家禽工厂升级压缩空气系统，节省44%的能源

加拿大一家家禽养殖厂为新扩建项目升级了老化的压缩空气系统，使其显著提高了能效，并解决了持续存在的压力问题。该项目为该设施提供了一个更好的整体系统，并增加了足够的系统容量，以满足额外的压缩空气负荷。这篇文章描述了如何改进他们的压缩空气系统。

背景

该公司是一家经营50多年的农民合作社。目前，该工厂每年的鸡肉和家禽产品产量超过1亿磅。多年来，随着生产设施的不断扩大，并增加了更多的压缩空气动力工具和机器，工厂和压缩空气系统从较小的规模发展而来。

因此，在最后一次扩建之前，工厂有四台25 - 40马力的小型压缩机，以各种运行模式运行。压缩空气采用微粒过滤器和非循环制冷空气干燥机进行调节。

图1：原样系统配置使用了多个较小的压缩机

初步评估

系统的供给侧测量最初于2001年完成，当时工厂规模较小，通过在压缩空气设备上放置放大器和压力记录器来评估生产效率并确定是否存在任何问题。当时只有两台25马力的螺杆式压缩机在使用，两台都在调压运行。图2显示，电厂压力不令人满意，在72和132 psi之间变化，即使负载变化，功耗也非常平稳。

图2：原来较小的系统使用了两个调制压缩器-单击在这里放大。

调制使估计复杂化

螺杆压缩机的调制控制对于系统审核员来说是个问题，因为对于流量的大变化，放大器或功率输入变化很小。在正确评估系统时，在没有流量计的情况下，审核员必须在压缩机开始调节以减少其输出时，根据安培的减少，尝试准确估计每个压缩机的流量。这一估计很重要，因为它通常决定了任何更换压缩机的尺寸。通常，审核员使用类似于图3的曲线，并根据系统配置文件中各个点的amp信息进行直线近似。不幸的是，由于其使用年限和恶劣条件，该位置的实际系统压缩机并不完全遵循这样的曲线。除此之外，压缩机还发生了一些其他情况。由于系统流量超过压缩机的容量，压缩机通常在“下降”状态下运行。当压缩机处于最大输出容量时，会发生这种情况，但系统需求将压力拉低至压缩机设定点以下。这种情况还会导致电流/功率降低。这意味着低于满载条件的放大器读数可能意味着两件事；1） 压缩机处于满载和下降状态，或2）压缩机正在调节和降低容量。这使估算过程复杂化，并使流量估算不准确。

在评估时，根据安培读数，系统流量估计峰值为260 cfm，平均为120 cfm。电力消耗估计为43千瓦，每年约37.45千瓦时。系统比功率估计为36 kW/100 cfm，优化后系统的正常读数约为20 kW/100 cfm。

图3：用于估算典型调制压缩机输出流量的曲线（压缩空气来源）

工厂增加了定速装置

后第一个评估工厂没有完全决定优化他们的系统,他们只是添加另一个40 hp压缩机,取代了25 hp单元与惠普30单位,和改变压缩机控制设置,以确保任何基地压缩机跑满载,修剪一个压缩机在加载/卸载模式。他们还安装了另一台25马力的往复式压缩机作为备用。随着时间的推移，另一个系统评估完成了，这一次安装了流量计。新的读数显示，使用加载/卸载控制而不是调制操作，确实使系统更高效。现在，平均流量为160 cfm时，它只消耗了47 kW，从而使系统的特定功率水平为29 kW/100。但这仍高于最优水平。

图4:增加另一个压缩机，改变工作方式，提高压力和效率-点击在这里放大。

完全优化

大约在进行第二次评估时，工厂开始制定需要更多压缩机容量的额外生产扩建计划。工厂管理层决定通过升级他们的系统，包括一个新的变速100马力VSD装置，努力实现全面优化。由于存在可用的公用事业激励，管理层还考虑了一些其他项目：

• 选用循环空气干燥机，以减少负载时所需的功率小于干燥机的全部容量。由于平均流量为120立方英尺，实际的干燥器容量为500立方英尺，干燥器平均只有24%的负载。在这些低负荷时期，非循环干燥机几乎消耗了全部电力。
• 在干燥机前安装了一个除雾器凝聚过滤器，以在气流进入干燥机前除去带油和游离水。与标准过滤器相比，这种ME型过滤器在使用寿命内的压差在½psi到3psi之间，而标准过滤器的压差在3到10psi之间。这种减少的差允许更低的压缩机排气压力，减少压缩机的整体功耗。
• 安装了无空气冷凝排水管，以减少旧式定时排水管浪费的压缩空气。
• 安装压力/流量控制器将工厂压力降低到最低水平，但允许足够的压缩机控制带根据需求切换压缩机的进出。大多数安装在工厂的机器不使用压力调节器。对于这些机器和泄漏，平均系统压力每降低1 psi，流量就相应减少0.9%。这反映回由于人为需求的减少而降低的压缩机功耗。

图5：改进后的最终配置

项目成果

在支付奖励之前，电力公司要求对该项目进行验证记录。再次在压缩空气系统上安装数据记录器，以确定功率、流量和压力特性，并确保实现预期节约。

图6：最终操作配置文件-单击在这里放大。

捕获的读数显示，升级后工厂的压力得到了更好的调节，但由于压缩机压力设置问题，出现了一些低压事件(这已被纠正)。总的来说，除了少数偶尔出现的峰值，100马力VSD压缩机承载着整个工厂，而40马力压缩机在偶尔的峰值时满负荷运行。由于工厂扩建，平均流量大幅增加到约220 cfm。在此期间的平均耗电量为44.1 kW。系统比功率现在约为20千瓦/100立方英尺，每单位压缩空气的能耗降低了44%。该系统的实际能耗为343,600千瓦时，略低于两台25hp压缩机运行时的能耗，但产生的压缩空气却多了约40%。

潜在的最终用途改进

这个项目的一个缺点是缺乏对最终用途和浪费的关注。在进行验证时，压缩空气审核员注意到一些可以解决的问题，这些问题可能会降低他们的整体系统能耗:

• 由于卫生设施冲洗期间水进入电机外壳，工厂在生产机械上经历了多次电机故障。通过将其中一些电机与压缩空气连接，对电机外壳加压，以防止湿气进入，从而对其中一些电机进行了改造。这被视为不适当使用压缩空气，平均消耗约40 cfm压缩空气。
• 由于缺乏维护，压缩空气泄漏水平比最初的评估有所增加。在非生产时间，可以在安装的流量计上看到泄漏。这被标记出来，工厂通过实施泄漏检测和维修计划来降低泄漏水平。
• 最初安装的压力/流量控制器由先导调节器进行气动控制。从最终压力剖面图（图6）可以看出，在高流量期间，电厂压力的调节有许多凹陷。这可以通过安装电子控制的压力/流量控制器来改善。使用这种更好的控制器可以进一步降低设备压力，由于流量减少而节省更多能源。

结论

该项目表明，对系统供电侧进行优化可以节约能源，特别是当压缩机控制从调制模式转换为VSD模式时。不仅改进了压缩机控制，而且通过解决空气干燥器、过滤器、排水管和降低工厂压力，实现了节能。在进行核查后，通过解决一些最终用途和减少泄漏问题，还实现了进一步的减少。

总的来说，电力公司确认，该系统的运行成本降低了44%（不包括最终用途的减少），在目前的电厂负荷下，每年可节省约24000美元的压缩空气运行成本。公用事业公司支付了30000美元的奖金，使该项目的简单回报期约为4年。该项目不仅节约了能源，而且更好地稳定了工厂压力，使生产机械能够在无压力损失的情况下运行。

有关更多信息，请联系马歇尔压缩空气咨询公司Ron Marshall，电话：204-806-2085，电子邮件：ronm@mts.net。

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