Là nguồn năng lượng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp, khí nén chiếm từ 10% đến 35% tổng năng lượng tiêu thụ trong sản xuất công nghiệp. 96% năng lượng tiêu thụ của hệ thống khí nén là năng lượng tiêu thụ của máy nén khí công nghiệp, và năng lượng tiêu thụ hàng năm của máy nén khí công nghiệp ở Trung Quốc chiếm hơn 6% tổng năng lượng tiêu thụ quốc gia. Chi phí vận hành máy nén khí bao gồm chi phí mua sắm, chi phí bảo trì và chi phí năng lượng vận hành. Theo lý thuyết đánh giá vòng đời sản phẩm, chi phí mua sắm chỉ chiếm khoảng 10%, trong khi chi phí năng lượng lên tới 77%. Điều này cho thấy Trung Quốc cần phải nỗ lực nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống khí nén trong quá trình tái cấu trúc công nghiệp và kinh tế.
Với sự hiểu biết ngày càng sâu sắc về khí nén và nhu cầu tiết kiệm năng lượng, giảm phát thải của các doanh nghiệp, việc lựa chọn công nghệ phù hợp cho hệ thống hiện có để chuyển đổi tiết kiệm năng lượng nhằm đạt được hiệu quả tiết kiệm năng lượng tốt nhất là vô cùng cấp thiết. Trong hai năm qua, nghiên cứu tại các doanh nghiệp công nghiệp Trung Quốc cho thấy nhu cầu cải tạo tiết kiệm năng lượng chủ yếu đến từ ba khía cạnh sau:
Mức tiêu thụ năng lượng của máy nén khí chiếm tỷ lệ quá cao trong tổng mức tiêu thụ điện năng của doanh nghiệp; sự không ổn định trong nguồn cung cấp khí nén, dao động áp suất và các tác động khác ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thiết bị; với sự mở rộng quy mô sản xuất, doanh nghiệp cần tối ưu hóa việc chuyển đổi hệ thống khí nén hiện có để thích ứng với sự tăng trưởng nhu cầu. Do đặc điểm của hệ thống khí nén doanh nghiệp và công nghệ tiết kiệm năng lượng áp dụng khác nhau, để nâng cao tỷ lệ thành công của quá trình chuyển đổi, việc chuyển đổi tiết kiệm năng lượng không thể được thực hiện một cách mù quáng. Điều đặc biệt quan trọng là phải lựa chọn các biện pháp tiết kiệm năng lượng phù hợp dựa trên phân tích toàn diện, thử nghiệm và đánh giá toàn bộ hệ thống. Các tác giả đã phân tích và tìm hiểu đặc điểm và phạm vi ứng dụng của một số công nghệ tiết kiệm năng lượng hiện có và mới nổi bằng cách nghiên cứu việc sử dụng khí nén trong một số lượng lớn các doanh nghiệp công nghiệp.
Chiến lược tiết kiệm năng lượng hệ thống
Dựa trên lý thuyết đánh giá mức tiêu thụ năng lượng và phân tích tổn thất năng lượng của hệ thống khí nén, xuất phát từ các khía cạnh khác nhau của cấu tạo hệ thống, các biện pháp tiết kiệm năng lượng tổng thể được thực hiện như sau:
Sản xuất khí nén. Cấu hình và bảo trì hợp lý các loại máy nén khác nhau, tối ưu hóa chế độ vận hành, quản lý hàng ngày thiết bị lọc khí. Vận chuyển khí nén. Tối ưu hóa cấu hình mạng đường ống, tách biệt đường ống cấp khí áp suất cao và thấp; giám sát thời gian thực việc phân phối tiêu thụ khí, kiểm tra hàng ngày và giảm thiểu rò rỉ, cải thiện tổn thất áp suất tại các mối nối. Sử dụng khí nén. Cải thiện mạch dẫn động xi lanh, sử dụng các sản phẩm tiết kiệm năng lượng được phát triển cho ngành này, chẳng hạn như van tiết kiệm khí đặc biệt cho xi lanh bóc vỏ trong ngành công nghiệp nhôm điện phân, cũng như súng và vòi phun khí tiết kiệm năng lượng. Thu hồi nhiệt thải của máy nén. Nhiệt sinh ra trong quá trình nén khí được thu hồi bằng phương pháp trao đổi nhiệt, v.v., và được sử dụng để sưởi ấm phụ trợ và sưởi ấm trong quá trình sản xuất, v.v.
Tạo ra khí nén
1. Tiết kiệm năng lượng nhờ máy nén khí đơn.
Hiện nay, các loại máy nén khí được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp chủ yếu được chia thành loại piston, ly tâm và trục vít. Loại piston vẫn được sử dụng với số lượng lớn trong một số doanh nghiệp lâu đời; loại ly tâm được sử dụng rộng rãi trong các doanh nghiệp dệt may với hoạt động ổn định và hiệu suất cao, nhưng dễ bị hiện tượng tăng áp đột ngột khi áp suất hệ thống thay đổi. Các biện pháp tiết kiệm năng lượng chính được sử dụng là: đảm bảo độ sạch của không khí đầu vào, đặc biệt là các doanh nghiệp dệt may cần thực hiện lọc thô tốt để lọc bỏ một lượng lớn sợi ngắn trong không khí. Giảm nhiệt độ đầu vào của máy nén khí để nâng cao hiệu suất. Áp suất dầu bôi trơn ảnh hưởng lớn đến độ rung của rôto ly tâm, cần lựa chọn dầu bôi trơn có chứa chất chống tạo bọt và chất ổn định oxy hóa. Chú ý đến chất lượng nước làm mát, xả nước làm mát hợp lý, bổ sung nước theo kế hoạch. Các điểm xả nước ngưng tụ của máy nén khí, máy sấy, bể chứa và mạng lưới đường ống cần được xả thường xuyên. Để tránh hiện tượng khò khè do thay đổi nhanh nhu cầu không khí, v.v., cần chú ý điều chỉnh dải tỷ lệ và thời gian tích phân do thiết bị thiết lập, và cố gắng tránh giảm đột ngột lượng tiêu thụ không khí. Chọn máy ly tâm ba cấp có hiệu quả tiết kiệm năng lượng vượt trội, và cố gắng sử dụng động cơ cao áp để giảm tổn thất đường dây và giữ cho nhiệt độ tăng của trạm áp suất không khí ở mức thấp.
Máy nén khí trục vít được sử dụng rộng rãi, phần sau đây tập trung vào tóm tắt so sánh các chế độ điều khiển máy nén khí trục vít: phân tích các vấn đề hiện tại về tải/xả và điều chỉnh áp suất không đổi của máy nén khí, có thể kết luận: dựa vào phương pháp cơ khí để điều chỉnh van đầu vào, nguồn cung cấp khí không thể được điều chỉnh nhanh chóng và liên tục. Khi lượng khí liên tục thay đổi, áp suất cung cấp chắc chắn sẽ dao động lớn. Điều khiển tần số thuần túy được sử dụng để phù hợp với sự dao động của lượng khí tiêu thụ trong nhà máy bằng cách thêm bộ biến tần để điều chỉnh sản lượng khí của máy nén khí. Nhược điểm là hệ thống này phù hợp với trường hợp sự dao động của lượng khí tiêu thụ trong nhà máy không lớn (sự dao động là 40%~70% sản lượng khí của máy đơn lẻ và hiệu quả tiết kiệm năng lượng là đáng kể nhất).
2. Hệ thống điều khiển chuyên gia nhóm máy nén khí
Hệ thống điều khiển chuyên gia nhóm máy nén khí đã trở thành công nghệ mới trong điều khiển và tiết kiệm năng lượng nhóm máy nén khí. Hệ thống điều khiển này, dựa trên sự thay đổi nhu cầu áp suất, điều khiển việc khởi động và dừng, nạp và xả tải của các máy nén khí khác nhau, nhằm đảm bảo hệ thống luôn hoạt động với số lượng và công suất phù hợp.
Hệ thống điều khiển tại nhà thông qua việc điều khiển biến tần để thay đổi tốc độ của một máy nén khí đơn lẻ trong hệ thống cung cấp khí áp thấp của nhà máy, nhằm kiểm soát thời gian sản xuất khí của từng máy nén khí, phù hợp với hệ thống cung cấp khí áp thấp của nhà máy với những biến động nhỏ về lượng khí. Thông thường, việc lựa chọn biến tần máy nén khí nào cần được quyết định bởi một hệ thống chuyên nghiệp thông qua quá trình thử nghiệm và tính toán toàn diện. Qua phân tích và so sánh trên, có thể thấy: hiệu suất năng lượng của nhiều hệ thống khí nén hiện nay còn nhiều tiềm năng cải thiện. Biến tần máy nén khí chỉ có thể đạt được hiệu quả tiết kiệm năng lượng khi kết hợp với hoạt động của hệ thống khí nén riêng của doanh nghiệp, cần được các chuyên gia thử nghiệm và đánh giá đầy đủ trước khi sử dụng. Hệ thống điều khiển chuyên gia nhóm máy nén khí đặc biệt phù hợp với nhiều máy nén khí hoạt động cùng lúc, việc thực hiện cấu hình kết hợp từng bước có thể đáp ứng tốt nhu cầu của doanh nghiệp.
3. Cải tiến quy trình sấy khí nén
Hiện nay, các thiết bị sấy và xử lý khí nén được sử dụng phổ biến nhất trong doanh nghiệp là loại làm lạnh, loại không tái tạo nhiệt và loại kết hợp tái tạo nhiệt vi mô, bảng so sánh hiệu năng chính được thể hiện ở bảng dưới đây.
Việc chuyển đổi hệ thống phòng thủ sang quy trình tiết kiệm năng lượng cần tuân theo các nguyên tắc sau: Nếu hệ thống xử lý không khí ban đầu có độ tinh khiết quá cao, hãy chuyển sang xử lý với độ tinh khiết thấp hơn. Cải thiện quy trình sấy, giảm tổn thất áp suất trong khâu xử lý sấy (tổn thất áp suất tại máy sấy của một số hệ thống lên đến 0,05 ~ 0,1 MPa), giảm tiêu thụ năng lượng.
Vận chuyển khí nén
Hệ thống đường ống Yajiang không được vượt quá 1,5% áp suất làm việc. Hiện nay, nhiều trạm khí nén không có đường ống sơ cấp và thứ cấp, quá nhiều khuỷu và đoạn uốn không cần thiết, thường xuyên xảy ra dao động áp suất và tổn thất áp suất nghiêm trọng. Một số đường ống khí nén được chôn trong rãnh và không thể giám sát rò rỉ. Để đảm bảo nhu cầu áp suất hệ thống trong mọi trường hợp, nhân viên quản lý vận hành tăng áp suất hoạt động của toàn hệ thống lên 0,1~0,2MPa, gây ra tổn thất áp suất nhân tạo. Với mỗi lần tăng 0,1MPa áp suất khí thải của máy nén khí, công suất tiêu thụ của máy nén khí sẽ tăng 7%~10%. Đồng thời, việc tăng áp suất hệ thống làm tăng rò rỉ khí. Các biện pháp cải tạo tiết kiệm năng lượng: chuyển đổi bố trí đường ống nhánh thành bố trí vòng kín, thực hiện tách biệt nguồn cung cấp khí áp suất cao và thấp, và lắp đặt bộ tràn chính xác áp suất cao và thấp; thay thế đường ống có điện trở cục bộ lớn trong quá trình cải tạo tiết kiệm năng lượng, giảm điện trở đường ống và làm sạch thành trong của ống bằng cách rửa axit, loại bỏ rỉ sét, v.v., để đảm bảo thành ống nhẵn.
2. Rò rỉ, phát hiện rò rỉ và bịt kín.
Hầu hết các sự cố rò rỉ khí trong nhà máy đều nghiêm trọng, lượng rò rỉ đạt từ 20% đến 35%, chủ yếu xảy ra ở các van, khớp nối, bộ ba van, van điện từ, các mối nối ren và nắp trước của bình khí của mỗi thiết bị sử dụng khí; một số thiết bị hoạt động dưới áp suất quá cao, tự động xả tải và xả khí thường xuyên. Thiệt hại do rò rỉ gây ra hầu như vượt quá sức tưởng tượng của mọi người. Ví dụ, tại trạm hàn điểm ô tô, một lỗ nhỏ đường kính 1mm do xỉ hàn trong đường ống dẫn khí gây ra, tổn thất điện năng hàng năm lên đến 355kWh, gần tương đương với lượng điện tiêu thụ hàng năm của hai gia đình ba người. Các biện pháp tiết kiệm năng lượng: Lắp đặt hệ thống quản lý đo lưu lượng cho đường ống cấp khí của xưởng phát điện chính để xác định giới hạn sử dụng của quy trình. Điều chỉnh lượng khí tiêu thụ trong quy trình, giảm thiểu số lượng van và khớp nối, và giảm các điểm rò rỉ. Tăng cường quản lý và sử dụng các công cụ chuyên nghiệp để kiểm tra định kỳ. Tóm lại, các doanh nghiệp có thể sử dụng một số thiết bị kiểm tra chuyên nghiệp như máy dò rò rỉ khí thông minh song song, súng quét điểm rò rỉ, v.v., để thực hiện các biện pháp ngăn ngừa hệ thống khí nén hoạt động không ổn định, gặp rủi ro, nhỏ giọt và rò rỉ, từ đó tiến hành công tác bảo trì và thay thế linh kiện.
Sử dụng khí nén
Súng hơi được sử dụng rộng rãi trong các quy trình hoàn thiện sản xuất, gia công cơ khí và các công đoạn khác, và lượng khí tiêu thụ của chúng đạt tới 50% tổng lượng khí cung cấp ở một số khu công nghiệp. Trong quá trình sử dụng, thường xảy ra các hiện tượng như đường ống dẫn khí quá dài, áp suất cung cấp quá cao, sử dụng ống đồng thẳng làm vòi phun và việc công nhân tự ý tăng áp suất làm việc, gây lãng phí khí rất lớn.
Hiện tượng sử dụng khí không hợp lý trong thiết bị khí nén cũng ngày càng phổ biến, chẳng hạn như việc xác định xem phôi có bị kẹt hay không bằng cách phát hiện áp suất ngược của khí, cung cấp khí cho máy tạo chân không, v.v. Hiện tượng cung cấp khí liên tục khi không hoạt động. Những vấn đề này đặc biệt tồn tại trong các bể chứa hóa chất và các loại khí khác được sử dụng để trộn, và trong sản xuất lốp xe, chẳng hạn như việc bơm hơi không đúng cách. Các biện pháp cải cách tiết kiệm năng lượng: Sử dụng các thiết bị tiết kiệm năng lượng vòi phun khí nén mới và súng khí nén kiểu xung. Sử dụng thiết bị khí nén chuyên dụng trong các ngành công nghiệp cụ thể, chẳng hạn như ngành công nghiệp nhôm để thúc đẩy việc sử dụng van tiết kiệm khí đặc biệt cho xi lanh đúc.
thu hồi nhiệt thải từ máy nén khí
Theo đánh giá vòng đời toàn diện, 80%~90% năng lượng điện tiêu thụ bởi máy nén khí được chuyển hóa thành nhiệt và thất thoát. Sự phân bố nhiệt năng tiêu thụ của máy nén khí được thể hiện trong hình dưới đây, không bao gồm nhiệt bức xạ ra môi trường và nhiệt tích trữ trong chính không khí nén, 94% năng lượng còn lại có thể được tận dụng dưới dạng thu hồi nhiệt thải.
Thu hồi nhiệt thải được thực hiện thông qua bộ trao đổi nhiệt và các phương tiện thích hợp khác trong quá trình nén khí để làm nóng không khí hoặc nước, điển hình là dùng cho sưởi phụ trợ, sưởi ấm trong quy trình sản xuất và làm nóng sơ bộ nước cấp cho nồi hơi. Với những cải tiến hợp lý, có thể thu hồi và sử dụng từ 50% đến 90% năng lượng nhiệt. Việc lắp đặt các thiết bị thu hồi nhiệt có thể kiểm soát hiệu quả nhiệt độ hoạt động của máy nén khí ở nhiệt độ hoạt động tối ưu, giúp cải thiện điều kiện làm việc của dầu bôi trơn, và lượng khí thải của máy nén khí sẽ tăng từ 2% đến 6%. Đối với máy nén khí làm mát bằng không khí, có thể dừng quạt làm mát của máy nén khí và sử dụng bơm nước tuần hoàn để thu hồi nhiệt; máy nén khí làm mát bằng nước có thể được sử dụng để làm nóng nước lạnh hoặc sưởi ấm không gian, tỷ lệ thu hồi đạt 50% đến 60%. So với thiết bị sưởi điện, thu hồi nhiệt thải hầu như không tiêu thụ năng lượng; so với thiết bị sử dụng khí đốt thì không phát thải, đây là một phương pháp tiết kiệm năng lượng sạch và thân thiện với môi trường. Dựa trên lý thuyết phân tích tổn thất năng lượng của hệ thống khí nén, bài viết này phân tích và tổng kết hiện tượng sử dụng khí không hợp lý hiện có và các biện pháp tiết kiệm năng lượng của doanh nghiệp. Trong quá trình chuyển đổi tiết kiệm năng lượng của doanh nghiệp, bước đầu tiên là tiến hành thử nghiệm và đánh giá chi tiết các hệ thống khác nhau, trên cơ sở đó áp dụng các biện pháp tối ưu hóa phù hợp để đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống khí nén.
Thời gian đăng bài: 02/03/2024