調(diào)整轉(zhuǎn)速以節(jié)能

文/Norbert Barlmeyer和Norbert Nischke
對(duì)壓縮空氣的需求量波動(dòng)幅度較大，且壓縮空氣的產(chǎn)量又不能連續(xù)滿足需求時(shí)，費(fèi)用支出往往就會(huì)比較高。在此方面，帶有移位（限位？）開(kāi)關(guān)極限的舊式串級(jí)控制系統(tǒng)所起到的作用非常有限，這是因?yàn)檫@種系統(tǒng)所需的壓縮量較高、空運(yùn)行的時(shí)間較長(zhǎng)，所以導(dǎo)致的能源消耗費(fèi)用比較高。新型的轉(zhuǎn)速可調(diào)的峰值載荷空壓機(jī)克服了這些不足，因?yàn)樗诶硐氲臓顟B(tài)下，可以降低50%的費(fèi)用。位于Merzig的Villeroy ＆ Boch AG公司甚至采用兩臺(tái)轉(zhuǎn)速可調(diào)的螺桿式空壓機(jī)：較小的一臺(tái)作為單臺(tái)設(shè)備，只用于周末；較大的一臺(tái)則用于生產(chǎn)作業(yè)負(fù)荷的高峰時(shí)期，以保證企業(yè)正常的生產(chǎn)需求，避免產(chǎn)生壓力波動(dòng)。中央壓縮空氣站為整個(gè)區(qū)域供氣

整個(gè)500m x 60m大小的生產(chǎn)區(qū)域分為上部生產(chǎn)區(qū)和下部倉(cāng)儲(chǔ)和配送區(qū)。生產(chǎn)區(qū)域里還設(shè)有樣機(jī)加工中心。整個(gè)區(qū)域所需的壓縮空氣由位于上部區(qū)域的中央壓縮空氣站供應(yīng)。按照Villeroy ＆ Boch 公司技術(shù)部經(jīng)理Christian Reinert的估計(jì)，它可以滿足企業(yè)大約95%的用氣需求量。其中，企業(yè)每天大約需要一半數(shù)量的壓縮空氣用于對(duì)大約500 t的原材料進(jìn)行氣動(dòng)輸送。剩余的5%數(shù)量的壓縮空氣被用于控制用氣和霧化用氣，以便把釉彩涂到瓷磚上。

壓縮空氣中大約有50%的壓力為4.5bar, 其他使用領(lǐng)域?yàn)?bar，由此可見(jiàn)壓差比較小。在Reinert看來(lái)，如果分開(kāi)生產(chǎn)壓縮空氣，并不能節(jié)省任何費(fèi)用，所以他接受了這樣一種做法：另外增加10%能源需求量來(lái)生產(chǎn)用于控制系統(tǒng)的另外50%的壓縮空氣（提高1bar的壓力，能源費(fèi)用要增加大約6-7%）。因此，Villeroy ＆ Boch 公司在中央壓縮空氣站上所設(shè)置的最大壓縮空氣壓力為6.8bar，對(duì)用于輸送領(lǐng)域的壓縮空氣，則通過(guò)使用減壓閥把其壓力調(diào)整到所需的水平。

按照生產(chǎn)工藝的要求，瓷磚生產(chǎn)廠家需要把所購(gòu)買的原材料進(jìn)行濕磨和干燥，以形成均勻的粉末。粉末通過(guò)箕斗進(jìn)行中間存儲(chǔ)，然后再通過(guò)輸送帶系統(tǒng)被送往一個(gè)容積為3.5m3的橢圓形壓力腔里。在充填過(guò)程結(jié)束之后，粉末被置于4.5bar壓力的壓縮空氣之下，通過(guò)閥門進(jìn)入管道。這個(gè)輸送過(guò)程反復(fù)進(jìn)行。在130m長(zhǎng)的管線上分布著幾百個(gè)調(diào)節(jié)閥（圖1），按照壓縮空氣的不同壓力要求，分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，以此來(lái)完成整個(gè)輸送過(guò)程。在輸送目的地，粉末再次被儲(chǔ)存到料斗里，并逐步被傳送給壓力機(jī)。

在此壓縮空氣輸送系統(tǒng)中，哪里的輸送線需要用到壓縮空氣，壓縮空氣就被輸送到那里。由于壓力輸送腔的輸送方向受到現(xiàn)有輸送系統(tǒng)的制約，所以壓縮空氣的導(dǎo)入方向顯得并不重要。與以往的輸送技術(shù)相比，它具有耐磨損的特點(diǎn)，這主要是因?yàn)槲锪显诠芫€中處于一種旋轉(zhuǎn)或波浪式的運(yùn)行狀態(tài)。
產(chǎn)品更換以滿足更大的生產(chǎn)需求

Villeroy ＆ Boch AG公司采用原來(lái)的中央壓縮空氣站時(shí)只生產(chǎn)一種產(chǎn)品，其生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)使用了20多年。原料篩選設(shè)備的改造也導(dǎo)致了對(duì)壓縮空氣需求量的增加。在改擴(kuò)建的過(guò)程中，Villeroy ＆ Boch AG公司于2001年底對(duì)產(chǎn)品開(kāi)始進(jìn)行更換，2002年夏天又增加了兩臺(tái)Comp-Air的螺桿式空壓機(jī)設(shè)備。

該空壓站目前擁有六臺(tái)風(fēng)冷式空壓機(jī)，空壓機(jī)工作時(shí)所散發(fā)出來(lái)的熱風(fēng)在夏天通過(guò)風(fēng)道排出室外，在冬天可以被引到鄰近的生產(chǎn)車間里進(jìn)行供暖。目前，該空壓站的總生產(chǎn)能力達(dá)到70.76m3/min，六臺(tái)空壓機(jī)的壓縮空氣通過(guò)總管道進(jìn)入壓縮空氣容器，在終端位置還設(shè)有很多容器，其總的容量達(dá)到大約100m3（主管道符合DN80和DN100標(biāo)準(zhǔn)），以便滿足局部耗能器在某些時(shí)候有大需求量的要求。壓縮空氣在三個(gè)冷干燥器中進(jìn)行干燥處理。按照Christian Reinert的介紹，經(jīng)過(guò)干燥處理后的壓縮空氣完全可以達(dá)到要求，企業(yè)可以不使用其它耗能大的吸收式干燥設(shè)備了。
　　該公司最早所詢問(wèn)的是一臺(tái)132kW、固定轉(zhuǎn)速的螺桿式空壓機(jī)和一臺(tái)90kW、轉(zhuǎn)速可調(diào)的空壓機(jī)，最后選中了Comp-Air公司的兩臺(tái)空壓機(jī)設(shè)備。其中一臺(tái)帶有變頻器，為轉(zhuǎn)速可調(diào)型（圖2），額定功率為132kW，最大送風(fēng)量可以達(dá)到19.1 m3/min，頻率為50Hz。另外一臺(tái)空壓機(jī)是固定轉(zhuǎn)速的，額定功率為110kW。Comp-Air公司為轉(zhuǎn)速可調(diào)的空壓機(jī)配備了大功率電動(dòng)機(jī)，這樣在低轉(zhuǎn)速和高載荷的情況下，設(shè)備也能提供足夠的風(fēng)量。另外，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速必須要與空壓機(jī)的等級(jí)相匹配，即最大轉(zhuǎn)速時(shí)的頻率為50Hz，只有這樣，空壓機(jī)才能達(dá)到完美的工作狀態(tài)。轉(zhuǎn)速可調(diào)的空壓機(jī)一般是一種通用型空壓機(jī)，可以連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作，由于功率大，它的送風(fēng)量應(yīng)該比現(xiàn)有的其他單臺(tái)設(shè)備都要大。正是因?yàn)橹挥羞@樣，它才可以替代其他的空壓機(jī)，并依據(jù)對(duì)壓縮空氣的不同需求量，確保平穩(wěn)的開(kāi)啟和關(guān)閉。如果空壓站只配備功率相同的空壓機(jī)，則這種要求就很難得到滿足了。
　　 目前該壓縮空氣站總的供風(fēng)能力達(dá)到70.76 m3/min，利用率達(dá)到70-80%，平均峰值耗量為50 m3/min。還有20%的功率冗余相當(dāng)于一臺(tái)新的Comp-Air空壓機(jī)的功率（19.1 m3/min）。當(dāng)一臺(tái)這樣的空壓機(jī)出現(xiàn)故障或需要維護(hù)時(shí)，使用大空壓機(jī)的冗余功率即可保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行了。
可以看到，在Villeroy ＆ Boch公司的空壓機(jī)站內(nèi)，新的一臺(tái)轉(zhuǎn)速可調(diào)空壓機(jī)在日常連續(xù)工作承擔(dān)基本任務(wù)和峰值載荷時(shí)的任務(wù)，舊的一臺(tái)轉(zhuǎn)速可調(diào)空壓機(jī)（非Comp-Air公司的產(chǎn)品，其送風(fēng)量為8.9 m3/min）只在在周末工作。其他的空壓機(jī)設(shè)備沒(méi)有與上一級(jí)控制系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)相連接，開(kāi)機(jī)順序依據(jù)事先所掌握的需求量的情況而設(shè)定，所以在沒(méi)有上一級(jí)控制系統(tǒng)干預(yù)的情況下，設(shè)備的空運(yùn)行率也只有5%（主要是因?yàn)椴捎昧宿D(zhuǎn)速可調(diào)的空壓機(jī)的原因）。在周末只有舊的那臺(tái)轉(zhuǎn)速可調(diào)的空壓機(jī)處于工作狀態(tài)，其他空壓機(jī)一律關(guān)閉，通過(guò)可調(diào)的轉(zhuǎn)速對(duì)漏風(fēng)損失進(jìn)行補(bǔ)償，并使管線處于良好的壓力狀態(tài)下，這樣可以降低企業(yè)的運(yùn)行成本。