调整转速以节能

文/Norbert Barlmeyer和Norbert Nischke
对压缩空气的需求量波动幅度较大，且压缩空气的产量又不能连续满足需求时，费用支出往往就会比较高。在此方面，带有移位（限位？）开关极限的旧式串级控制系统所起到的作用非常有限，这是因为这种系统所需的压缩量较高、空运行的时间较长，所以导致的能源消耗费用比较高。新型的转速可调的峰值载荷空压机克服了这些不足，因为它在理想的状态下，可以降低50%的费用。位于Merzig的Villeroy ＆ Boch AG公司甚至采用两台转速可调的螺杆式空压机：较小的一台作为单台设备，只用于周末；较大的一台则用于生产作业负荷的高峰时期，以保证企业正常的生产需求，避免产生压力波动。中央压缩空气站为整个区域供气
   整个500m x 60m大小的生产区域分为上部生产区和下部仓储和配送区。生产区域里还设有样机加工中心。整个区域所需的压缩空气由位于上部区域的中央压缩空气站供应。按照Villeroy ＆ Boch 公司技术部经理Christian Reinert的估计，它可以满足企业大约95%的用气需求量。其中，企业每天大约需要一半数量的压缩空气用于对大约500 t的原材料进行气动输送。剩余的5%数量的压缩空气被用于控制用气和雾化用气，以便把釉彩涂到瓷砖上。
   压缩空气中大约有50%的压力为4.5bar, 其他使用领域为6bar，由此可见压差比较小。在Reinert看来，如果分开生产压缩空气，并不能节省任何费用，所以他接受了这样一种做法：另外增加10%能源需求量来生产用于控制系统的另外50%的压缩空气（提高1bar的压力，能源费用要增加大约6-7%）。因此，Villeroy ＆ Boch 公司在中央压缩空气站上所设置的最大压缩空气压力为6.8bar，对用于输送领域的压缩空气，则通过使用减压阀把其压力调整到所需的水平。
   按照生产工艺的要求，瓷砖生产厂家需要把所购买的原材料进行湿磨和干燥，以形成均匀的粉末。粉末通过箕斗进行中间存储，然后再通过输送带系统被送往一个容积为3.5m3的椭圆形压力腔里。在充填过程结束之后，粉末被置于4.5bar压力的压缩空气之下，通过阀门进入管道。这个输送过程反复进行。在130m长的管线上分布着几百个调节阀（图1），按照压缩空气的不同压力要求，分别进行调节，以此来完成整个输送过程。在输送目的地，粉末再次被储存到料斗里，并逐步被传送给压力机。
   在此压缩空气输送系统中，哪里的输送线需要用到压缩空气，压缩空气就被输送到那里。由于压力输送腔的输送方向受到现有输送系统的制约，所以压缩空气的导入方向显得并不重要。与以往的输送技术相比，它具有耐磨损的特点，这主要是因为物料在管线中处于一种旋转或波浪式的运行状态。
产品更换以满足更大的生产需求
   Villeroy ＆ Boch AG公司采用原来的中央压缩空气站时只生产一种产品，其生产设备已经使用了20多年。原料筛选设备的改造也导致了对压缩空气需求量的增加。在改扩建的过程中，Villeroy ＆ Boch AG公司于2001年底对产品开始进行更换，2002年夏天又增加了两台Comp-Air的螺杆式空压机设备。
   该空压站目前拥有六台风冷式空压机，空压机工作时所散发出来的热风在夏天通过风道排出室外，在冬天可以被引到邻近的生产车间里进行供暖。目前，该空压站的总生产能力达到70.76m3/min，六台空压机的压缩空气通过总管道进入压缩空气容器，在终端位置还设有很多容器，其总的容量达到大约100m3（主管道符合DN80和DN100标准），以便满足局部耗能器在某些时候有大需求量的要求。压缩空气在三个冷干燥器中进行干燥处理。按照Christian Reinert的介绍，经过干燥处理后的压缩空气完全可以达到要求，企业可以不使用其它耗能大的吸收式干燥设备了。
　　该公司最早所询问的是一台132kW、固定转速的螺杆式空压机和一台90kW、转速可调的空压机，最后选中了Comp-Air公司的两台空压机设备。其中一台带有变频器，为转速可调型（图2），额定功率为132kW，最大送风量可以达到19.1 m3/min，频率为50Hz。另外一台空压机是固定转速的，额定功率为110kW。Comp-Air公司为转速可调的空压机配备了大功率电动机，这样在低转速和高载荷的情况下，设备也能提供足够的风量。另外，电动机的转速必须要与空压机的等级相匹配，即最大转速时的频率为50Hz，只有这样，空压机才能达到完美的工作状态。转速可调的空压机一般是一种通用型空压机，可以连续长时间工作，由于功率大，它的送风量应该比现有的其他单台设备都要大。正是因为只有这样，它才可以替代其他的空压机，并依据对压缩空气的不同需求量，确保平稳的开启和关闭。如果空压站只配备功率相同的空压机，则这种要求就很难得到满足了。
　　 目前该压缩空气站总的供风能力达到70.76 m3/min，利用率达到70-80%，平均峰值耗量为50 m3/min。还有20%的功率冗余相当于一台新的Comp-Air空压机的功率（19.1 m3/min）。当一台这样的空压机出现故障或需要维护时，使用大空压机的冗余功率即可保证生产的正常进行了。
可以看到，在Villeroy ＆ Boch公司的空压机站内，新的一台转速可调空压机在日常连续工作承担基本任务和峰值载荷时的任务，旧的一台转速可调空压机（非Comp-Air公司的产品，其送风量为8.9 m3/min）只在在周末工作。其他的空压机设备没有与上一级控制系统的开关相连接，开机顺序依据事先所掌握的需求量的情况而设定，所以在没有上一级控制系统干预的情况下，设备的空运行率也只有5%（主要是因为采用了转速可调的空压机的原因）。在周末只有旧的那台转速可调的空压机处于工作状态，其他空压机一律关闭，通过可调的转速对漏风损失进行补偿，并使管线处于良好的压力状态下，这样可以降低企业的运行成本。