産業分野で広く利用されている動力源である圧縮空気は、工業生産における総エネルギー消費量の10%～35%を占めています。圧縮空気システムのエネルギー消費量の96%は工業用コンプレッサーの電力消費量であり、中国における工業用コンプレッサーの年間電力消費量は、全国総電力消費量の6%以上を占めています。空気圧縮機の運転コストは、調達コスト、保守コスト、エネルギー運転コストから構成され、ライフサイクル評価理論によれば、調達コストは約10%に過ぎず、エネルギーコストは77%にも達します。これは、中国が産業構造改革と経済構造改革を進める中で、圧縮空気システムのエネルギー利用効率を積極的に改善する必要があることを示しています。
圧縮空気に対する理解が深まり、企業の省エネルギー・排出削減ニーズが高まるにつれ、既存システムの省エネルギー化に向けた適切な技術を選択し、最適な省エネルギー効果を達成することが急務となっている。過去2年間、中国の工業企業を対象とした調査では、省エネルギー改修の需要は主に以下の3つの側面から生じていることが示されている。
空気圧縮機のエネルギー消費は企業の電力消費に占める割合が高すぎ、圧縮空気システムの供給不安定性、圧力変動などが機器の正常な動作に影響を与えています。生産規模の拡大に伴い、企業は既存の圧縮空気システムを最適化し、需要の増加に対応する必要があります。企業の圧縮空気システムの特性や適用可能な省エネ技術は異なるため、変革の成功率を高めるためには、省エネ変革を盲目的に実施することはできません。特に、システム全体の総合的な分析、テスト、評価に基づいて適切な省エネ対策を選択することが重要です。著者らは、多数の工業企業における圧縮空気の使用状況を調査することにより、既存および新興の省エネ技術の特性と適用範囲を分析・検討しました。
システム省エネルギー戦略
空気圧システムのエネルギー消費評価とエネルギー損失分析の理論に基づき、システム構成の様々な側面から、全体的な省エネルギー対策を以下のように実施する。
圧縮空気の生成。各種コンプレッサーの適切な構成と保守、運転モードの最適化、空気浄化装置の日常管理。圧縮空気の輸送。パイプラインネットワーク構成の最適化、高圧および低圧供給パイプラインの分離、空気消費分布のリアルタイム監視、日常点検と漏洩の最小化、ジョイントでの圧力損失の改善。圧縮空気の利用。シリンダー駆動回路の改善、電解アルミニウム産業のシリンダーシェル用特殊空気節約バルブ、省エネエアガンおよびノズルなど、この産業向けに開発された省エネ製品の使用。コンプレッサー廃熱の回収。空気圧縮中に発生する熱は、熱交換などによって回収され、補助加熱やプロセス加熱などに使用されます。
圧縮空気の生成
1. シングルエアコンプレッサーの省エネ
現在、産業界で最も広く使用されている空気圧縮機は、主に往復式、遠心式、スクリュー式に分けられます。往復式は、一部の古い企業で依然として大量に使用されています。遠心式は、安定した運転と高い効率で繊維企業で広く使用されていますが、システム圧力が急激に変化するとサージを起こしやすいです。主な省エネ対策は次のとおりです。輸入空気の清浄度を確保すること、特に繊維企業では粗いろ過を適切に行い、空気中の大量の短繊維をろ過します。空気圧縮機の入口温度を下げて効率を向上させます。潤滑油の油圧は遠心ローターの振動に大きな影響を与えるため、消泡剤と酸化安定剤を含む潤滑油を選択します。冷却水の水質に注意し、冷却水の排出を適切に行い、計画的に水を補充します。空気圧縮機、乾燥機、貯蔵タンク、配管網の凝縮水排出ポイントは定期的に排出する必要があります。空気需要の急激な変化などによる喘鳴を防ぐため、装置に設定されている比例帯と積分時間を適切に調整し、空気消費量の急激な減少を避けるようにしてください。また、優れた省エネ効果を持つ三段遠心分離機を選定し、高圧モーターを使用してライン損失を低減し、空気圧ステーションの温度上昇を低く抑えるようにしてください。
スクリュー式空気圧縮機は広く使用されており、以下ではスクリュー式空気圧縮機の制御方式の比較概要に焦点を当てます。現在の空気圧縮機の負荷/アンロードと定圧調整の問題を分析すると、次の結論が得られます。入口バルブの調整に機械的な手段に頼っているため、空気供給を迅速かつ連続的に調整できません。ガスの量が常に変化している場合、供給圧力は必然的に大きく変動します。純粋な周波数制御は、周波数変換器を追加して空気圧縮機の空気生産を調整することにより、工場の空気消費量の変動に合わせるために使用されます。欠点は、このシステムは工場の空気消費量の変動が大きくない状況（変動が単一機械の空気生産量の40%〜70%で、省エネ効果が最も顕著な状況）に適していることです。
2 空気圧縮機グループ専門制御システム
空気圧縮機群のエキスパート制御システムは、空気圧縮機群の制御と省エネルギーにおける新たな技術となっています。この制御システムは、圧力需要の変化に応じて、異なる空気圧縮機の起動・停止、負荷・アンロードなどを制御し、常に適切な台数と容量の圧縮機が稼働するように維持します。
ホーム制御システムは、周波数変換器の制御によって工場の低圧ガス供給システムの単一の空気圧縮機の速度を変更し、空気圧縮機ユニットのガス生成時間を制御し、工場の低圧ガス供給システムのガス量の小さな変動に合わせます。一般的に、どの空気圧縮機周波数変換変換を選択するかは、専門のシステムが総合的なテストと計算を実行して決定する必要があります。上記の分析と比較により、当社の圧縮空気システムのエネルギー効率には改善の余地がたくさんあることがわかります。圧縮機周波数変換変換は、企業の独自の圧縮空気システムの運用と組み合わせることによってのみ省エネ効果を実現できます。使用する前に専門家による十分なテストと評価が必要です。空気圧縮機グループ専門家制御システムは、複数の空気圧縮機が同時に稼働する場合に特に適しており、段階的な組み合わせ構成を実行することで、企業のニーズを十分に満たすことができます。
3. 圧縮空気乾燥工程の改善
現在、企業で最も一般的に使用されている圧縮空気乾燥・処理装置は、冷凍式、非熱再生式、微熱再生複合式であり、主な性能比較を以下の表に示す。
防衛ラインの省エネ化は、以下の原則に従って実施されます。元の空気処理システムが高純度処理である場合は、より低い適合処理に変更します。乾燥プロセスを改善し、乾燥処理工程における圧力損失を低減します（特定のシステムの乾燥機における圧力損失は最大0.05～0.1MPa）。これにより、エネルギー消費量を削減できます。
圧縮空気の輸送
1 配管システム配管システムの圧力は、作動圧力の 1.5% を超えてはならない。現在、多くの空気圧ステーションには、一次および二次配管がなく、不要なエルボや曲がりが多すぎて、圧力脈動が頻繁に発生し、深刻な圧力損失が発生している。一部の空気圧配管は溝に埋設されており、漏洩を監視できない。いかなる場合でもシステム圧力要求を確保するため、運用管理担当者はシステム全体の作動圧力を 0.1〜0.2MPa 増加させ、人為的な圧力損失を導入している。空気圧縮機の排気圧力が 0.1MPa 増加するごとに、空気圧縮機の消費電力は 7%〜10% 増加する。同時に、システム圧力の増加により空気漏れも増加する。省エネ改修対策: 分岐配置の配管をループ配置に変更し、高圧および低圧空気供給の分離を実施し、高圧および低圧精密オーバーフローユニットを設置する。省エネ改修工事の際に、局所抵抗の大きい配管を交換し、配管抵抗を低減するとともに、酸洗浄や錆除去などによって配管の内壁を浄化し、配管壁が滑らかであることを確保する。
2. 漏洩、漏洩検知および塞ぎ
工場の漏洩のほとんどは深刻で、漏洩量は20%〜35%に達し、主に各ガス使用機器のバルブ、ジョイント、トリプレット、電磁弁、ねじ接続部、シリンダーの前面カバーで発生しています。一部の機器は過圧で動作し、自動的にアンロードされ、頻繁に排気されます。漏洩による損害は、ほとんどの人の想像を超えています。たとえば、自動車スポット溶接ステーションのガスパイプ内の溶接スラグが直径1mmの小さな穴を引き起こし、年間電力損失は最大355kWhに達し、これは3人家族2世帯の年間家庭用電力にほぼ相当します。省エネ対策：主要発電工場のガス供給パイプラインに流量測定管理システムを設置し、プロセス使用の限界を決定します。プロセスガスの消費量を調整し、バルブとジョイントの数を最小限に抑え、漏洩箇所を減らします。管理を強化し、専門ツールを使用して定期的な検査を実施します。要するに、企業は並列アクセス型インテリジェントガス漏れ検知器、漏れ箇所スキャンガンなどの専門的な検査機器を使用して、圧縮空気システムの作動、危険、滴下、漏れを防止するための対策を講じ、それに応じて保守作業や部品交換作業を実施することができます。
圧縮空気の使用
エアガンは、製造工程の仕上げ、機械加工などの現場で広く使用されており、一部の工業地域では、その空気消費量が総空気供給量の50%に達することもあります。使用過程において、空気供給パイプラインが長すぎる、供給圧力が高すぎる、ノズルとして直管銅管を使用する、現場作業員による無許可の作動圧力上昇などといった現象が発生し、大量の空気の無駄遣いにつながっています。
空気圧機器におけるガス使用の不合理な現象も顕著であり、例えば、ワークピースがガス背圧検出の位置に詰まっているかどうかの判定、真空発生器のガス供給など、動作していないときにガス供給が途切れない現象などが挙げられる。これらの問題は、特に化学タンクや混合に使用されるその他のガス、タイヤ製造における定型的な空気注入などで発生する。省エネ改革対策：新型空気圧ノズル省エネ装置やパルス式エアガンの使用。アルミニウム産業など特定の産業における専用空気圧機器の使用促進、シェルシリンダー専用省エネバルブの使用促進。
空気圧縮機の廃熱回収
ライフサイクル全体評価によると、空気圧縮機が消費する電気エネルギーの80%～90%は熱に変換されて放出されます。空気圧縮機の電気熱消費の分布は下図に示されており、環境に放射される熱と圧縮空気自体に蓄積される熱を除くと、残りの94%のエネルギーは廃熱回収の形で利用できます。
廃熱回収は、熱交換器などの適切な手段を用いて空気圧縮プロセスの熱を回収し、空気や水を加熱するものです。一般的な用途としては、補助加熱、プロセス加熱、ボイラー補給水の予熱などがあります。適切な改良を加えることで、熱エネルギーの50%～90%を回収して利用できます。熱回収装置を設置することで、空気圧縮機の運転温度を最適な運転温度に効果的に制御でき、潤滑油の作動状態が改善され、空気圧縮機の排気量が2%～6%増加します。空冷式空気圧縮機の場合は、空気圧縮機自体の冷却ファンを停止し、循環水ポンプを使用して熱を回収できます。水冷式空気圧縮機の場合は、冷水加熱や空間加熱に使用でき、回収率は50%～60%です。廃熱回収は、電気加熱装置に比べてエネルギー消費がほとんどなく、燃料ガス装置に比べて排出ガスがゼロであるため、クリーンで環境に優しい省エネルギー方法です。圧縮空気システムのエネルギー損失解析理論に基づき、企業における既存の不合理なガス使用現象と省エネルギー対策を分析・まとめた。企業の省エネルギー化においては、まず各システムについて詳細な試験と評価を行い、それに基づいて適切な最適化対策を適用することで省エネルギー目標を達成し、圧縮空気システム全体の運転効率を向上させることができる。
投稿日時：2024年3月2日