導(dǎo)語：空壓機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：目前，空壓機(jī)節(jié)能改造方面多采用變頻調(diào)速技術(shù)手段，通過生產(chǎn)實(shí)踐具有良好的節(jié)能效果，有效降低了空壓機(jī)能耗，提高了運(yùn)行效率；同時(shí)變頻調(diào)速的應(yīng)用也實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)的軟啟動(dòng)和恒壓供氣，延長(zhǎng)了設(shè)備壽命，保障了正常生產(chǎn)。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)空壓機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理和實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī)；壓縮空氣；變頻器；節(jié)能

空壓機(jī)是一種氣體壓縮設(shè)備，以氣體壓力作為動(dòng)力源，具有供壓穩(wěn)定、壓強(qiáng)大、可控性好的優(yōu)點(diǎn)，在鋼鐵廠煉鋼、連鑄、高爐噴煤等生產(chǎn)環(huán)節(jié)都有著十分廣泛的應(yīng)用，是生產(chǎn)必不可少的動(dòng)力設(shè)備。絕大多數(shù)氣動(dòng)元件都是以空壓機(jī)作為氣源來維持運(yùn)轉(zhuǎn)，因此運(yùn)行情況與企業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)。同時(shí)，空壓機(jī)也是工業(yè)生產(chǎn)中主要的能耗設(shè)備，用能耗約可占整個(gè)鋼鐵企業(yè)能耗的15％以上；但由于控制和運(yùn)行方式不當(dāng)?shù)仍?，連續(xù)工頻運(yùn)行下空壓機(jī)的電能消耗也是十分嚴(yán)重的，浪費(fèi)率最高可達(dá)到40%，節(jié)能空間巨大。在當(dāng)前鋼鐵企業(yè)節(jié)能增效的要求下，作為企業(yè)能耗大戶，空壓機(jī)的節(jié)能改造問題也成為企業(yè)技術(shù)公關(guān)的重點(diǎn)。目前，空壓機(jī)節(jié)能改造方面多采用變頻調(diào)速技術(shù)手段，通過生產(chǎn)實(shí)踐具有良好的節(jié)能效果，有效降低了空壓機(jī)能耗，提高了運(yùn)行效率；同時(shí)，變頻調(diào)速的應(yīng)用也實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)的軟啟動(dòng)和恒壓供氣，延長(zhǎng)了設(shè)備壽命，保障了正常生產(chǎn)。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)空壓機(jī)變頻節(jié)能技術(shù)的基本原理和實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了探討。

一、鋼鐵廠空壓機(jī)系統(tǒng)基本概況

1.空壓機(jī)運(yùn)行的基本原理?？諌簷C(jī)是通過對(duì)氣體的機(jī)械壓縮，改變氣體分子密度，使之具有壓力能的一種設(shè)備。從基本工作原理和能量轉(zhuǎn)換的角度來看，空壓機(jī)實(shí)質(zhì)是一種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，它利用了空氣的可壓縮性，把機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為氣體壓力能，然后通過氣體壓力能再推動(dòng)其他設(shè)備運(yùn)行做功。根據(jù)對(duì)氣體壓縮方式的不同，空壓機(jī)可分為容積式壓縮機(jī)和透平式壓縮機(jī)兩類。容積式壓縮機(jī)是在嚴(yán)格密閉條件下，對(duì)氣體進(jìn)行機(jī)械壓縮，通過減少容積和增大氣體密度來達(dá)到增大氣體壓力的目的；透平式壓縮機(jī)是通過旋轉(zhuǎn)的葉輪葉片對(duì)氣體做功，以提高氣體動(dòng)能和增大氣體壓力。2.鋼鐵廠空壓機(jī)系統(tǒng)基本概況。經(jīng)空壓機(jī)增壓后并具有壓力能的空氣稱之為壓縮空氣。在鋼鐵企業(yè)中，壓縮空氣是一種重要的動(dòng)力源，其應(yīng)用非常廣泛。例如燒結(jié)氣體輸送、高爐噴吹、氣刀噴吹、各種氣動(dòng)儀表閥等，都是采用空氣壓力作為其動(dòng)力來源。沒有壓縮空氣或者是氣體壓力不足，許多生產(chǎn)環(huán)節(jié)將無法生產(chǎn)，被迫停機(jī)，由此可見空壓機(jī)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)的重要性。為保證足夠的、不間斷的氣體壓力供應(yīng)，鋼鐵企業(yè)建立了遍布各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的復(fù)雜的壓縮空氣系統(tǒng)，因此，空壓機(jī)系統(tǒng)也是鋼鐵廠生產(chǎn)過程中電能消耗的重要環(huán)節(jié)。

二、空壓機(jī)采用變頻調(diào)速的必要性

鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)對(duì)于壓縮空氣的需求量是非常大的。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，壓縮空氣系統(tǒng)都是按照生產(chǎn)對(duì)壓縮空氣的最大需求量來決定電機(jī)容積的，設(shè)計(jì)冗余量一般偏大；而且采用工頻運(yùn)行方式，不能按照流量或是壓力的變動(dòng)來調(diào)節(jié)功率輸出。很多時(shí)間空壓機(jī)系統(tǒng)都是處于輕載運(yùn)行的狀態(tài)下，存在“大馬拉小車”的情況，空壓機(jī)功耗浪費(fèi)較大。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于壓縮空氣使用量隨時(shí)處在變化狀態(tài)，并非恒定，空壓機(jī)并不經(jīng)常在額定工況下運(yùn)行。為了調(diào)節(jié)用氣量變化對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，儲(chǔ)氣罐內(nèi)需保持一定的氣體壓力：第一種情況是當(dāng)空壓機(jī)排氣量正好滿足生產(chǎn)用氣量時(shí)，儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力不變；第二種情況是當(dāng)排氣量小于用氣量時(shí)，由儲(chǔ)氣罐作為壓力補(bǔ)償，保證系統(tǒng)壓力穩(wěn)定；第三種情況是當(dāng)排氣量大于用氣量時(shí)，如果空壓機(jī)此時(shí)仍恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，多余的氣體壓力則會(huì)在儲(chǔ)氣罐內(nèi)不斷積存?？諌簷C(jī)的功耗浪費(fèi)主要出現(xiàn)在第三種情況下。當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體壓力達(dá)到設(shè)定的壓力限值時(shí)，通?？諌簷C(jī)有兩種應(yīng)對(duì)措施，一種是空壓機(jī)空載運(yùn)行，不產(chǎn)生氣體壓力，但空載運(yùn)行下其用電量仍可達(dá)到滿負(fù)荷工況下的30％~60％，而這部分電能消耗則成為無用功而被白白浪費(fèi)了；另一種是讓空壓機(jī)停止運(yùn)行，這樣雖然避免了空壓機(jī)的空轉(zhuǎn)浪費(fèi)，但會(huì)帶來空壓機(jī)的頻繁啟停，工頻運(yùn)行下空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)的瞬間電流可達(dá)到額定電流的5~7倍，這無疑會(huì)對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備帶來較大的沖擊，導(dǎo)致空壓機(jī)和其他電氣設(shè)備使用壽命降低。為了使空壓機(jī)適應(yīng)復(fù)雜的工況，在滿足用氣量前提下盡量減少空壓機(jī)的無用功耗，需要空壓機(jī)能夠按照用氣量需要及時(shí)調(diào)整功率。因此，采用變頻調(diào)速無疑就成為空壓機(jī)節(jié)能降耗的有效辦法。當(dāng)用氣量減小時(shí)，空壓機(jī)和電動(dòng)機(jī)可以相應(yīng)地降低運(yùn)行功率和轉(zhuǎn)速，從而降低能耗；同時(shí)變頻調(diào)速的可連續(xù)調(diào)節(jié)和軟啟動(dòng)功能還能保持溫度、壓力等參數(shù)的穩(wěn)定，從而保證系統(tǒng)長(zhǎng)壽命穩(wěn)定運(yùn)行。

三、空壓機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理

變頻調(diào)速是一種通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制交流電動(dòng)機(jī)功率輸出的技術(shù)，它改變了電機(jī)在單一工頻模式下不能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和功率的弊端，實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)及其拖動(dòng)負(fù)載的“按需輸出”，使電機(jī)運(yùn)行更加高效節(jié)能。1.變頻調(diào)速節(jié)能系統(tǒng)的構(gòu)成?？諌簷C(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由變頻器、壓力傳感器、工頻轉(zhuǎn)換柜三部分組成。其中變頻器是系統(tǒng)運(yùn)行的核心，主要作用是改變電機(jī)工作電源頻率。運(yùn)行時(shí)根據(jù)傳感器的壓力反饋信號(hào)，經(jīng)過恰當(dāng)?shù)膹?qiáng)制變頻方法，將輸入的工頻電轉(zhuǎn)變?yōu)榉岛皖l率都可調(diào)節(jié)的交流電，然后再輸出至交流電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)的變速運(yùn)行；壓力傳感器主要用于采集氣壓管網(wǎng)的壓力信號(hào)，并將采集的信號(hào)以模擬信號(hào)的方式反饋給變頻器；工變頻轉(zhuǎn)換柜是變頻器的控制系統(tǒng)，通過變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)的自動(dòng)化變頻調(diào)速；同時(shí)還具有故障報(bào)警和狀態(tài)顯示功能，使人們通過轉(zhuǎn)換柜的顯示界面即可觀察到電機(jī)的電流、頻率、輸出、PID反饋值等實(shí)時(shí)工況信息。2.變頻調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行原理。變頻調(diào)速系統(tǒng)以壓力作為控制對(duì)象，通過對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變頻調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)輸出壓力自動(dòng)化控制，從而使空壓機(jī)輸出壓力與管網(wǎng)用氣量變化達(dá)到動(dòng)態(tài)化匹配的理想運(yùn)行狀態(tài)，降低功耗浪費(fèi)。變頻調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)首先由PID調(diào)節(jié)器獲取壓力傳感器反饋的壓力信號(hào)，并將其與預(yù)設(shè)的壓力給定信號(hào)相比較，進(jìn)行一系列運(yùn)算后形成綜合信號(hào)，然后再由PID將處理后的綜合信號(hào)傳輸至變頻器，由變頻器根據(jù)反饋信號(hào)與給定信號(hào)的壓力變動(dòng)量對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和工作頻率進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使空壓機(jī)輸出壓力與實(shí)際需求壓力相匹配?，F(xiàn)在很多變頻器本身就具有PID調(diào)節(jié)功能，一般不需要再外加PID調(diào)節(jié)器，系統(tǒng)布局也可以更加簡(jiǎn)單。

四、鋼鐵廠空壓機(jī)變頻控制的應(yīng)用

1.空壓機(jī)變頻改造方案。鋼鐵廠內(nèi)的壓縮空氣用戶遍布每一個(gè)工段，一般由多個(gè)獨(dú)立的空壓站供壓，每個(gè)空壓站采用“一拖二”的布置方式，由一個(gè)變頻器負(fù)責(zé)兩個(gè)或是多個(gè)空壓機(jī)電機(jī)的變頻控制；在儲(chǔ)氣罐內(nèi)加裝壓力傳感器以實(shí)時(shí)反饋儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力，PID調(diào)節(jié)器負(fù)責(zé)壓力反饋信號(hào)的處理與傳輸。生產(chǎn)時(shí)根據(jù)用氣量需求合理調(diào)度空壓機(jī)的啟停，并留有備用機(jī)。對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行變頻節(jié)能改造時(shí)，建議保留原有工頻系統(tǒng)和“五大保護(hù)”；在此基礎(chǔ)上，加裝工變頻互鎖切換裝置即可，根據(jù)生產(chǎn)和檢修的需要適時(shí)進(jìn)行工變頻的切換。為達(dá)到最佳的節(jié)能效果，消除高次諧波對(duì)電機(jī)的影響，根據(jù)空壓機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)建議選擇帶壓力反饋的矢量控制方式的變頻器，能夠四象限運(yùn)行；變頻器輸入端應(yīng)有抑制電磁干擾的有效措施。2.鋼鐵廠空壓機(jī)變頻控制的應(yīng)用。生產(chǎn)實(shí)際中，壓力的需求量是不斷變化的。當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力難以滿足用氣壓力時(shí)，壓力傳感器會(huì)將儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力不足的信號(hào)傳輸給PID調(diào)節(jié)器和變頻器，然后由變頻器控制電機(jī)提高轉(zhuǎn)速和輸出功率，加大空壓機(jī)供氣量，從而避免儲(chǔ)氣罐和系統(tǒng)管路壓力不足；而當(dāng)用氣量減少，儲(chǔ)氣罐壓力富足時(shí)，壓力傳感器同樣會(huì)將該壓力信號(hào)傳輸至變頻器，由變頻器控制電機(jī)降低轉(zhuǎn)速和輸出功率，從而避免了空壓機(jī)的功耗的浪費(fèi)。整個(gè)控制過程中，儲(chǔ)氣罐和系統(tǒng)管路的氣壓基本處在恒壓的狀態(tài)下，從而在節(jié)省電能消耗的同時(shí)達(dá)到了恒壓供氣的目的。

五、空壓機(jī)變頻控制的優(yōu)勢(shì)

1.節(jié)省電能消耗。變頻調(diào)速最大的優(yōu)勢(shì)就是實(shí)現(xiàn)了電機(jī)輸出功率與實(shí)際用氣量的實(shí)時(shí)匹配，在保證了空壓機(jī)正常供壓的前提下，避免了低用氣量下空壓機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)排空造成的電能浪費(fèi)，減少了無功損耗。就實(shí)際使用效果來看，節(jié)電率可達(dá)30％以上，保證了空壓機(jī)系統(tǒng)的節(jié)能高效運(yùn)行。2.減少設(shè)備故障率，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命?？諌簷C(jī)采用變頻調(diào)速之后，空壓機(jī)大多時(shí)間處在變頻工況下運(yùn)行，功耗降低隨之帶來的則是機(jī)械部件磨損的減少；另一方面，變頻調(diào)速減少了空壓機(jī)電機(jī)的啟停次數(shù)，軟啟動(dòng)下啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)及設(shè)備的沖擊也減少了很多，因而降低了設(shè)備的故障率和維修率，在正常維護(hù)下電機(jī)可比工頻運(yùn)行具有更長(zhǎng)的使用壽命。3.實(shí)現(xiàn)了恒壓供氣。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，通過壓力傳感器和變頻器實(shí)現(xiàn)了對(duì)儲(chǔ)氣罐壓力變化的實(shí)時(shí)反饋和對(duì)負(fù)載變化的調(diào)節(jié)，提高了供氣的可靠性和穩(wěn)定性，確保了壓縮空氣系統(tǒng)的恒壓供氣。因而也為生產(chǎn)工藝參數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量的控制提供了保障。4.運(yùn)行可靠。變頻調(diào)速使電機(jī)可以更好適應(yīng)電網(wǎng)工況變化，極大減少了因電網(wǎng)壓力波動(dòng)等原因而發(fā)生的故障。此外系統(tǒng)的過壓、欠壓、缺相、過流等保護(hù)功能和工變頻切換功能更加提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

六、結(jié)語

綜上所述，變頻調(diào)速系統(tǒng)保證了空壓機(jī)在生產(chǎn)所需壓力下的最低功耗運(yùn)行，降低了電機(jī)不必要的功率輸出，在實(shí)現(xiàn)了恒壓供氣的同時(shí)節(jié)省了空壓機(jī)電能消耗；另一方面，變頻調(diào)速的應(yīng)用也降低了設(shè)備的故障率，減少了檢修維護(hù)的壓力，提高了設(shè)備使用壽命。變頻節(jié)能設(shè)備改造后，我們對(duì)空壓機(jī)能耗進(jìn)行了調(diào)查，節(jié)電率可達(dá)到20％以上，為企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，是企業(yè)理想的節(jié)能設(shè)備，促進(jìn)了鋼鐵企業(yè)的節(jié)能減排、低碳生產(chǎn)。

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作者:王文峰 單位:河鋼邯鋼能源中心