สรุปการประหยัดพลังงานและการปรับปรุงระบบอัดอากาศ

อากาศอัดเป็นแหล่งพลังงานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรม โดยคิดเป็น 10% ถึง 35% ของการใช้พลังงานทั้งหมดในการผลิตภาคอุตสาหกรรม 96% ของการใช้พลังงานในระบบอากาศอัดเป็นการใช้พลังงานของเครื่องอัดอากาศในภาคอุตสาหกรรม และการใช้พลังงานประจำปีของเครื่องอัดอากาศในประเทศจีนคิดเป็นมากกว่า 6% ของการใช้พลังงานทั้งหมดของประเทศ เมื่อพิจารณาต้นทุนการดำเนินงานของเครื่องอัดอากาศตามทฤษฎีการประเมินตลอดอายุการใช้งาน ต้นทุนการจัดซื้อ ต้นทุนการบำรุงรักษา และต้นทุนพลังงาน พบว่าต้นทุนการจัดซื้อคิดเป็นเพียงประมาณ 10% ในขณะที่ต้นทุนพลังงานสูงถึง 77% แสดงให้เห็นว่าจีนจำเป็นต้องปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของระบบอากาศอัดอย่างจริงจังควบคู่ไปกับการปรับโครงสร้างอุตสาหกรรมและเศรษฐกิจ

ด้วยความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับอากาศอัด ความต้องการด้านการประหยัดพลังงานและการลดการปล่อยมลพิษขององค์กร จึงเป็นเรื่องเร่งด่วนที่จะต้องเลือกเทคโนโลยีที่เหมาะสมกับระบบที่มีอยู่เพื่อการเปลี่ยนแปลงไปสู่การประหยัดพลังงาน เพื่อให้ได้ผลลัพธ์การประหยัดพลังงานที่ดีที่สุด ในช่วงสองปีที่ผ่านมา การวิจัยในองค์กรอุตสาหกรรมของจีนแสดงให้เห็นว่า ความต้องการในการปรับปรุงเพื่อประหยัดพลังงานส่วนใหญ่มาจากสามด้านดังต่อไปนี้:

การใช้พลังงานของเครื่องอัดอากาศมีสัดส่วนสูงเกินไปเมื่อเทียบกับการใช้พลังงานทั้งหมดขององค์กร ความไม่เสถียรของการจ่ายอากาศอัด ความผันผวนของความดัน และผลกระทบอื่นๆ ส่งผลกระทบต่อการทำงานปกติของอุปกรณ์ ด้วยการขยายขนาดการผลิต องค์กรจึงจำเป็นต้องปรับปรุงระบบอากาศอัดที่มีอยู่เดิมเพื่อให้สอดคล้องกับการเติบโตของความต้องการ เนื่องจากลักษณะเฉพาะของระบบอากาศอัดของแต่ละองค์กรและเทคโนโลยีประหยัดพลังงานที่เหมาะสมนั้นแตกต่างกัน เพื่อเพิ่มอัตราความสำเร็จของการเปลี่ยนแปลง การประหยัดพลังงานจึงไม่ควรทำแบบสุ่มสี่สุ่มห้า สิ่งสำคัญอย่างยิ่งคือการเลือกมาตรการประหยัดพลังงานที่เหมาะสมโดยอาศัยการวิเคราะห์ ทดสอบ และประเมินผลอย่างครอบคลุมทั้งระบบ ผู้เขียนได้วิเคราะห์และสำรวจลักษณะและขอบเขตการใช้งานของเทคโนโลยีประหยัดพลังงานที่มีอยู่และที่กำลังเกิดขึ้นใหม่ โดยการศึกษาการใช้งานอากาศอัดในสถานประกอบการอุตสาหกรรมจำนวนมาก

กลยุทธ์การประหยัดพลังงานของระบบ

โดยอิงตามทฤษฎีการประเมินการใช้พลังงานของระบบนิวแมติกและการวิเคราะห์การสูญเสียพลังงาน โดยเริ่มจากแง่มุมต่างๆ ขององค์ประกอบระบบ มาตรการประหยัดพลังงานโดยรวมจึงมีดังต่อไปนี้:

การผลิตอากาศอัด การกำหนดค่าและการบำรุงรักษาคอมเพรสเซอร์ประเภทต่างๆ อย่างเหมาะสม การเพิ่มประสิทธิภาพโหมดการทำงาน การจัดการอุปกรณ์กรองอากาศประจำวัน การขนส่งอากาศอัด การเพิ่มประสิทธิภาพการกำหนดค่าเครือข่ายท่อ การแยกท่อส่งแรงดันสูงและต่ำ การตรวจสอบการกระจายการใช้อากาศแบบเรียลไทม์ การตรวจสอบประจำวันและการลดการรั่วไหล การปรับปรุงการสูญเสียแรงดันที่ข้อต่อ การใช้งานอากาศอัด การปรับปรุงวงจรขับเคลื่อนกระบอกสูบ การใช้ผลิตภัณฑ์ประหยัดพลังงานที่พัฒนาขึ้นสำหรับอุตสาหกรรมนี้ เช่น วาล์วประหยัดอากาศพิเศษสำหรับกระบอกสูบในอุตสาหกรรมอะลูมิเนียมอิเล็กโทรไลต์ รวมถึงปืนลมและหัวฉีดประหยัดพลังงาน การนำความร้อนเหลือทิ้งจากคอมเพรสเซอร์กลับมาใช้ใหม่ ความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการอัดอากาศจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่โดยวิธีการแลกเปลี่ยนความร้อน ฯลฯ และใช้สำหรับการทำความร้อนเสริมและการทำความร้อนในกระบวนการผลิต ฯลฯ

การผลิตอากาศอัด

1. เครื่องอัดอากาศแบบเดี่ยว ประหยัดพลังงาน

ปัจจุบัน คอมเพรสเซอร์อากาศที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นแบบลูกสูบ แบบแรงเหวี่ยง และแบบสกรู แบบลูกสูบยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในสถานประกอบการเก่าบางแห่ง ส่วนแบบแรงเหวี่ยงนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในโรงงานสิ่งทอ เนื่องจากมีการทำงานที่เสถียรและมีประสิทธิภาพสูง แต่มีแนวโน้มที่จะเกิดการกระชากเมื่อความดันในระบบเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน มาตรการประหยัดพลังงานหลักที่ใช้คือ: การตรวจสอบให้แน่ใจว่าอากาศที่นำเข้าสะอาด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโรงงานสิ่งทอ ควรมีการกรองหยาบที่ดี เพื่อกรองเส้นใยสั้นจำนวนมากในอากาศ ลดอุณหภูมิขาเข้าของคอมเพรสเซอร์อากาศเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ความดันน้ำมันหล่อลื่นมีผลกระทบอย่างมากต่อการสั่นสะเทือนของโรเตอร์แบบแรงเหวี่ยง ดังนั้นควรเลือกใช้น้ำมันหล่อลื่นที่มีสารป้องกันฟองและสารป้องกันการออกซิเดชัน ให้ความสำคัญกับคุณภาพของน้ำหล่อเย็น การระบายน้ำหล่อเย็นอย่างเหมาะสม และการเติมน้ำตามแผน จุดระบายน้ำทิ้งของคอมเพรสเซอร์อากาศ เครื่องอบแห้ง ถังเก็บ และเครือข่ายท่อ ควรระบายน้ำทิ้งอย่างสม่ำเสมอ เพื่อป้องกันเสียงหวีดที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความต้องการอากาศอย่างรวดเร็ว ฯลฯ ควรใส่ใจกับการปรับช่วงสัดส่วนและเวลาอินทิกรัลที่ตั้งไว้โดยเครื่อง และพยายามหลีกเลี่ยงการลดปริมาณการใช้อากาศอย่างกะทันหัน เลือกใช้เครื่องปั่นเหวี่ยงสามขั้นตอนที่มีประสิทธิภาพในการประหยัดพลังงานสูง และพยายามใช้มอเตอร์แรงดันสูงเพื่อลดการสูญเสียในสายส่งและรักษาอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นของสถานีแรงดันอากาศให้ต่ำ

เครื่องอัดอากาศแบบสกรูมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย บทความนี้จะสรุปการเปรียบเทียบโหมดการควบคุมเครื่องอัดอากาศแบบสกรู โดยวิเคราะห์ปัญหาการโหลด/ปลดโหลดและการควบคุมแรงดันคงที่ของเครื่องอัดอากาศในปัจจุบัน สรุปได้ว่า การใช้กลไกในการควบคุมวาล์วทางเข้า ไม่สามารถปรับปริมาณอากาศที่จ่ายได้อย่างรวดเร็วและต่อเนื่อง เมื่อปริมาณก๊าซเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา แรงดันที่จ่ายก็จะผันผวนอย่างมาก การควบคุมความถี่อย่างเดียวใช้เพื่อปรับให้เข้ากับการผันผวนของการใช้อากาศในโรงงาน โดยการเพิ่มตัวแปลงความถี่เพื่อปรับการผลิตอากาศของเครื่องอัดอากาศ ข้อเสียคือ ระบบนี้เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่การผันผวนของการใช้อากาศในโรงงานไม่มาก (การผันผวนอยู่ที่ 40%~70% ของปริมาณการผลิตอากาศของเครื่องเดียว และผลการประหยัดพลังงานจะเห็นได้ชัดที่สุด)

2. ระบบควบคุมผู้เชี่ยวชาญกลุ่มคอมเพรสเซอร์อากาศ

ระบบควบคุมผู้เชี่ยวชาญสำหรับกลุ่มคอมเพรสเซอร์อากาศได้กลายเป็นเทคโนโลยีใหม่สำหรับการควบคุมและประหยัดพลังงานของกลุ่มคอมเพรสเซอร์อากาศ ระบบควบคุมนี้จะควบคุมการเริ่มและหยุดการทำงาน การโหลดและขนถ่าย ฯลฯ ของคอมเพรสเซอร์อากาศต่างๆ ตามการเปลี่ยนแปลงของความต้องการแรงดัน เพื่อรักษาระบบให้มีจำนวนและกำลังการผลิตของคอมเพรสเซอร์ที่เหมาะสมอยู่เสมอ

ระบบควบคุมภายในบ้านใช้ตัวแปลงความถี่ในการควบคุมเพื่อเปลี่ยนความเร็วของเครื่องอัดอากาศแต่ละเครื่องในระบบจ่ายก๊าซแรงดันต่ำของโรงงาน เพื่อควบคุมเวลาการผลิตก๊าซของเครื่องอัดอากาศแต่ละเครื่อง โดยให้สอดคล้องกับระบบจ่ายก๊าซแรงดันต่ำของโรงงานที่มีปริมาณก๊าซผันผวนน้อย โดยทั่วไปแล้ว การเลือกใช้ตัวแปลงความถี่สำหรับเครื่องอัดอากาศนั้น จำเป็นต้องให้ผู้เชี่ยวชาญทำการทดสอบและคำนวณอย่างครอบคลุมก่อนตัดสินใจ จากการวิเคราะห์และเปรียบเทียบข้างต้น พบว่า ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของระบบอัดอากาศของเราหลายระบบยังมีช่องว่างให้ปรับปรุงอีกมาก การแปลงความถี่ของเครื่องอัดอากาศจะช่วยประหยัดพลังงานได้ก็ต่อเมื่อใช้งานร่วมกับระบบอัดอากาศขององค์กรเอง ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการทดสอบและประเมินอย่างครบถ้วนโดยผู้เชี่ยวชาญก่อนใช้งาน ระบบควบคุมผู้เชี่ยวชาญสำหรับกลุ่มเครื่องอัดอากาศนั้นเหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับเครื่องอัดอากาศหลายเครื่องที่ทำงานพร้อมกัน การกำหนดค่าแบบผสมผสานหลายขั้นตอนสามารถตอบสนองความต้องการขององค์กรได้เป็นอย่างดี

3. การปรับปรุงกระบวนการอบแห้งด้วยอากาศอัด

ในปัจจุบัน อุปกรณ์อบแห้งและแปรรูปอากาศอัดที่ใช้กันทั่วไปในองค์กร ได้แก่ แบบใช้ระบบทำความเย็น แบบไม่ใช้การสร้างความร้อนใหม่ และแบบผสมผสานการสร้างความร้อนเล็กน้อย โดยตารางด้านล่างแสดงการเปรียบเทียบประสิทธิภาพหลักๆ

การปรับปรุงระบบป้องกันเพื่อประหยัดพลังงานควรยึดหลักการดังต่อไปนี้: หากระบบเดิมใช้การบำบัดอากาศที่มีความบริสุทธิ์สูงเกินไป ให้เปลี่ยนไปใช้ระบบที่มีความบริสุทธิ์ต่ำกว่า ปรับปรุงกระบวนการอบแห้ง ลดการสูญเสียแรงดันในขั้นตอนการอบแห้ง (การสูญเสียแรงดันที่เครื่องอบแห้งของบางระบบอาจสูงถึง 0.05 ~ 0.1 MPa) และลดการใช้พลังงาน

การขนส่งอากาศอัด

1. ระบบท่อส่งอากาศไม่ควรเกิน 1.5% ของแรงดันใช้งาน ปัจจุบัน สถานีแรงดันอากาศหลายแห่งไม่มีท่อหลักและท่อรอง มีข้อต่อและส่วนโค้งที่ไม่จำเป็นมากเกินไป แรงดันผันผวนบ่อย และมีการสูญเสียแรงดันอย่างรุนแรง ท่อลมบางส่วนถูกฝังอยู่ในร่องและไม่สามารถตรวจสอบการรั่วไหลได้ เพื่อให้แน่ใจว่าระบบมีแรงดันตามความต้องการในทุกกรณี บุคลากรฝ่ายบริหารจึงเพิ่มแรงดันใช้งานของระบบทั้งหมดขึ้น 0.1~0.2 MPa ซึ่งเป็นการสร้างการสูญเสียแรงดันเทียม สำหรับทุกๆ การเพิ่มแรงดันไอเสียของคอมเพรสเซอร์อากาศ 0.1 MPa การใช้พลังงานของคอมเพรสเซอร์อากาศจะเพิ่มขึ้น 7%~10% ในขณะเดียวกัน การเพิ่มแรงดันระบบจะเพิ่มการรั่วไหลของอากาศ มาตรการปรับปรุงเพื่อประหยัดพลังงาน: เปลี่ยนท่อแบบแยกสาขาเป็นแบบวนรอบ แยกการจ่ายอากาศแรงดันสูงและต่ำ และติดตั้งหน่วยควบคุมการไหลล้นแบบแม่นยำแรงดันสูงและต่ำ ในระหว่างการปรับปรุงเพื่อประหยัดพลังงาน ให้ทำการเปลี่ยนท่อที่มีความต้านทานเฉพาะจุดสูง ลดความต้านทานของท่อ และทำความสะอาดผนังด้านในของท่อด้วยการล้างด้วยกรด การกำจัดสนิม ฯลฯ เพื่อให้แน่ใจว่าผนังของท่อเรียบ

2. การรั่วไหล การตรวจจับการรั่วไหล และการอุดรอยรั่ว

การรั่วไหลในโรงงานส่วนใหญ่รุนแรงมาก ปริมาณการรั่วไหลสูงถึง 20%~35% ซึ่งส่วนใหญ่เกิดขึ้นในวาล์ว ข้อต่อ ตัวเชื่อมต่อ วาล์วโซลินอยด์ ข้อต่อเกลียว และฝาครอบด้านหน้าของถังแก๊สของอุปกรณ์ที่ใช้แก๊สแต่ละชนิด อุปกรณ์บางอย่างทำงานภายใต้แรงดันเกิน ระบายแรงดันอัตโนมัติ และมีการระบายอากาศบ่อยครั้ง ความเสียหายที่เกิดจากการรั่วไหลนั้นเกินกว่าที่คนส่วนใหญ่จะจินตนาการได้ เช่น สถานีเชื่อมจุดของรถยนต์ เศษตะกรันจากการเชื่อมในท่อแก๊สเกิดจากรูเล็กๆ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 มม. ทำให้สูญเสียไฟฟ้าต่อปีสูงถึง 355 กิโลวัตต์ชั่วโมง ซึ่งเกือบเทียบเท่ากับค่าไฟฟ้าในครัวเรือนต่อปีของครอบครัวที่มีสมาชิกสองหรือสามคน มาตรการประหยัดพลังงาน: ติดตั้งระบบการจัดการวัดการไหลสำหรับท่อส่งแก๊สของโรงงานผลิตหลักเพื่อกำหนดขีดจำกัดการใช้งานในกระบวนการ ปรับการใช้แก๊สในกระบวนการ ลดจำนวนวาล์วและข้อต่อ และลดจุดรั่วไหล เสริมสร้างการจัดการและใช้เครื่องมือระดับมืออาชีพสำหรับการตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอ โดยสรุปแล้ว องค์กรต่างๆ สามารถใช้อุปกรณ์ทดสอบระดับมืออาชีพ เช่น เครื่องตรวจจับการรั่วไหลของก๊าซอัจฉริยะแบบขนาน ปืนสแกนจุดรั่ว ฯลฯ เพื่อดำเนินมาตรการป้องกันไม่ให้ระบบอัดอากาศทำงานผิดปกติ เสี่ยงต่อการรั่วซึม และดำเนินการบำรุงรักษาและเปลี่ยนชิ้นส่วนตามความเหมาะสม

การใช้ลมอัด

ปืนลมมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในกระบวนการตกแต่งชิ้นงาน การกลึง และงานกระบวนการอื่นๆ ในโรงงานอุตสาหกรรม และปริมาณการใช้ลมของปืนลมอาจสูงถึง 50% ของปริมาณลมทั้งหมดในบางพื้นที่อุตสาหกรรม ในระหว่างการใช้งาน มักพบปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น ท่อส่งลมยาวเกินไป แรงดันลมสูงเกินไป การใช้ท่อทองแดงตรงเป็นหัวฉีด และการเพิ่มแรงดันใช้งานโดยไม่ได้รับอนุญาตจากคนงาน ซึ่งก่อให้เกิดการสิ้นเปลืองลมอย่างมาก

ปรากฏการณ์ที่ไม่สมเหตุสมผลของการใช้แก๊สในอุปกรณ์นิวแมติกก็เด่นชัดมากขึ้น เช่น การตรวจสอบว่าชิ้นงานติดอยู่หรือไม่โดยใช้การตรวจจับแรงดันย้อนกลับของแก๊ส การจ่ายแก๊สของเครื่องกำเนิดสุญญากาศ ฯลฯ และปรากฏการณ์การจ่ายแก๊สอย่างต่อเนื่องเมื่อเครื่องไม่ได้ทำงาน ปัญหาเหล่านี้พบได้โดยเฉพาะในถังสารเคมีและแก๊สอื่นๆ ที่ใช้ในการผสม และในการผลิตยางรถยนต์ เช่น การเติมลมยางแบบทั่วไป มาตรการปฏิรูปเพื่อประหยัดพลังงาน: การใช้หัวฉีดนิวแมติกแบบใหม่ที่ประหยัดพลังงานและปืนลมแบบพัลส์ การใช้อุปกรณ์นิวแมติกเฉพาะทางในอุตสาหกรรมเฉพาะ เช่น อุตสาหกรรมอลูมิเนียม ส่งเสริมการใช้กระบอกสูบแบบพิเศษที่มีวาล์วประหยัดอากาศ

การนำความร้อนเหลือทิ้งจากเครื่องอัดอากาศกลับมาใช้ใหม่

จากการประเมินตลอดวงจรชีวิต พบว่า 80% ถึง 90% ของพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ในเครื่องอัดอากาศจะถูกแปลงเป็นความร้อนและสูญเสียไป การกระจายการใช้พลังงานความร้อนของเครื่องอัดอากาศแสดงอยู่ในรูปด้านล่าง โดยไม่รวมความร้อนที่แผ่สู่สิ่งแวดล้อมและความร้อนที่สะสมอยู่ในอากาศอัดเอง พลังงานที่เหลืออีก 94% สามารถนำกลับมาใช้ประโยชน์ได้ในรูปของการนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่

การนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่ คือการนำความร้อนจากกระบวนการอัดอากาศกลับมาใช้ในการทำความร้อนอากาศหรือน้ำ โดยใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนและวิธีการที่เหมาะสมอื่นๆ เช่น การทำความร้อนเสริม การทำความร้อนในกระบวนการผลิต และการอุ่นน้ำสำหรับหม้อไอน้ำ ด้วยการปรับปรุงอย่างเหมาะสม สามารถนำพลังงานความร้อนกลับมาใช้ใหม่ได้ 50% ถึง 90% การติดตั้งอุปกรณ์นำความร้อนกลับมาใช้ใหม่สามารถควบคุมอุณหภูมิการทำงานของเครื่องอัดอากาศให้อยู่ในระดับที่เหมาะสมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้สภาพการทำงานของน้ำมันหล่อลื่นดีขึ้น และปริมาณไอเสียของเครื่องอัดอากาศจะเพิ่มขึ้น 2%~6% สำหรับเครื่องอัดอากาศแบบระบายความร้อนด้วยอากาศ สามารถหยุดพัดลมระบายความร้อนของเครื่องอัดอากาศและใช้ปั๊มน้ำหมุนเวียนเพื่อนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ได้ ส่วนเครื่องอัดอากาศแบบระบายความร้อนด้วยน้ำ สามารถนำไปใช้ทำความร้อนน้ำเย็นหรือทำความร้อนในพื้นที่ได้ โดยมีอัตราการนำความร้อนกลับมาใช้ใหม่ 50%~60% การนำความร้อนเหลือทิ้งกลับมาใช้ใหม่นั้นแทบไม่มีการใช้พลังงานเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ทำความร้อนด้วยไฟฟ้า และปราศจากมลพิษเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ใช้ก๊าซเชื้อเพลิง จึงเป็นวิธีการประหยัดพลังงานที่สะอาดและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม บทความนี้วิเคราะห์และสรุปปรากฏการณ์การใช้ก๊าซที่ไม่เหมาะสมและมาตรการประหยัดพลังงานขององค์กร โดยอิงตามทฤษฎีการวิเคราะห์การสูญเสียพลังงานของระบบอากาศอัด ในการเปลี่ยนแปลงเพื่อประหยัดพลังงานขององค์กร ควรทำการทดสอบและประเมินผลอย่างละเอียดในแต่ละระบบก่อน จากนั้นจึงนำมาตรการปรับปรุงที่เหมาะสมมาใช้เพื่อให้บรรลุเป้าหมายการประหยัดพลังงาน ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของระบบอากาศอัดโดยรวม