空壓機節能與維護管理 Presenter 鍾義郎 Larry Chung Date 20141031
空壓機系統與節能研討會 鍾義郎 Larry Chung 0910-088022 Project Manager Larry_chung@irco.com
空壓機種類 Air s 空氣 / 氮氣壓縮機 Positive Displacement 位移式 Dynamic 動能式 Reciprocating 往復式 Rotary Screw 螺旋式 Centrifugal 離心式 Single Acting 單動 Double Acting 雙動 Oil Flooded 微油式 Single Stage 單段 Oil Free 無油式 Two Stage 雙段 3
空壓機選機的三項要素 Selection Horsepower = Pressure x Flow 馬力壓力風量 Horsepower = Pressure x Flow 馬力壓力風量 4
螺旋式空壓機 Rotary Screw 螺旋式 5
標準馬達 + 變頻器螺旋式空壓機 HPM 變頻馬達螺旋式空壓機 6
Power 100 空壓機的控制模式 70 On/Off Control 滿載 / 空車 50 20 + 變頻器 0 HPM Control 永磁式變頻馬達 20 40 60 80 100 Capacity 7
運轉壓力控制 一般固定轉速型設定值 變頻式壓力設定值 Offline Pressure Immediate Stop 立即停機壓力 Online Pressure (Minimum 10 PSI width) 最少差需 10 psig Time Minimum Plant Air Pressure Auto Stop Pressure 自動停機壓力 Target Pressure 目標壓力 (Minimum 1 PSI width) Time 更精準的出口壓力 最少差僅 1 psig Minimum Plant Air Pressure 系統允許之最低壓力 8
1. 節能百分比 2. 容量百分比 3. 空壓機耗電量 4. 馬達轉速 5. 馬達電流 6. 馬達電壓 7. 電源電壓 控制面板功能 ( 變頻 ) 節能狀態 1. 能耗平均值 (KW/Hr) 2. 負載百分比值 (Capacity%) 3. 平均負載量 (Capacity) 4. 能耗費用 ( 元 ) 5. 能耗節省 (Save KW) 6. 累積節省能耗 (Total) 1. 空氣出口温度 2. 轉子出口温度 3. 進氣真空值 4. 第一, 二段出口温度 5. 第二段入口及出口壓力 6. 第一, 二段入口温度 7. 冷却油温度及油壓 8. 進氣過濾器狀況 9. 油過濾器壓差 10. 運轉總時數 11. 時間和日期 9
ENERGY CONSUMPTION ( % ) LOAD/UNLOAD 滿載 / 空車模式 100 80 60 ENERGY SAVING Vs HPM 變速馬達 ENERGY SAVING 滿載 LOAD 50 40 30 HPM 變速馬達 20 10 0 ENERGY SAVING ENERGY SAVING ONLOAD OFFLOAD ONLOAD OFFLOAD 空車 UNLOAD 10
空壓機電費 Model 機型 : 馬力 : 200 HP 1 Power Cost 電費 2.1 Kw/Hr 每日運轉時間 24 hours 2 Pressure Max 最高壓力 8.0 Kg/cm2 G 工作天數 350 Days 3 Pressure Min 最低壓力 7.0 Kg/cm2 G 一年運轉時數 8400 hours 4 Loading Time 負載時間 29 Sec 5 Unload Time 空載時間 20 Sec 6 Load / Unload transit time 空載轉變時間 2 Sec 7 Full Load Percent 滿載比例 59 % 8 Unload Percent 空載比例 41 % 9 Cycle time 73 Times/hour 10 Full Load Power Cost 滿載電費 NT$1,914,833 11 Unload Power Cost 空載電費 NT$241,704 12 Total Running Cost 總運轉電費 NT$2,156,537 11
空壓機電費 HPM 變頻馬達空壓機 Model 機型 : Nirvana Nirvana VSD 200 Load Percent 負載比例 59 % VSD Running Power Percent 耗電比例 61 % Power Cost 總運轉電費 NT$1,835,373 Power Cost Saving 節省電費 NT$321,163 Stable Pressure Saving (VSD) Pressure PB with Non VSD 一般馬達控制壓差 1.0 Kg/cm2 G Pressure PB with VSD 變頻馬達控制壓差 0.2 Kg/cm2 G 節省比例 5.3 % Power Cost Saving 節省電費 NT$97,887 Total Power Cost Saving 全部可節省電費 NT$419,050 12
螺旋式空壓機系統 HPM HPM 13
離心式空壓機系統 待機的離心機不定時的備機啟動而且短暫運轉 NIRVANA 14
變頻式空壓機的優點 1. 壓力穩定 2. 啟動電流低 3. 永磁馬達可以無限次啟動與停機 4. 永磁馬達供應電源 380V~480V 通用 5. 工作壓力 :4.5~10.3BarG 15
離心式空壓機 Centrifugal 離心式 16
Suction 17
Discharge Pressure 離心式空壓機的特性 工作壓力 排氣閥調節範圍 BV Range Surge Line 突波線 Curve 最大工作曲線 Design Point 空壓機設計點 Minimum flow 最低風量 Volumetric Flow IV Range 進氣閥調節範圍 風量 18
Discharge Pressure Centrifugal Efficiency Inlet Air Temperature 入口溫度 Pb = 0.99 P1 = 0.97 RH = 60% Tw = 27 T1 = 41 Pb = 0.99 P1 = 0.97 RH = 60% Tw = 27 T1 = 35 Pb = 0.99 P1 = 0.97 RH = 60% Tw = 27 T1 = 18 Volumetric Flow 19
Discharge Pressure Centrifugal Efficiency Inlet Pressure 入口壓力 Pb = 0.96 P1 = 0.94 RH = 60% Tw = 25 T1 = 35 Pb = 0.99 P1 = 0.97 RH = 60% Tw = 25 T1 = 35 Pb = 1.01 P1 = 0.99 RH = 60% Tw = 25 T1 = 35 Volumetric Flow 20
Discharge Pressure Centrifugal Efficiency Cooling Water Temperature 冷卻水溫 Pb = 0.99 P1 = 0.97 RH = 60% Tw = 32 T1 = 35 Pb = 0.99 P1 = 0.97 RH = 60% Tw = 22 T1 = 35 Pb = 0.99 P1 = 0.97 RH = 60% Tw = 12 T1 = 35 Volumetric Flow 21
空氣管尺寸 Air Pipe Size 22
空氣管徑的尺寸 UP STREAM OF COMPRESSOR DESIGN FOR 6m/s, Max 10m/s 空壓機房管徑設計為 6m/s, 最高不超過 10m/s FOR AIR BRANCHES SHOULD NOT EXCEED 10 TO 15 m/s 生產端管徑設計為 10-15m/s 23
空壓機空氣管尺寸 Air Pipe Sizing 1. 空壓機出口管徑做基本依據 Example: 2 加大至 2.5 2. 管徑截面積理論依據 Example: 2 =2x2=4 3 =3x3=9 3. 壓縮空氣的流速 6-10 m/s 24
25
壓縮機熱回收 微油螺旋機熱回收 無油螺旋機熱回收 離心機高效多級熱回收 26
壓縮機熱回收 Q: 空壓機回收的熱量可以用來做什麼? A: 基本上為生活用的熱水, 蒸汽鍋爐補水, 取暖, 製程上加熱等. 27
HRS 常見問題 Q: 空壓機能回收多少熱量? A: 對於不同形式的空壓機, 不同形式的熱回收, 這個熱量的百分比都是不同的 按工程經驗, 以銘牌功率為基數, 一般來說有以下結論 : 單回收油的熱量, 微油螺旋機一般在 70% 左右 無油螺旋機做全熱回收的話, 一般在 80% 左右, 只做末級, 一般不超過 40% 離心機做全熱回收的話, 一般在 90% 左右, 只做末級, 一般不超過 30% 28
熱能節能計算 常用運算公式 空壓機平均每小時回收熱能 : PS: Q=P * 860 * ( 20% ~ 90% ) Q 回收熱能,kCal P 空壓機輸入功率,kW 860 熱電當量,1kWh 每小時產生熱 860kCal 20% ~ 90 % 可回收熱能占空壓機輸入功率比例 29
Q: 空壓機熱回收能做到多高的水溫? A: 對於不同形式的空壓機, 不同形式的熱回收, 這個溫度都是不同的 按工程經驗的熱回收, 一般來說有以下結論 : 微油螺旋機 HRS, 應用側熱水溫度一般在 60, 做特別設計可以去到 80 左右. 無油螺旋機 HRS, 應用側熱水溫度一般在 60, 做特別設計可以去到 70, 再高會影響空壓機. 離心機做 HRS, 應用側水溫一般在 80 左右. 30
熱能節能計算 常用運算公式 可生產的熱水量 : G=Q / 1,000 /(th-tg) Ps: G 熱水量,m 3 /h or t/h Q 回收熱能,kCal 1,000 水的比熱,1 噸水溫度升高 1 吸收的熱量 1,000kCal th 回水溫度, tg 供水溫度, 31
Q: 空壓機做熱回收會影響空壓機嗎? A: 熱回收是以空壓機穩定運行為前提的, 並且在機組設計時都有相應的設計, 例如微油螺旋機 HRS 採用了雙溫控閥的設計, 無油螺旋機及離心機 HRS 均採用了二次換熱的系統設計 空壓機的熱回收往往是一個系統, 系統設計不合理時, 反過來可能會影響到熱回收機組以及空壓機, 因此建議和有較多工程經驗的供應商合作 32
Desiccant Dyer 吸附式乾燥機 TZM HL EH HB HOC Nominal Capacity 流量 (m3/min) Technology 再生方式 Average Purge 平均再生氣量 0.1 to 5 3.4-51 11.3-60 28.3-226..5 20 400 Heatless 無熱再生式 Heatless 無熱再生式 Heated 微熱再生式 15% 15% 7-8% Heated Blower 加熱鼓風式 3% - 0% Heat of Compression 壓缩熱再生式 0-0.75% 33
WATER ADSORBED, % BY WT Most Common Desiccants 市場上的吸附劑 Activated Alumina 40 氧化鋁 30 SILICA GEL Molecular Sieve 分子篩 Silica Gel 矽膠 20 10 0 MOLECULAR SIEVES ACTIVATED ALUMINA 0 20 40 60 80 100 % RELATIVE HUMIDITY 34
Desiccant -RULES OF THUMB 吸附劑 效能 1) The moisture holding capacity of air approximately doubles for each 5 deg C (20 deg F) increase in temperature 2) The moisture holding capacity of air decreases with increasing pressure 35
Air Inlet HB How It Works 8 Hour Cycle Drying Regenerating Air Outlet 36
Q&A 37