空压机节能控制技术发展趋势

空压机节能控制技术发展趋势
李!桂!红
（宝山钢铁股份有限公司不锈钢分公司能环部，上海"##$%&）
摘要：结合不锈钢分公司空压机控制技术的应用，分析几个不同空压机控制技术在节能方面的应用特点，根据现今控制技术的发展对今后进一步提高空压机节能效果将采用的控制技术进行了探讨。

关键词：空压机；节能；优化；控制；趋势
!!为防止全球变暖，世界性节能导向极为必要。

节能减排工作目前已成为全球关注的热点。

国家发改委"##’年将采取八项措施推动节能减排工作，措施之一即推动技术进步，全面实施十大重点节能工程，其中包括电机系统节能工程。

电机系统包括电动机、被拖动装置、传动控制系统及管网负荷。

电机系统用电量约占全国用电量的(#)，其中压缩机用电量占全国用电量的*+$)。

我国’#)以上的电机产品效率比国外先进水平低",-个百分点；风机、泵、压缩机产品效率比国外先进水平低",$个百分点；电机传动调速及系统控制技术差距较大，产品效率比国外先进水平低"#),%#)。

可见，解决电机系统尤其是系统匹配不合理、设备长期低负荷运行、系统控制方式落后问题，挖掘能源节约将有巨大的潜力。

!"空压机主要控制技术的应用
在压缩空气系统中一方面由于生产过程的用气量、用气压力的变化引起管网的流量、压力不断变化要求压缩机的运行工况不断的变化；另一方面，用气量、用气压力的变化对压缩机的效率也会产生一定的影响。

为了保持压缩机经济运行，充分发挥压缩机组的潜能，需要对其进行调节。

离心压缩机、活塞式压缩机、螺杆压缩机是现代企业大中型压缩机的主流。

离心式、螺杆式和活塞式压缩机组在运行过程中常用控制技术包括以下几种。

!#!"电气联锁控制技术
电气联锁控制即当空压机供气流量大于用户使用量使管网压力上升、压力值超过设定压力上限时联锁信号控制压缩机停机，随着压缩空气消耗，管网压力下降，当压力下降至设定压力下限时，连锁信号控制压缩机启动。

这种控制在负荷变化较大且储气罐容量较小的情况下，将会引起电动机的频繁启停。

由于空压机的空载启动电流大约是额定电流的-,.倍，对电网及其它用电设备冲击较大，电能消耗较大，同时，空压机的电机使用寿命也会缩短。

!#$"自动加卸载控制技术
自动加卸载控制是当总管管网压力大于设定压力值时自动调节进口导叶关小，若进口导叶阀关至开度下限设定值、管网压力仍继续上升达到卸载压力时，空压机进入卸载状态，空压机主电机与压缩机部分自动脱离。

此时电动机处于空载运转状态，空压机几乎不向管网输送压缩空气，以此起到降低管网压力的作用。

随着压缩空气的消耗，压缩空气管网压力逐步下降至加载压力时，空压机主电机与压缩机部分自动对接，进口导叶阀逐步打开，达到管网供用气平衡，管网压力恒定。

自动加卸载控制方式是一种有级控制，其卸载状态的耗电量大约为额定运行的&#)左右，这部分的电能实际被无偿消耗掉了。

!#%"恒压变频控制技术
空压机的恒压变频调节控制即通过采集供气管网压力信号的变化，调节变频器输出电源的频率以改变电动机的转速来控制空压机单位时间的出气量，从而达到调节总管管网压力的目的。

当供气总管管网向一个区域用户供气，该用户为不同负荷要求不同用气压力时，即负荷断续用气且压力高，连续用气且压力低时恒压变频控制不能随着用气负荷和压力的要求变化而自动进行调
收稿日期："##*/#(/&’
作者简介：李桂红（&*(#/），女，江苏南通人，高级工程师，主要从事能源管理工作。

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节，压力设定值往往是整条管路用气的最高等级，从而造成能源浪费。

!"空压机节能控制技术的展望
!#$"空压站机群运行时间的优化控制
为了应对压缩空气系统中用气量、用气压力的变化引起管网的流量、压力不断变化，压缩机运行工况不断调节，以满足用户用气的要求同时保持压缩机经济运行，空压站联网将成为一种发展趋势，空压站机群运行时间的优化控制应运而生。

空压站机群运行时间的优化控制系统可以根据系统的压力和流量等参数的变化，运行合适数量和容量的空压机，使尽可能少的空压机处于部分负荷状态，同时使平均每台空压机的运行时间降低，减少空压机的运行和维护费用。

空压站机群运行时间的优化控制既要保证用气要求，又要避免浪费。

这需要在压缩机运行系统中多区域测控，实时地了解各区域当前空压机的运行情况、压缩空气管网压力以及各储罐的储存情况等。

若以压缩空气管网的压力为控制指标，压力点降低的位置优先启动就近的压缩机，这样可以减小压缩空气管路压力损失。

!#!"预测调压控制
针对区域用户为不同负荷要求不同用气压力而以整条管路用气的最高等级压力设定进行恒压控制造成能源浪费，预测调压控制将是一种很好的解决方案。

预测调压控制技术是采用基于预测控制器作为前级控制平衡调节空压机出口压力的智能控制应用技术。

预测控制器算法是基于预测控制理论的模型算法，预测控制由!个基本模块组成。

主要包括内部模型、反馈校正、滚动优化计算和参考输入轨迹等几部分。

它采用基于脉冲响应的非参数模型作为内部模型，用过去和未来的压力输入输出信息，根据内部模型，预测系统未来的压力输出状态，经过用模型输出误差进行反馈校正以后，再与参考输入轨迹进行比较，应用二次型性能指标进行滚动优化，然后再计算当前时刻应加于系统的控制动作，完成整个控制循环。

由于这种算法的基本思想是：首先预测系统未来的输出状态，再去确定当前时刻的控制动作，即先预测后控制，所以具有预见性。

预测调压控制通过自动检测各空压机电机电流、放空阀开度、输出流量，采用预测调压方法获得空压机运行状态与压缩空气压力设定值，达到空压站管网压力平衡调节，同时有效避免空压机卸载操作和管路放空操作，达到节能的控制目的。

!#%"基于智能算法的优化调度控制策略
优化调度策略的实施建立在厂区管网信息化的基础上，针对管网负荷的变化，实时调整并保证产气与供气的平衡，通过自动化的手段，既保证用户用气需求，又避免人为操作过程中的过剩浪费。

对于压缩空气系统多目标优化调度的遗传算法的核心技术是控制系统根据遗传算法每代产生大量可行解和隐含的并行性这一特点设计一种决策优化方法，基于排序的表现矩阵测度可行解，对所有目标总体表现好坏的向量进行比较。

另外引入个体适应度定标保持种群的多样性，采用自适应变化的方式确定交叉和变异概率。

该算法通过一次计算即可得到问题的非劣解集，简化了多目标问题的优化求解步骤。

优化算法的主要步骤有适应度计算、交叉和变异概率计算和最优解保存策略。

最终的结果为各系统的用电量与产气量的非劣解关系，用于指导全系统或子系统的空压机运行管理，达到经济合理的节能目的。

优化调度控制策略通过全厂区的站点网络信息互连，实现了集中管理、分散控制的先进管理与控制策略，推进空气压缩机运行的节能工作，使企业成为信息化高效管理提高经济效益和社会效益的典型，也反映了企业管理的现代化水平。

%"结束语
钢铁行业是用能大户，节能已引起各方面的高度重视，但节能重点除了关注消耗一次能源量大的高炉、转炉和加热炉等炉窑设备，以及与这些炉窑设备相关的炼铁、炼钢与轧钢工艺等以外，也要关注辅助工艺及其设备。

空压机在钢铁行业应用十分普遍，使用量大面广，电机容量一般都较大，而且大多数是常年连续运行，所以电能消耗很大，理应引起重视。

在关注空压机节能时，除了更新淘汰低效高耗设备、推广高效节能产品外还要重视系统节能，充分利用现代控制技术的发展成果，发挥机电协同效应，缩小电机、空压机产品的发展与电机传动调速、空压机系统控制技术应用间的差距，将推动空压机系统节能迈上新台阶，同时为国家节能减排作出贡献。

［编辑：徐慰珠］
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