工业实用效率

节省医院空气系统

大型医院经常将压缩空气用于与业务有关的重要最终用途。生产这种空气的系统需要提供高可靠性的清洁和干燥的压缩空气。与任何压缩空气系统一样,这些系统也不能幸免于效率问题。“这些关键类型的系统是非常重要的可靠地保持一定的最低气压,然而,通常没有足够的数据可以帮助准确大小压缩机。”布兰特埃利希说,一个独立的航空系统和航空服务顾问,和一个压缩空气的挑战(CAC)基本面讲师,“通常情况下,在没有可靠数据的情况下,唯一能确保需求得到持续满足和压力得到可靠支持的方法就是增大设备的尺寸,这往往会导致效率低下。”

健康科学中心-中央能源厂


“在维修的医院工作并作为许可的固定工程师工作,我知道可靠性和空气质量的重要性,但随着我们在CAC培训中强调,它不必以牺牲能源效率为代价。”Manager,Send供应商优化Joe Ghislain并在Ford和CAC高级教练中优化,“这可以通过许多方式来实现,包括适当的选择和调整压缩机和/或在包括点的空气处理使用过滤。“以下案例研究举例说明了右侧尺寸和优化医院空气系统的示例,并遵循CAC压缩空气研讨会的基本面教授的一些原则。

健康科学中心案例研究

马尼托巴省温尼伯健康科学中心(HSC)的压缩空气系统对构成加拿大马尼托巴省最大医院的综合建筑的运行至关重要。在到达并担任首席运营工程师后不久,Gerry Hebert将注意力转向了他的压缩空气系统。他继承了一个无润滑油系统,包括一个水冷的200马力离心压缩机和一些旧的往复式压缩机。该系统用于生产医院HVAC控制、洗衣设备、一般实验室和维修车间所需的压缩空气。

离心式压缩机为前任总运行工程师购买,对老化系统进行更新;以前由大型往复式压缩机提供。这台压缩机是在润滑油自由螺杆压缩机被认为是经济的,或普遍可用之前购买的,并且当大型往复式压缩机的可用性正在下降。

在参加了公共事业公司主办的压缩空气效率课程,并对离心压缩机的特性有了一些了解之后,Gerry开始注意到他的现场压缩空气流量计跟踪的可变负荷曲线。他决定调查他的压缩机的年度运行成本和压缩机类型的适当性。他还想确定系统的效率。不幸的是,没有电能表跟踪他的压缩机的能耗,所以Gerry求助于当地的电力公司Manitoba Hydro,寻求帮助来创建一个能源基准数据。

对离心压缩机的能源审计显示,虽然医院压缩空气需求是可变的,但压缩机的功耗是非常平稳的。计算表明,平均负荷略低于300 cfm,但该系统的能源消耗超过140万千瓦时,每年的运行成本为68500美元。单是压缩机的比功率就达到了惊人的49千瓦/ 100 cfm(超过预期的两倍)。压缩机还使用了需要额外制冷能量的冷冻水,系统安装了非循环式制冷空气干燥器,将系统的功率增加到57 kW/100 cfm。

在Manitoba Hydro的绩效优化计划技术支持和财务激励措施的帮助下,HSC能够购买空气冷却的可变速度驱动润滑剂自由压缩机和骑自行车式冷藏式空气干燥器,更好地跟踪设施的不同负载。更高效的系统操作,以及去除冷却水成本,将系统特定功率降低到每100 CFM的更合理的18千瓦;每年的运营成本节省39,500美元,原价超过一半。

完成初始项目后,HSC工作人员注意到锅炉进气进入的近距离从压缩机冷却器排出的热空气,并决定将压缩的热量放入良好使用。使用加热的压缩机冷却空气是一种非常有效的冬季燃烧冷燃气空气的方式,在夏季增加了锅炉燃烧,增加了锅炉效率。以前,进气在较冷的天上预先调节蒸汽热量。这种热量恢复取代了每年估计的37,500立方米的天然气,价值约为12,000美元。

总之,对HSC压缩空气系统的改变和热回收节省了总计51,500美元的运行成本。这些节省几乎和运行原来低效系统的年总成本一样大!

图1 -原来的压缩机由于其低转速或部分负载特性而消耗几乎恒定的功率。请看上图的中线。

图2 -新的压缩机消耗更少的能源,现在跟踪设备的流动轮廓(流动省略)。

Ghislain说:“压缩空气中使用的大部分输入能量都被转化为热量,捕获和回收这些废热将为提高效率和降低能源成本提供一个很好的机会。”无论你是将其用于空间加热,空气干燥,还是在这种情况下,锅炉空气补热,热回收都是非常划算的,可以节省你的钱。”

——乔Ghislain

了解“选择压缩机类型”

参加压缩空气挑战赛压缩空气基础训练的参赛者,可以了解不同类型压缩机的特性差异。课程结束后,学员将能够理解为什么HSC案例中原来的压缩机效率非常低,以及为什么新的润滑油自由螺杆VSD压缩机的下调能力改善了这种情况。他们了解到,对于接近容量曲线顶部的平坦恒负荷系统,离心压缩机是很好的选择,但如果使用过大或单独使用在不同的外形上,如HSC,则不太合适。“润滑剂自由空气离心是一个伟大的选择,但前提是需求足以保证它”,Ghislain解释道,“通常这些机器只能拒绝20 - 30%,所以任何时候基本负荷甚至低负荷低于这一点,离心会吹,像一个大型空气泄漏。在这种情况下停留的时间越长,浪费的精力和金钱就越多。”

以下是摘自CAC“压缩空气系统的最佳实践”(325页的手册可在我们的书店找到)的离心式压缩机的摘录,讲义材料在我们的CAC压缩空气基础课程中分发。

离心式压缩机

离心式压缩机具有随容量减小而压力上升的特性曲线。当浪涌发生时达到一个极限,即流体倒转发生的现象。容量控制最常用的方法是,当需求减少而压力趋于上升时,通过逐步关闭进口阀门来保持恒定的排放压力。这减少了通过压缩机的质量流量,也增加了总压比。产能通常可以从100%的产能降低到70%或80%左右的产能,合理降低能耗。这种能力控制方法的改进是用进口导叶代替进口阀。导叶在限制进口空气流动的同时,也使空气沿叶轮进口旋转方向流动,提供更高效的部分负荷运行。在这两种情况下,产能的减少都是有限的,以防止激增的可能性。

压缩机可以继续压缩在上述70%到80%的最小允许容量。任何多余的空气都通过一个排污阀排放到大气中,而不会进一步节省能源。为了节约能源,应避免这种操作方式。或者,在最小允许容量下,一些压缩机可能被卸载,不再向系统排放。当进口阀门关闭时,这些压缩机可以以类似于非润滑旋转螺杆压缩机的加载/卸载控制模式运行。与使用排污阀相比,这是非常有效的,但将需要足够的存储能力,以避免短周期循环。

恒压控制可以通过进口节流阀或更有效的进口导叶来实现。容量减少的数量受喘振线的限制,在喘振线中可能发生逆流,应该避免。然后可以安排压缩机将多余的容量排放到大气中(这是非常浪费的),或卸荷。

压缩机的选择

空压机和控制装置的选择一定要考虑到不同的使用点的要求,每次满负荷时的风量,以及这些要求的频率。需求通常是断断续续的,但也必须考虑“最坏的情况”。备用压缩机容量也必须考虑,考虑应用程序的本质和停机成本与备用压缩机成本的比较。

容量和负载的变化将是决定压缩机类型的一个主要因素。一个普遍的规则是,满负荷效率最好的压缩机应该用于连续基本负荷类型的服务。部分负载效率好的压缩机更适合负载的波动。这意味着一个良好的满负荷效率的压缩机(s)可以根据最小或平均需求进行调整,而一个良好的部分负载效率的压缩机(s)可以根据从最小或平均到峰值的负载变化进行调整。

更多信息请访问压缩空气挑战®网站

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