L'aria compressa, fonte di energia ampiamente utilizzata in ambito industriale, rappresenta dal 10% al 35% del consumo energetico totale della produzione industriale. Il 96% del consumo energetico di un sistema ad aria compressa è dovuto al consumo di energia dei compressori industriali, e il consumo energetico annuo dei compressori industriali in Cina rappresenta oltre il 6% del consumo energetico nazionale totale. Considerando i costi operativi dei compressori d'aria, suddivisi tra costi di acquisto, costi di manutenzione e costi energetici, secondo la teoria della valutazione del ciclo di vita completo, i costi di acquisto rappresentano solo circa il 10%, mentre i costi energetici raggiungono il 77%. Ciò dimostra la necessità per la Cina di migliorare con decisione l'efficienza energetica dei sistemi ad aria compressa, nell'ambito della ristrutturazione industriale ed economica in atto.
Con l'approfondimento della comprensione dell'aria compressa e delle esigenze di risparmio energetico e riduzione delle emissioni delle imprese, è urgente scegliere la tecnologia appropriata per la trasformazione energetica dei sistemi esistenti al fine di ottenere i migliori risultati in termini di risparmio energetico. Negli ultimi due anni, la ricerca sulle imprese industriali cinesi ha dimostrato che la domanda di ammodernamento per il risparmio energetico deriva principalmente dai seguenti tre aspetti:
Il consumo energetico dei compressori d'aria rappresentava una percentuale troppo elevata del consumo energetico aziendale; l'instabilità dell'alimentazione dell'aria compressa, le fluttuazioni di pressione e altri problemi influivano sul normale funzionamento delle apparecchiature. Con l'espansione della scala produttiva, l'azienda ha dovuto ottimizzare e modernizzare il proprio sistema di aria compressa per adattarsi alla crescente domanda. Poiché le caratteristiche del sistema di aria compressa aziendale e le tecnologie di risparmio energetico applicabili differiscono, per migliorare il tasso di successo della trasformazione, quest'ultima non può essere implementata indiscriminatamente. È fondamentale selezionare le misure di risparmio energetico più adatte sulla base di un'analisi completa, di test e di una valutazione dell'intero sistema. Gli autori hanno analizzato e approfondito le caratteristiche e l'ambito di applicazione di alcune tecnologie di risparmio energetico esistenti ed emergenti, esaminando l'utilizzo dell'aria compressa in un ampio numero di imprese industriali.
Strategia di risparmio energetico del sistema
Basandosi sulla teoria della valutazione del consumo energetico e dell'analisi delle perdite di energia dei sistemi pneumatici, e partendo dai vari aspetti della composizione del sistema, si adottano le seguenti misure complessive di risparmio energetico:
Generazione di aria compressa. Configurazione e manutenzione razionali di diversi tipi di compressori, ottimizzazione della modalità operativa, gestione quotidiana delle apparecchiature di purificazione dell'aria. Trasporto di aria compressa. Ottimizzazione della configurazione della rete di tubazioni, separazione delle tubazioni di alimentazione ad alta e bassa pressione; monitoraggio in tempo reale della distribuzione del consumo d'aria, ispezione giornaliera e minimizzazione delle perdite, miglioramento della perdita di pressione nei giunti. Utilizzo dell'aria compressa. Miglioramento del circuito di azionamento dei cilindri, utilizzo di prodotti a risparmio energetico sviluppati per questo settore, come valvole speciali a risparmio d'aria per cilindri di rivestimento nell'industria dell'alluminio elettrolitico, nonché pistole e ugelli ad aria compressa a risparmio energetico. Recupero del calore di scarto del compressore. Il calore generato durante la compressione dell'aria viene recuperato mediante scambiatori di calore, ecc., e utilizzato per il riscaldamento ausiliario e il riscaldamento di processo, ecc.
Generazione di aria compressa
1. Risparmio energetico con un singolo compressore d'aria.
Attualmente, i compressori d'aria più diffusi nell'industria si dividono principalmente in alternativi, centrifughi e a vite. Il tipo alternativo è ancora ampiamente utilizzato in alcune aziende consolidate; il tipo centrifugo è diffuso nelle industrie tessili per la sua stabilità operativa e l'elevata efficienza, ma è soggetto a fenomeni di pompaggio in caso di improvvise variazioni di pressione del sistema. Le principali misure di risparmio energetico adottate sono: garantire la pulizia dell'aria in ingresso, soprattutto nelle industrie tessili, effettuando un'accurata filtrazione grossolana per eliminare le fibre corte presenti nell'aria; ridurre la temperatura di ingresso del compressore d'aria per migliorarne l'efficienza; la pressione dell'olio lubrificante sulle vibrazioni del rotore della centrifuga ha un impatto significativo; è quindi consigliabile scegliere un olio lubrificante contenente antischiuma e stabilizzanti all'ossidazione; prestare attenzione alla qualità dell'acqua di raffreddamento, effettuando uno scarico adeguato e programmando il rabbocco; svuotare regolarmente i punti di scarico della condensa del compressore d'aria, dell'essiccatore, del serbatoio di accumulo e della rete di tubazioni. Per evitare sibili causati da rapidi cambiamenti nella richiesta d'aria, ecc., prestare attenzione alla regolazione della banda proporzionale e del tempo integrale impostati dall'unità e cercare di evitare riduzioni improvvise del consumo d'aria. Selezionare centrifughe a tre stadi con un notevole effetto di risparmio energetico e cercare di utilizzare motori ad alta pressione per ridurre le perdite di linea e mantenere basso l'aumento di temperatura della stazione di pressione dell'aria.
Il compressore d'aria a vite è ampiamente utilizzato. Di seguito, un riepilogo comparativo delle modalità di controllo del compressore d'aria a vite: analizzando i problemi di carico/scarico e regolazione della pressione costante del compressore d'aria attuale, si può concludere che, affidandosi a mezzi meccanici per regolare la valvola di ingresso, l'alimentazione dell'aria non può essere regolata in modo rapido e continuo. Quando la quantità di gas cambia costantemente, la pressione di alimentazione fluttua inevitabilmente in modo significativo. Il controllo a frequenza pura viene utilizzato per compensare le fluttuazioni del consumo d'aria in fabbrica, aggiungendo un convertitore di frequenza per regolare la produzione d'aria del compressore. Lo svantaggio è che il sistema è adatto a situazioni in cui le fluttuazioni del consumo d'aria in fabbrica non sono elevate (le fluttuazioni sono pari al 40%~70% del volume di produzione d'aria di una singola macchina e l'effetto di risparmio energetico è più significativo).
2 Gruppo compressore d'aria, sistema di controllo esperto
Il sistema di controllo esperto per gruppi di compressori d'aria rappresenta la nuova tecnologia per il controllo e il risparmio energetico dei gruppi di compressori. Il sistema di controllo, in base alle variazioni della richiesta di pressione, gestisce l'avvio e l'arresto, il carico e lo scarico dei diversi compressori, garantendo che il sistema mantenga sempre il numero e la capacità di compressori in funzione ottimali.
Il sistema di controllo domestico, tramite il controllo del convertitore di frequenza, modifica la velocità di un singolo compressore d'aria nel sistema di alimentazione del gas a bassa pressione della fabbrica, controllando il tempo di produzione del gas dell'unità di compressione e adattandosi alle piccole fluttuazioni della quantità di gas nel sistema di alimentazione del gas a bassa pressione della fabbrica. In genere, la scelta del convertitore di frequenza più adatto per il compressore d'aria richiede che un sistema professionale esegua test e calcoli completi. Dall'analisi e dal confronto sopra descritti, si evince che l'efficienza energetica di molti dei nostri sistemi di aria compressa presenta ampi margini di miglioramento. Il convertitore di frequenza del compressore può ottenere un risparmio energetico solo se integrato con il sistema di aria compressa aziendale, che deve essere completamente testato e valutato da professionisti prima dell'uso. Il sistema di controllo esperto per gruppi di compressori d'aria è particolarmente adatto per il funzionamento simultaneo di più compressori d'aria; l'implementazione di una configurazione a combinazione graduale può soddisfare appieno le esigenze delle aziende.
3. Miglioramento del processo di essiccazione ad aria compressa
Attualmente, le apparecchiature per l'essiccazione e il trattamento dell'aria compressa più comunemente utilizzate dalle aziende sono quelle a refrigerazione, quelle senza rigenerazione di calore e quelle composite a micro-rigenerazione di calore; il confronto delle principali prestazioni è riportato nella tabella sottostante.
Trasformazione a risparmio energetico della linea di difesa secondo i seguenti principi: se il sistema originale di trattamento dell'aria prevede un livello di purezza troppo elevato, passare a un trattamento di qualità inferiore. Migliorare il processo di essiccazione, ridurre la perdita di pressione nella fase di essiccazione (la perdita di pressione nell'essiccatore di alcuni sistemi può arrivare fino a 0,05 ~ 0,1 MPa), ridurre il consumo energetico.
Trasporto di aria compressa
1. Il sistema di tubazioni Yajiang non deve superare l'1,5% della pressione di esercizio. Attualmente, molte stazioni di pressione dell'aria non hanno tubazioni primarie e secondarie, presentano troppi gomiti e curve non necessari, frequenti pulsazioni di pressione e gravi perdite di pressione. Alcune delle tubazioni pneumatiche sono interrate e non possono essere monitorate per eventuali perdite. Per garantire la pressione richiesta dal sistema in ogni caso, il personale addetto alla gestione operativa aumenta la pressione di esercizio dell'intero sistema di 0,1~0,2 MPa, introducendo una perdita di pressione artificiale. Per ogni aumento di 0,1 MPa nella pressione di scarico del compressore d'aria, il consumo energetico del compressore aumenterà del 7%~10%. Allo stesso tempo, l'aumento della pressione del sistema aumenta le perdite d'aria. Misure di ristrutturazione per il risparmio energetico: convertire la disposizione delle tubazioni da diramazioni a circuiti, implementare la separazione dell'alimentazione dell'aria ad alta e bassa pressione e installare un'unità di troppo pieno di precisione ad alta e bassa pressione; Durante la ristrutturazione per il risparmio energetico, si sostituisce la tubazione con elevata resistenza locale, si riduce la resistenza della tubazione e si pulisce la parete interna del tubo mediante lavaggio acido, rimozione della ruggine, ecc., in modo da garantire che la parete del tubo sia liscia.
2 Perdite, rilevamento e sigillatura delle perdite
La maggior parte delle perdite in fabbrica è grave, con percentuali che raggiungono il 20%-35%, e si verificano principalmente in valvole, giunti, raccordi a tre vie, elettrovalvole, connessioni filettate e nel coperchio anteriore delle bombole di ogni apparecchiatura che utilizza gas; alcune apparecchiature funzionano in sovrapressione, si scaricano automaticamente e si svuotano frequentemente. I danni causati dalle perdite sono quasi inimmaginabili. Ad esempio, in una stazione di saldatura a punti per automobili, una piccola perdita di 1 mm di diametro causata da una scoria di saldatura nel tubo del gas può provocare una perdita annua di energia elettrica fino a 355 kWh, quasi equivalente al consumo annuo di energia elettrica di due famiglie di tre persone. Misure di risparmio energetico: installare un sistema di gestione della misurazione del flusso per la condotta di alimentazione del gas dell'officina di generazione principale per determinare il limite di utilizzo del processo. Regolare il consumo di gas di processo, ridurre al minimo il numero di valvole e giunti e ridurre i punti di perdita. Rafforzare la gestione e utilizzare strumenti professionali per ispezioni regolari. In breve, le aziende possono utilizzare apparecchiature di test professionali come rilevatori intelligenti di perdite di gas ad accesso parallelo, pistole di scansione dei punti di perdita, ecc., per adottare misure volte a prevenire malfunzionamenti, perdite, gocciolamenti e perdite del sistema di aria compressa, eseguendo di conseguenza interventi di manutenzione e sostituzione dei componenti.
Utilizzo dell'aria compressa
Le pistole ad aria compressa sono ampiamente utilizzate nei processi di finitura, lavorazione e altri processi industriali, e il loro consumo d'aria raggiunge il 50% dell'aria compressa totale in alcune aree industriali. Durante il loro utilizzo, si verificano fenomeni quali tubazioni di alimentazione dell'aria troppo lunghe, pressioni di alimentazione troppo elevate, utilizzo di tubi di rame diritti come ugelli e aumenti non autorizzati della pressione di esercizio da parte degli operatori, che causano un enorme spreco d'aria.
Il fenomeno anomalo dell'utilizzo del gas nelle apparecchiature pneumatiche è sempre più evidente, ad esempio per determinare se il pezzo in lavorazione è bloccato nel punto di rilevamento della contropressione del gas, l'alimentazione del gas del generatore di vuoto, ecc. Si verifica anche il fenomeno dell'alimentazione ininterrotta del gas quando non si lavora. Questi problemi si presentano soprattutto nei serbatoi chimici e in altri gas utilizzati per la miscelazione, e nella produzione di pneumatici, ad esempio durante il gonfiaggio. Misure di riforma per il risparmio energetico: utilizzo di nuovi dispositivi di risparmio energetico per gli ugelli pneumatici e pistole ad aria compressa a impulsi. Utilizzo di apparecchiature pneumatiche specializzate in settori specifici, come l'industria dell'alluminio, per promuovere l'uso di valvole speciali per il risparmio d'aria nei cilindri di rivestimento.
Recupero del calore di scarto del compressore d'aria
Secondo la valutazione dell'intero ciclo di vita, l'80%-90% dell'energia elettrica consumata dai compressori d'aria viene convertita in calore e dissipata. La distribuzione del consumo di energia elettrica e termica di un compressore d'aria è mostrata nella figura sottostante; escludendo il calore irradiato nell'ambiente e quello immagazzinato nell'aria compressa stessa, il restante 94% dell'energia può essere utilizzato sotto forma di recupero del calore di scarto.
Il recupero del calore di scarto avviene tramite scambiatori di calore e altri mezzi appropriati per il recupero del calore di processo della compressione dell'aria, utilizzato per riscaldare aria o acqua. Gli impieghi tipici includono il riscaldamento ausiliario, il riscaldamento di processo e il preriscaldamento dell'acqua di reintegro delle caldaie. Con opportuni miglioramenti, è possibile recuperare e utilizzare dal 50% al 90% dell'energia termica. L'installazione di dispositivi di recupero del calore consente di controllare efficacemente la temperatura di esercizio del compressore d'aria, mantenendola al valore ottimale, migliorando così le condizioni di lavoro dell'olio lubrificante e aumentando il volume di scarico del compressore del 2%~6%. Per i compressori d'aria raffreddati ad aria, è possibile arrestare la ventola di raffreddamento del compressore stesso e utilizzare la pompa dell'acqua di circolazione per recuperare il calore; per i compressori d'aria raffreddati ad acqua, il calore può essere recuperato per riscaldare acqua fredda o per il riscaldamento degli ambienti, con un tasso di recupero del 50%~60%. Rispetto agli impianti di riscaldamento elettrico, il recupero del calore di scarto non comporta praticamente alcun consumo energetico; rispetto agli impianti a gas combustibile, non produce emissioni, rappresentando un metodo di risparmio energetico pulito ed ecologico. Basandosi sulla teoria dell'analisi delle perdite di energia nei sistemi ad aria compressa, vengono analizzati e riassunti i fenomeni di utilizzo irragionevole del gas e le misure di risparmio energetico adottate dall'azienda. Nell'ambito della trasformazione aziendale orientata al risparmio energetico, è fondamentale eseguire innanzitutto test e valutazioni dettagliate sui diversi sistemi, sulla base dei quali applicare opportune misure di ottimizzazione per raggiungere gli obiettivi di risparmio energetico, migliorando così l'efficienza operativa dell'intero sistema ad aria compressa.
Data di pubblicazione: 2 marzo 2024