiàn)場管理人員遠(yuǎn)遠(yuǎn)地低估了泄漏造成的損失。加強(qiáng)泄漏損失意識、普及泄漏檢測及預(yù)防手段是當(dāng)前工作重點(diǎn)。

我國壓縮空氣用戶在氣動技術(shù)使用中存在效率偏低、浪費(fèi)嚴(yán)重、欲實(shí)施節(jié)能也無從下手和缺乏經(jīng)驗(yàn)等問題。在壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的研究和實(shí)施上，日本走在世界的前列。自1997年防止地球溫室效應(yīng)的“京都協(xié)議書”簽訂以來，日本全國開始了聲勢浩大的節(jié)能運(yùn)動，這其中也包括對壓縮空氣系統(tǒng)實(shí)施的節(jié)能活動。根據(jù)2002年日本流體動力工業(yè)會的調(diào)查，各企業(yè)實(shí)施節(jié)能后氣動能耗削減了10%～30%。日本在氣動節(jié)能技術(shù)研究應(yīng)用上遙遙領(lǐng)先于其他各國，已積累了一些成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。這些技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)在中國的消化、普及、再創(chuàng)新將成為中國氣動節(jié)能工作的當(dāng)務(wù)之急。

3.空壓機(jī)節(jié)能改造的節(jié)能評估技術(shù)手段

目前，對空壓機(jī)進(jìn)行能源評估的技術(shù)手段難度之大，也是制約節(jié)能改造的瓶頸之一，只有世界一流的空壓機(jī)制造商及專業(yè)節(jié)能服務(wù)公司具有這樣的實(shí)力，比如，美國英格索蘭公司（以下簡稱“IR”）對空壓機(jī)的評估方法可分為三個方面，分別是Intellisurvey評估（Intellisurvey評估儀是IR特有的空壓機(jī)評估儀器，可以采集空壓機(jī)的電流和系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)）、供氣端評估、空氣系統(tǒng)全面評估，不同的評估方法可以根據(jù)客戶的需要來選擇。

Intellisurvey評估的內(nèi)容主要是有IR提供專業(yè)的系統(tǒng)評估儀器，在客戶的空壓機(jī)上采集壓力和電流數(shù)據(jù)，評估周期為一個星期，采集數(shù)據(jù)多達(dá)幾百萬個，數(shù)據(jù)采集結(jié)束之后，由IR的專業(yè)工程師對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析進(jìn)而出具評估報(bào)告交予用戶，評估報(bào)告中包括用戶目前空壓機(jī)的運(yùn)行狀況分析、系統(tǒng)的節(jié)能空間以及可行的節(jié)能措施等內(nèi)容，為客戶提供了很有價值的信息。

供氣端評估的主要內(nèi)容除了包括Intellisurvey評估，還將空壓機(jī)的后處理設(shè)備的評估囊括其中，因?yàn)榭諌簷C(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣必須經(jīng)過后處理設(shè)備的凈化之后才能輸送到用氣端，所以，后處理設(shè)備是否存在浪費(fèi)和泄漏直接影響運(yùn)行效率，如果經(jīng)過評估發(fā)現(xiàn)后處理壓降較大或泄漏較大就必須采取相應(yīng)的措施來減少或消除浪費(fèi)。

空氣系統(tǒng)全面評估的主要內(nèi)容是在供氣端評估的基礎(chǔ)上再加上用氣端評估，也就是全廠系統(tǒng)綜合評估，通過系統(tǒng)全面評估后，就可以為用戶提供全廠的空氣管路的泄漏情況，管路設(shè)計(jì)是否合理等相關(guān)信息，并為用戶提供可行的空氣系統(tǒng)整體解決方案。

4.空壓機(jī)節(jié)能改造新技術(shù)運(yùn)用

目前，中國空壓機(jī)的節(jié)能改造技術(shù)遠(yuǎn)落后于日本，但通過政府的大力推進(jìn)以及企業(yè)的不斷創(chuàng)新，空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)已經(jīng)初見成效，空壓機(jī)的節(jié)能改造主要包括變頻調(diào)速、余熱回收、聯(lián)動控制、壓力控制和管路優(yōu)化等幾個方面，大部分空壓機(jī)使用者在尋求空壓機(jī)節(jié)能量最大化的過程中必須通過多種節(jié)能方式的綜合運(yùn)用才能實(shí)現(xiàn)。調(diào)速變頻一般情況下要和聯(lián)動控制、壓力控制相互配合才能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，空壓機(jī)余熱回收的應(yīng)用在企業(yè)中間倍受歡迎，因?yàn)榭諌簷C(jī)在運(yùn)行時，真正用于增加空氣勢能所消耗的電能，在總耗電量中只占很小的一部分，約15%左右。約85%的耗電轉(zhuǎn)化為熱量，通過風(fēng)冷或者水冷的方式排放到空氣中去（來自于美國能源署發(fā)布的空壓機(jī)電能轉(zhuǎn)換效率統(tǒng)計(jì)信息）。

圖1 空壓機(jī)電能轉(zhuǎn)換效率圖

所以以余熱回收的節(jié)能效果最為明顯，回報(bào)周期相對較短，是一種立竿見影的節(jié)能方式，它的用途主要包括鍋爐補(bǔ)水、工人洗浴、冬季供暖、工藝用水等，可以說余熱回收的運(yùn)用為企業(yè)節(jié)能立下了汗馬功勞，更重要的是大大降低了對大氣的熱排放，具有節(jié)能、延長用氣設(shè)備使用壽命、循環(huán)利用和環(huán)境保護(hù)的多重收效。

除了以上節(jié)能技術(shù)手段的運(yùn)用，管路優(yōu)化往往被大部分企業(yè)所忽略，目前企業(yè)中使用的壓縮空氣管路主要包括碳鋼管路、不銹鋼管路和超級管路（“超級管路”是IR提供的進(jìn)口鋁合金管路），通過對比發(fā)現(xiàn)，使用碳鋼管路初期投資成本較低，但從長遠(yuǎn)分析，碳鋼管路在用過一段時間之后會出現(xiàn)銹蝕和泄漏嚴(yán)重的現(xiàn)象，內(nèi)壁銹蝕不僅會造成壓縮空氣的阻力的增大，壓降增加，最關(guān)鍵的是影響空氣品質(zhì)，進(jìn)而對生產(chǎn)工藝造成不可逆的影響，而不銹鋼的管路雖然初期投資成本高，但長期看，不會出現(xiàn)銹蝕的現(xiàn)象，保證了生產(chǎn)的穩(wěn)定性。近幾年，一種新型管路涌向市場，其名稱為“超級管路”并受到很多用戶的青睞，這種超級管路由IR提供，是一種鋁合金擠壓成型管路，其優(yōu)勢是重量輕便美觀、易于安裝工期短、不銹蝕無泄露，可以為用戶提供優(yōu)質(zhì)的壓縮空氣，主要針對啤酒、醫(yī)藥、食品、汽車、機(jī)械、電子等行業(yè)。

所以，往往單一的節(jié)能措施和產(chǎn)品并不能帶來最大的節(jié)能效果，通過幾種節(jié)能產(chǎn)品的綜合利用以及空氣管路的優(yōu)化可以為企業(yè)帶來較大的節(jié)能成果，為企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排帶來很好的效果。

5.空壓機(jī)節(jié)能改造創(chuàng)新模式

空壓機(jī)節(jié)能改造模式早期多采取空壓機(jī)用戶和空壓機(jī)生產(chǎn)廠家直接合作，由用戶直接向空壓機(jī)廠家采購節(jié)能產(chǎn)品和交鑰匙節(jié)能改造工程。最近3年，“合同能源管理”模式逐漸進(jìn)入市場。所謂合同能源管理，就是由節(jié)能服務(wù)公司為客戶提供全面的能源服務(wù)：從能耗審計(jì)、設(shè)備投資、設(shè)備選取安裝到運(yùn)行維護(hù)、人員培訓(xùn)等全方位一條龍服務(wù)，該客戶以節(jié)能效益支付節(jié)能服務(wù)公司的投入及其合理利潤的節(jié)能服務(wù)項(xiàng)目。這種合作模式可以規(guī)避企業(yè)節(jié)能改造的資金不足和投資風(fēng)險(xiǎn)，合作模式最終實(shí)現(xiàn)四贏的結(jié)果，即用戶、節(jié)能服務(wù)公司、節(jié)能產(chǎn)品制造廠商和社會。

6.典型應(yīng)用案例

上海氯堿化工有限公司空壓系統(tǒng)全面節(jié)能改造方案，總節(jié)能收益130萬人民幣，投資回收期僅為一年多。

氯堿化工總共有10臺空壓機(jī)，其中3臺噴油螺桿機(jī)機(jī)器，3臺非油潤滑活塞機(jī)，3臺非英格索蘭無油潤滑活塞機(jī)，另有1臺報(bào)廢。通過系統(tǒng)評估對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，其中通過使用恒壓控制器、變頻器、聯(lián)控器以及余熱回收裝置對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化最終使用戶在集團(tuán)內(nèi)部節(jié)能項(xiàng)目評比中獲得第一名的好成績。