关键词:
离心式空压机
吸气参数
吸气增压
通风降温
优化研究
摘要:
压缩空气在纺织工业中广泛应用,但其生产过程能耗高。面对国家对能源利用效率提出的新要求,降低压缩空气系统能耗势在必行。因此,本课题将采用理论分析、实验测试、数值模拟等研究方法,针对离心式空压机吸气参数进行优化,提出一套吸气增压系统;同时,还研究了空压站现有送风系统的不足,并对整个空压站采取合适的通风降温系统,以提高能源利用效率。
首先,介绍了离心式空压机的工作原理,并推导出其功耗计算公式。进而从温度、含湿量和压力三个方面分析了吸气参数对空压机功耗的影响机理。结果表明,降低吸气温、湿度,提高吸气压力有助于减少空压机的能耗。此外,还概述了空压机吸入口位置不同对空压机的影响,并提出设置吸气增压系统的设想。该系统能够改善空压机的吸气条件,为后续节能研究提供理论依据。
其次,详细阐述了吸气增压系统的设计思路,根据风量先确定风管的断面尺寸,进而对风管内空气流动阻力进行计算,绘制出风管内压力分布情况,选择并确定风机型号为轴流风机YFZ-7.1A,额定电压为380V,电机转速为1455r/min,额定功率4.0k W,风量为23500m3/h。最后绘出变频式风机增压系统框图、PID控制策略图用于之后的实验控制测试。
在苏州某纺织厂空压站搭建试验台进行了实地测试,提出了两种不同工况下的测试方案,即不开风机、开风机(30Hz、40Hz)时的实验条件,结果表明:
1)在含湿量保持不变的情况下,随着吸入口温度的降低,产气量相应增大,比功率降低,降低吸入口温度对机组运行时是有利的。在不开风机,含湿量分别为13g/kg(干空气)、16g/kg(干空气)的情况下,5#空压机吸入口温度每降低1℃,产气量增幅约为1%;比功率降幅也约为1%。开启风机,在含湿量为16g/kg(干空气)的情况下,不同风机频率对空压机的产气量、比功率影响较小,幅度仅为0.2%左右,并由此分析,风机开至30Hz时更具有性价比。
2)在温度保持不变的情况下,随着吸入口含湿量的降低,产气量相应增大,比功率降低,降低入口含湿量对机组运行时是有利的。在不开风机,在入口温度为30℃时,5#空压机含湿量每降低1g/kg(干空气),产气量增幅为0.8%;比功率降幅为0.8%。同样,开启风机到不同频率,分析出风机开至30Hz时更安全具有性价比。
3)在吸入口温度和含湿量保持不变的情况下,随着吸入口压力的增大,产气量也随之增大,比功率随之减小。在入口温度为29℃,含湿量为16 g/kg(干空气)的情况下,吸入口压力每增加1Pa,空压机产气量增加0.116 m3/min,增幅为0.07%;比功率相应降低0.004 k W/(m3/min),降幅为0.07%。在吸入口压力为120Pa左右时,产气量趋于稳定为168.75 m3/min,比功率为5.663 k W/(m3/min)。此外,通过大量的测试分析拟合出一个关于入口压力-产气量的公式y=0.102x+156.00252,并通过在一定参数范围内的验证分析,确定提出该拟合公式具有较高的精确性。
对吸气增压系统进行经济性分析,增设吸气增压系统后空压机组能耗比增设前能耗降低26.88k W·h,进而计算得出该吸气增压系统节能率约为3%。这套吸气增压设备初期投资和运行费用合计114,744元,增设此吸气增压设备每年可以节约运行电费186,440元,可以得出此系统的投资回收期为7.44个月。由此可见,此系统初投资少,回收期较短,节能及经济效益非常明显。
最后,经调研发现咸阳某空压站内温度过高并且分布不均匀,现有的通风系统无法对空压机组进行有效的冷却降温。借助CFD数值模拟作为辅助手段,用实测数据对空压站进行模拟,模拟结果与实测数据非常吻合,验证其模型成立。利用理论计算得出该空压站送风所需的最大风量,进而确定各个出风口的送风速度;用CFD来分析在最大风量下的温度场及流场,结果表明:送风量、送风速度、送风温度及高度严重影响了空压站的散热,使其降温效果大大减弱,并在此基础之上对整个系统进行优化研究分析,得出在空压站内运用多台联合运行的吸气增压系统的优化方案,在夏季、过渡季节及冬季采用不同的节能降温和增压运行模式,预计每年可节省空压站电能消耗约107万元。