Зменшення втрат електроенергії при забезпеченні споживачів стисненим повітрям

Заміна старих компресорів на нові з більш високим ККД. Застосування компресорів нових конструкцій замість застарілих дає велику економію:

, тис. кВтг/рік, де: t - час роботи компресора в рік, г; Р₁ - потужність електродвигуна старої конструкції, кВт; Р₂ - потужність електродвигуна нової конструкції, кВт.

Зниження номінального тиску компресорної системи. Для різних процесів необхідний різний тиск, проте, як правило, споживачі живляться стисненим повітрям від однієї мережі. Споживання стисненого повітря з тиском більшим ніж це необхідно призводить до витрат електроенергії, яка використовується на його вироблення.

Зниження тиску у споживачів стисненого повітря може досягатися за рахунок редуктора, інжектора, дроселювання та регулятора тиску. Найбільш ефективним є застосування регуляторів тиску.

Витрати енергії при використанні стисненого повітря з тиском вищим за номінальний, визначається за формулою:

, кВтг/рік, де: , - робота по стисненню 1 м³ повітря, кгм/м³; Q – подача компресора, м³/хв; t – час роботи компресора в рік, г; , , - ККД електромережі, двигуна, передачі (0,8-0,99); - механічний ККД компресора; - індикаторний ККД; 1,1 – коефіцієнт, який враховує додаткові витрати енергії з зношенням компресора.

 

Витік стисненого повітря. Витрати електроенергії на витік стисненого повітря орієнтовно можна визначити: , кВт*г,

де: - кількість точок в яких необхідно усунути витік; - час роботи компресорної системи під тиском, г; - питомі витрати електроенергії на вироблення 1 м³ стисненого повітря; - коефіцієнт витрат повітря через нещільності арматури та шлангів, м³/хв. Цей коефіцієнт залежить від діаметру отвору та від тиску в мережі, орієнтовно можна використовувати наступні значення витрат повітря через нещільності в арматурі та шлангах:

	Діаметр отвору, мм
Тиск, кгс/м^2		0,2	0,4	0,8	1,3	2,5	3,5	5,0	7,0
	0,4	0,7	1,2	2,1	3,5	5,0	7,0	9,0
	0,6	1,0	1,5	3,0	4,5	6,5	9,0	11,5
	0,8	1,2	1,8	3,5	5,0	7,8	11,0	13,5
	1,0	1,4	2,2	4,0	6,0	9,0	12,0	16,0

Заміна пневматичного інструмента електричним. Пневматичний ручний інструмент застосовується для свердлення, шліфування, клепання та іншого. Коефіцієнт корисної дії ручного пневмоінструменту дуже низький, тому доцільно використовувати електричний інструмент замість пневматичного. В середньому економія електроенергії при цьому складає 7-10%.

Обробка та підготовка повітря. Для забезпечення більш ефективного стискання повітря необхідно слідкувати за тим, щоб на вході в компресор повітря було чисте, сухе, холодне. Охолоджене повітря має збільшену густину і збільшує масу повітря яке може бути стиснене компресором за один цикл. Зменшення температури повітря на 4 °С збільшує ККД компресора на 1 %. Тому вхідний отвір системи стисненого повітря повинен бути розміщений в сухому, холодному місці на північній стороні будівлі на висоті 4-5 м від поверхні, яке захищене від дощу. Вхідний повітропровід повинен бути короткий та мати великий поперечний переріз для зменшення опору потоку повітря.

Необхідно забезпечувати регулярний огляд та очищення фільтрів, оскільки зниження тиску на кожні 25 мбар, по причині засмічення фільтру, знижує ефективність роботи компресора на 2 %. Температура стисненого повітря не повинна перевищувати 60 °С для поршневих та 70 °С для турбокомпресорів. Зниження температури на кожні 6 °С забезпечує 1 % економії електроенергії.

Необхідно використовувати тепло, яке виділяється під час роботи компресора на опалення або інші технологічні потреби. При повітряному охолодженні можна отримати потік температурою до 60 °С, а при водяному - до 90 °С.

Керування компресорами. Більшість технологічних процесів, які використовують стиснене повітря, мають нерівномірні режими навантаження в часі, а отже і потреби в стисненому повітрі змінюються в часі. Для збільшення ефективності використання енергії системою стисненого повітря необхідно застосовувати системи керування роботою компресорів.

Продуктивність компресорів контролюється, як правило, за. допомогою запобіжних клапанів, що призводить до того, що споживання електроенергії не змінюється навіть тоді, коли немає необхідності в подачі стисненого повітря на короткий або довгий період часу. Клапан просто викидає повітря при перевищенні заданого значення тиску в атмосферу, в той час як компресор продовжує працювати.

Тип регулювання залежить від властивостей компресорів, приводу, мережі трубопроводів і необхідного діапазону регулювання (тиску). Метою керування є мінімізація споживання енергії і зносу, а також забезпечення максимальної готовності компресора.

Основні режими навантаження компресорних установок:

1. Постійне навантаження. Найпростіший та самий ефективний режим роботи. Компресор працює без втрат, проте, за таким режимом працюють лише компресори базового навантаження в багатокомпресорній системі.

2. Повторно-короткочасний режим. В цьому випадку ефективність використання енергії так само висока, проте, це досягається за рахунок включення та виключення компресора при досягненні тиску вмикання та вимикання. У цьому режимі компресорна станція повинна мати ресивер великого об'єму, який дозволяє стабілізувати тиск.

3. Безперервний, періодичний режим. Такий режим виключає вимикання двигуна і зменшує зношення обладнання в перехідних режимах. При досягненні максимального тиску компресор переключається на холостий хід, при якому загальне споживання електроенергії складає приблизно 30 % від номінального. Цей режим застосовується при наявності невеликого ресивера та якщо є обмеження по числу вмикань-вимикань обладнання.

4. Повторно-короткочасний режим роботи із затримкою. Реле тиску керує роботою компресора разом з таймером. При досягненні максимального значення тиску компресор переключається на холостий хід і працює проміжок часу заданий таймером. Якщо тиск за цей час впав нижче за мінімальне значення тиску, то компресор вмикається, якщо ж ні то компресор продовжує працювати на холостому ході ще один проміжок часу. Цей режим поєднує переваги безперервного та плавного режиму керування.

5. Плавне керування. У верхньому діапазоні регулює об’ємну продуктивність компресора від 50 % до 100 % при споживанні енергії від 78% до 100 %. Спосіб керування – плавне регулювання вхідної заслінки. Цей спосіб доцільний при малих об’ємах ресивера та при великому коливанні навантаження на компресорну установку в межах від 50 до 100 % від номінальної продуктивності.

6. Керування швидкості двигуна. Дозволяє регулювати об’ємну продуктивність компресора від 0 до 100 % при споживанні електроенергії від 30 до 100 %. Найбільш економічний режим роботи при малому об’ємі ресивера та великому коливанні споживання стисненого повітря. Використовують у всьому діапазоні регулювання.

Для підвищення ефективності використання електроенергії компресорними установками необхідно враховувати наступні чинники при виборі способу керування: тиск у споживачів повинен бути мінімально можливий, що забезпечує нормальну роботу; тиск повітря повинен бути підлаштований до навантаження; необхідно використовувати мінімально можливий діапазон тиску.

 

Для попереднього підрахунку економічного ефекту від впровадження системи керування компресорної установки можна скористатися діаграмою, що показує залежність споживання електроенергії від продуктивності для різних режимів роботи компресора:

1. – частотне регулювання швидкістю двигуна;

2. – регулювання швидкості двигуна;

3. – плавне керування у верхньому діапазоні;

4. – повторно – короткочасний режим роботи.

 

 

Контрольні запитання

1. Призначення та характеристика елементів системи стисненого повітря?

2. Типи компресорних установкок їх характеристики.

3. Від чого залежить енергоспоживання компресорної установки?

4. Тепловий баланс компресорної установки утилізація тепла.

5. Основні заходи підвищення ефективності використання електроенергії в компресорних установках?

6. Визначення кількості стисненого повітря, що витікає з трубопроводу.

7. Обробка та підготовка повітря.

8. Режими роботи компресорної установки, їх застосування та ефективність.

9. Способи регулювання продуктивності компресора.

10. Які чинники впливають на ефективність впровадження енергозберігаючих заходів?