浅谈空压机的运行与节能方案

浅谈空压机的运行与节能方案

空气压缩机(简称空压机)作为煤矿大型固定设备,为煤矿风动机械提供可靠的动力源。在煤矿主要的空气压缩系统(简称空压机系统)大都设立在地面的压缩空气站,通过管网向全矿井各工作地点供气。随着煤矿管理理念的不断提升,近年来对空压机系统节能减排的要求和节能应用的改造水平也不断提升,作为煤矿主要生产动力系统之一的空压机系统,耗电量占煤矿总用电量的6%-8%,风动设备运行效率本身就很低,如果空压机系统再管理不善,运行效率更低,必然造成能源的严重浪费,因此搞好空气压缩机的经济运行,对节约能源有重要意义。

一、空压机运行中存在的问题

我国矿山常用的空压机主要以活塞式为主,其次为螺杆式和滑片式。针对煤矿生产的具体情况,煤矿用空压机多选用活塞式和螺杆式空压机(压缩空气压力在0.61-0.81MPa),其实际运行多存在以下问题,不能保证高效率,造成能源和经济浪费。

空压机传动和压缩部件存在间隙,压缩空气过程中有气体损失现象,直接影响到空压机排气量。

系统管网复杂和漏泄严重,矿井井型越大、矿井越深、开拓面布置越远其管网距离越远、效率越低。

3)老旧式空压机运行效率低。长期运转使用的空压机设备老化、效率降低,旧式的活塞式空压机运行效率低下,0-40m3双螺杆式空压机空载节能效果较单螺杆式空压机差。

4)润滑油式螺杆空压机后期维护所需经济费用大。空压机配件都要定期更换(不能反复使用),运行不经济。

5)矿井所需压缩空气量是随时变化的,并不要求空压机(组)经常运行在额定工况下,空压机(组)排气量往往大于矿井用气量,造成能量损失。

二、经济运行与节能方案

1)减少容积损失,提高排气量。空压机的排气量是指单位时间内最后一级排出的空气量(换算到第一级进气口大气状态的空气量),它取决于吸进的空气量。吸气量减去排气量就是空压机工作循环的泄漏损失,因此减少机体本身泄漏损失可以提高空压机的工作效率。

空压机的额定排气量是在标准工况下确定的,由于使用环境与条件差异、运转时间的长短以及各种因素的影响,一般都较难达到标准工况。因此,加强对空压机的管理和日常维护,及时消除泄漏现象,使设备保持最佳状态,就能相应地提高排气量。

2)选择合理的供气方式,减少压缩空气的泄漏。目前矿井压缩空气系统,大都在地面设集中压缩空气站,通过管网向矿井各工作地点供气,系统管网复杂和漏泄严重,造成严重的电能浪费。因此,把这种传统的供气方式改为分散就近供气方式,以简化管路损失,节约能源,是非常必要的。某些深井由于管网损失过大,使井下风动机械效率过低,采取分散就近供气方式可简化管网结构,减小输气长度、提高系统效率。以井深400m矿井为例,地面空压机输出压缩空气压力为0.65-0.7MPa,井下风动设备压力一般为0.5-0.6MPa,压力损失大于0.15MPa.采用分散式供气方式年节约电费40多万元。

3)选择使用高效率的空压机,及时更新老旧空气压缩机。空气压缩机的结构形式、制造质量对空压机的效率影响很大。由于螺杆式空压机较活塞式空压机在占用空间、运行效率、噪音和振动、耐久性和维护量等指标上均占有优势,所以近年来煤矿用空压机多选用螺杆式空压机。

常见螺杆式空压机有单螺杆空压机和双螺杆空压机。单螺杆与双螺杆式空压机性能对比。从节能和运行经济的角度来看,采用无润滑油方式或内置变频控制的螺杆式空压机效果好。无润滑油螺杆式空气压缩机主要特点是维护简单、后期费用较有润滑式螺杆空压机少、振动噪音小;内置变频螺杆式空气压缩机的主要特点是节能效果好、操作简单、保护完善、购置和维护费用高。

4)更新或改造控制系统,采用变频调速装置集中控制。由于空压机是结构复杂的通用设备,运转时间长,配备电动机功率较大,因而降低空压机的功耗,提高空压机的经济运行,对节能具有一定意义。除加强日常运行管理、减少泄漏、合理润滑、定期维护等措施之外,更新或改造空压机的控制系统,采用变频调速装置集中控制对其节能有更加明显的作用。

首先,空压机驱动轴上输出的轴功率,与排气压力、空压机转速有直接关系。也就是说,在实际运行中压缩空气的使用随时在变化,空压机并不经常工作在额定工况,而空压机排气压力的高低则直接影响到实际轴功率的大小。排气压力越高,所需轴功率越大。

其次,为满足用气量的随时变化要求,储气罐内气体必须保持一定压力。目前大多数空压机采用切断进气的调节方式来改变排至储气罐的气量。空压机实际运行的排气量正好满足生产用气需要,储气压力保持不变,若能维持这种状态当然最佳,但实际上空压机排气量要大于用气量。当储气罐压力达到额定值时,一般采用两种办法:一种是空气压缩机卸荷运行,不产生压缩气体,电动机处于空载运行,其耗能仍为满负荷的40%-60%,这部分电能被白白浪费;另一种办法是停止空气压缩机运行,但是若无较大容积的储气罐,将会导致电动机的频繁启动,空载电流对电网及其他用电设备冲击较大,同时也会严重影响空压机的使用寿命。

所以,由变频设备实现空压机的供气压力-转速的动态匹配,减少了电动机的实际输入功率,达到节能的目的。而且当空压机停止空转,电动机不存在空载运行,这部分能量也得到很好的利用。

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