空压机节能改造申请
一,前言
佛山今博自动化设备有限公司是一家专业于驱动控制系统研发、设计、生产与销售的高新技术企业。本公司在工业应用领域拥有丰富的经验和雄厚的技术实力采用高性能无感矢量变频器用于0.75kw到250kw的电机速度控制,广泛应用于空压机、注朔机、传送带、挤出机械、恒压水泵、化工、中央空调、电子、纺织等诸多领域,为客户提供了完整的工业和特殊行业的节解决方案。
二,传统空压机的问题
1、电能浪费严重
传统的加卸载式空压机,能量主要浪费在:
1)加载时的电能消耗
在压力达到所需工作压力后,传统控制方式决定其压力会继续上升10%左右,直到卸载压力。在加压过程中,一定会产生更多的热量和噪音,从而导致电能损失。另一方面,高压气体在进入气动元件前,其压力需要经过减压阀减压,这一过程同样耗能。2)卸载时电能的消耗
当达到卸载压力时,空压机自动打开卸载阀,使电机空转,造成严重的能量浪费。空压机卸载时的功耗约占满载时的30%~50%,可见传统空压机有明显的节能空间。
2、工频启动冲击电流大
主电机虽然采用Y-△减压起动,但起动电流仍然很大,对电网冲击大,易造成电网不稳以及威胁其它用电设备的运行安全。对于自发电工厂,数倍的额定电流冲击,可能导致其他设备异常。
3、压力不稳,自动化程度底
传统空压机自动化程度低,输出压力的调节是靠对加卸载阀、调节阀的控制来实现的,调节速度慢,波动大,精度低,输出压力不稳定。
4、设备维护量大
空压机工频启动电流大,高达5~8倍额定电流,工作方式决定了加卸载阀必然反复动作,部件易老化,工频高速运行,轴承磨损大,设备维护量大。
5、噪音大
持续工频高速运行,超过所需工作压力的额外压力,反复加载、卸载,都直接导致工频运行噪音大。
三,改造原则
根据空压机原工况并结合生产工艺的要求,对空压机进行变频技术改造后,系统满足以下要求。
1)空压机经过改造后,系统通过转换开关切换,具有变频和工频两套控制回路,采用开环和闭环两套控制回路。一拖二起动时,对两台电机M1,M2,可以通过转换开关选择变频/工频启动。正常运行时,电机M1 处于变频调速状态,电动机M2处于工频状态。现场压力变送器检测管网出口压力,并与给定值比较,经PID 指令运算,得到频率信号,调节转速达到所需压力。停止时按下停止按钮,PLC控制所有的接触器断开,变频器停止工作。
2)确保变频出现异常保护时,不至于影响生产的正常进行。为了防止非正弦波干扰空压机控制器,变频器输入端有抑制电磁干扰的有效措施。控制线、信号线采用屏蔽线缆,布线时和动力电缆分开,防止引入干扰。
3)电机变频运行状态时保持储气罐出口压力稳定,压力波动范围不能超过依0.02 MPa。
4)空压机不允许长时间在低频下运行,空压机转速过低,一方面使空压机稳定性变差,另一方面也使缸体润滑度变差,会加快磨损,所以工作下限不低于30 Hz。
5)设置高压保护、高温保护、等设置报警及故障自诊断。
(1)高压保护当系统压力超过设定值时,自动切断主机电源,使压缩机紧急停机。
(2)高温保护当压缩机排气温度超过调定值时,由接在主机排气孔口处的温度传感探头控制温度电触 点动作,自动切断电动机电源,使压缩机紧急停机。
(3)电气保护系统采用软启动方式,具有相序保护(防止压缩机反转)、缺相保护、电机热过载保护等功能。
四,空压机变频改造后的优点
1,节能:总体节能达20%以上
1)加载时的节能:空压机进行变频改造后,压力始终保持在所需的设定工作压力,比改造前可降低10%的压力,根据功耗公式可知改造后此项可节能10% 2)卸载时的节能,电机卸载运行时消耗的能量是加卸时的40%左右,按平均四分之一左右的卸载时间算,此项可节能10%左右
2、启动电流小,对电网无冲击
变频器可使电机起动、加载时的电流平缓上升,没有任何冲击;可使电机实现软停,避免反生电流造成的危害,有利于延长设备的使用寿命;
3、输出压力稳定
采用变频控制系统后,可以实时监测供气管路中气体的压力,使供气管路中的气体的压力保持恒定,提高生产效率和产品质量;
4、设备维护量小
空压机变频启动电流小,小于2倍额定电流,加卸载阀无须反复动作,变频空压机根据用气量自动调节电机转速,运行频率低,转速慢,轴承磨损小,设备使用寿命延长,维护工作量变小。
5、噪音低
变频根据用气需要提供能量,没有太多的能量损耗,电机运转频率低,机械转动噪音因此变小,由于变频以调节电机转速的方式,不用反复加载、卸载,频繁加卸载的噪音也没有了,持续加压,气压不稳产生的噪音也消失了。
总之,采用变频恒压控制系统后,不但可节约一笔数目可观的电力费用,延长压缩机的使用寿命,还可实现恒压供气的目的,提高生产效率和产品质量。
空压机是指压缩介质为空气的压缩机, 它广泛地应用于机械矿山、化工、石油、交通运输、建筑、航海等行业。由于设计制造技术落后, 运行管理水平低, 控制方式不当等原因, 导致我国企业大部分空压机的能源利用率相对较低。目前空压机系统节能一般采用的方法有智能集中控制、电机变频、无功补偿节能、余热回收利用以及加强日常管理和维护等。
某铸造厂现有空气压缩机6台, 均为英格索兰喷油螺杆压缩机。空压站采用中央控制系统、ON/OFF控制的运行方式。在该控制方式下, 排气量与用气量的关系决定机组运行状态, 在机组内部压力检测开关的控制下, 采用间歇式供气方式。由于缺少变频设备, 且每台空压机的流量为20m3/min左右, 因此在空负载的切换过程中气体的压力波动很大。该企业通常通过减小其中3台空压机进气阀门开度的方式来降低压缩空气的压力波动, 即采用节流控制的运行方式, 因此造成了能源的浪费。
另外在目前的运行状态下, 空压机排出的大量热量都是通过风冷直接排放到大气中, 没有进行相应的回收或利用, 造成了这部分能量 (由电能转化而来) 浪费。
鉴于以上问题, 该企业选用了电机变频和余热回收利用技术对其进行节能改造, 改造后空压机系统运行稳定, 节能效果明显。
1 节能原理分析
1.1 变频控制原理
空气压缩机气量的供求关系主要表现为排气压力的变化, 当排气量正好满足生产用气量要求时, 储气压力保持不变。在生产中由于用风量不均衡, 空压机供风量一般大于实际用风量, 为保持储气压力不变, 就必须要采用调节方式。
目前, 压缩机的能量调节方式最为常见的就是采用压缩机间歇运行或空载运行。空压机间歇运行会使压缩机频繁起停, 增大了电能损耗。空载运行时, 空压机的耗电量依然高达负载运行的30%~50%, 此时的电能造成浪费;另外空载起动电流也是额定电流的5~7倍。除此以外, 这两种调节方式还有不少共同的缺点。
在空气压缩机气缸容积不能改变的条件下, 只有调节压缩机的转速来改变排气量。空气压缩机是恒转矩负载, 压缩机轴功率与转速的3次方成正比;在压缩机总排气量大于风动工具用气量时, 通过降低压缩机的转速调节供风压力, 是达到压缩机经济运行的有效方法。它能在一定范围内连续进行能量调节, 满足空压机轻载时的运行需要, 使制风量与实际用风量相匹配。
变频调速控制系统是通过风压传感器检测到空压机的供气管网风压后, 传给PID调节器, 当变频器接收到运行开始指令, 变频器按PID调节控制方式对给定信号与端子台上的反馈信号比较后自动控制输出频率, 如图1所示。
0:负作用, 当Δ>0时, 频率上升;当Δ<0时, 频率下降。1:正作用, 当Δ>0时, 频率下降;当Δ<0时, 频率上升。
当传感器检测到的压力大于设定压力时, PID调节器输出信号减弱, 使变频调速器输出频率降低, 空压机转速下降, 输出风压减小;当传感器检测到的压力小于设定压力时, PID调节器输出信号增强, 使变频器输出频率增大, 空压机转速也增大, 输出风压也就增大, 从而达到自动控制风压的目的。
1.2 余热回收原理
对于空压机来说, 其输入能源的80%左右将转化为热能, 如果根据相应类型压缩机的结构和原理, 适当地进行改造, 将其热量回收, 就可以变废为宝, 将原本排入环境的热量收集利用, 减少用于其他用途加热的燃料消耗量。热回收原理如图2所示。
空压机的气体压缩过程可看作绝热压缩过程, 其温度关系按式 (1) 计算:
undefined
式中:T2—压缩后空气的绝对温度, K;T1—压缩前空气的绝对温度, K;P2—压缩后空气的绝对压力, Pa;P1—压缩前空气的绝对压力, Pa;k—绝热指数, 对于空气, 取1.4。
压缩后对空气的冷却过程为定压冷却, 其散热量按式 (2) 计算:
Q=ρVcp (t2-t0) (2)
式中:Q—压缩空气冷却过程中的散热量, kJ;
ρ—吸入空气的密度, kg/m3;
V—吸入空气的体积, m3;
cp—空气的定压比热容, 取1.005kJ/ (kg ·℃) ;
t2—冷却前空气的温度, t2=T2-273, ℃;
t0—冷却后空气的温度, 即空压机的排气温度, 一般比环境温度高10 ℃。
该铸造厂的空压机功率为110kW, 自由排气量为20m3/min, 排气压力为8.0×105Pa , 以此空压机为例, 计算其散热量。取环境温度20 ℃, 压力9.8×104Pa, 将相关数据代入上述公式, 可计算得该机器的冷却散热量为92.86kW, 同时可得压缩空气冷却前的温度t2高达261 ℃。可以看出空压机的冷却散热量大, 而且温度高, 完全可以回收利用。
2 改造方案
2.1 变频改造方案
经空压机变频节能原理分析, 对空压机系统进行改造。改造后空压机的变频控制系统包括变频器、可编程控制器、变频柜、电抗器、压力变送器、震荡传感器、接触器、空气开关、电缆、电流表、电压表、按钮、互感器等。基于PLC的变频控制系统原理如图3所示。
PLC由触摸屏、电源、CPU、模拟量输出模块、开关量输入/输出模块等组成。其中采用PLC来实现电气部分的控制, 其控制包括起动、运行、停止、切换、报警及故障自诊断。
(1) 起动。
两台电机M1、M2, 可以通过转换开关选择变频/工频起动。
(2) 运行。
正常情况, 电机M1处于变频调速状态, 电机M2处于停机状态。现场压力变送器检测管网出口压力, 并与给定值比较, 经PID指令运算, 得到频率信号, 调节转速达到所需压力。
(3) 停止。
按下停止按钮, PLC控制所有的接触器断开, 变频器停止工作。
(4) 切换。
实现M1、M2工频和变频相互切换。
2.2 余热利用改造方案
基于余热回收的原理, 该企业通过在空压机的油路中增加换热器及相应的控制装置, 将全部或部分原本由油冷却器排风扇带走的热量收集起来, 对企业的浴池锅炉给水进行加热, 从而减少了原先加热所需的能源。冷却器进口油温大概为85~100℃, 通过安装相应的换热器, 使用逆流换热和合适的油温和水温控制措施, 将出口水温提高到65~80℃, 同时保证压缩机的正常运行。具体的热回收系统流程如图4所示。
由图4可知, 软水从水箱中由泵抽出, 打入空压机的热回收装置中, 在油冷却器管道上装探头, 探测油温的同时控制冷却排风扇的变频器, 从而在满足空压机能承受正常油温的前提下, 通过油温探头降低排风扇转速, 让热交换器聚热, 用循环的软水来带走热交换器热量, 从而使软水水温升高, 再通过水泵打入软水箱中。
3 改造后节能效果
进行变频控制后, 空压机的年运行时间为6000h, 加载时间为20s, 卸载时间为15s, 加载电流为190A, 卸载电流为90A。在测试了一段时间后, 该厂空压机变频改造后的节电率在30%以上。按30%计, 其年节电量为6000×110×30%=19.8万kWh, 所以6台空压机的年节电量为6×19.8=118.8万kWh。
进行余热回收后。该厂的6台空压机若同时运行, 冷却散热量将为557.172kW。如果将这部分热量用于加热浴池锅炉给水, 年运行时间为6000h, 热水锅炉效率70%, 换热器热效率按80%计算, 则年节标煤量为557.172×6000×0.0001229×0.7/0.8=359.5t, 年节约原煤量为359.5/0.7143=503.29t。
以上两项节能改造, 该铸造厂年节能量为840吨标煤, 年节能效益为82万元, 设备、安装等投资合计为120万元, 1.5a即可收回投资, 节能效益显著。从长期运行状况来看, 空压系统的运行非常稳定, 同时实施变频改造后有效降低了空压机组的噪音。
4 结论
空压机变频调速使电动机可以实现软起动, 降低了起动电流, 且起动平滑, 无机械冲击, 因而延长了机械设备的寿命;对电网的影响也减小, 输气压力稳定, 调整可靠性高, 主要是节能效果明显, 节电量大。同时进行的热能回收系统是一项几乎无需能耗的节能方式, 因而也是清洁、环保的节能方式, 相对于燃油、燃气热水设备可做到零排放, 相对于电热水设备和热泵做到零消耗。
该厂对其空压机系统进行电机变频和余热回收节能改造, 节能效果显著, 回收期短, 技术上可行, 挖掘企业的空压机节能潜力, 使用价值高。
摘要:介绍某铸造厂在空压机组节能改造方面的综合措施, 通过变频控制和余热回收, 降低了企业空压机系统的运行能耗, 有利于提高其经济性。
关键词:空压机,节能,变频控制,余热回收
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【关键词】空气压缩机;CF20变频器;变频调速;应用
0.引言
空气压缩机广泛应用于工矿企业的生产中,其担负着为多种设备提供气源的重任,因此空气压缩机运行的状况直接影响着生产工艺和产品质量。本文着重讨论变频器在空气压缩机上的应用,用于解决其节能与效率的问题。
1.空压机供气控制方式存在的问题
空压机是一种压缩空气的气压发生装置,其属于恒转矩负载,运行功率与转速成正比:
PL=TLnL/9550
式中,PL为空压机功率;TL为空压机转矩;nL为空压机转速。就运行功率而言,采用变频调速控制其节能效果远不如风机泵类二次方负载显著,但空压机一般都处于长期连续运行状态,传统的控制方式是采用进气阀开、关来控制的,即压力达到上限时关阀,空压机进入轻载运行;压力达到下限时开阀,空压机进入满载运行。这种频繁地加减载操作,使得供气压力波动大,空压机的负荷状态也是在频繁地变换。由于设计时都是按压缩机在满负荷状态下运行来考虑,故选择的电机容量一般较大。而在实际运行中,压缩机轻载运行的时间较多,因此造成巨大的能源浪费。
特别提出的是,产品质量的好坏与供气压力的稳定性有很大关系,生产工艺对供气压力有一定的要求,若供气压力偏低,则不能满足工艺要求,可能出现废品。所以为避免气压不足,一般要求供气压力值要偏高些,但这样会使供气成本、能耗增加,同时也会产生一定的不稳定因素。
1.1 供气控制方式的能量浪费
由于空压机的加、卸载供气控制方式使得压缩气体的压力在设定值Pmin~Pmax间来回变化。其中,Pmin为能够保证用户正常工作的最低压力值;Pmax为设定的最高压力值。一般情况下,Pmin、Pmax之间的关系可以用下式表示:
Pmax=(1+t)Pmin
式中,t的数值大致在10﹪~25﹪之间变化。若采用变频调速技术连续调节供气量,则可将管网的压力里始终维持在设定值上,即等于Pmin的数值。由此可见,加、卸载供气控制方式浪费的能量主要在以下三个部分:
(1)压缩机压缩的空气压力值超过Pmin所消耗的能量。
当储气罐中空气压力达到Pmin后,加、卸载供气控制方式还要使其压力继续上升,直到Pmax值。这一过程中就是一个耗能的过程,从而使得能量损失。
(2)减压阀减压消耗的能量。
气动元件的额定气压都设定在Pmin值左右,当压力高于Pmin值时,气体在进入气动元件前是需要将其压力经过减压阀减压至接近Pmin值的。这同样是一个耗能过程。
(3)卸载时由于调节方法不合理而消耗的能量。
通常空气压力达到Pmax值时,空压机通过如下方法来进行降压卸载:关闭进气阀使得空压机不再压缩气体做功,但空压机的电动机还是在带动着螺杆做回转运动,据测算,空压机卸载时的能耗约占空压机满载运行时的10﹪~15﹪,由于空压机在做无用功,白白地消耗能量。同时将分离罐中多余的已压缩的空气通过放空阀进行放空,造成很大的能源浪费。
1.2供气控制方式的其他损失
(1)供气压力产生大幅波动,使供气压力达不到工艺要求的精度,就会影响产品的质量甚至产出废品。再加上这种控制方式在频繁的调节进气阀,使进气阀的磨损大,从而增加了维修量和维修成本。
(2)频繁开、关放气阀,也会使放气阀的寿命缩短。
2.空压机变频调速控制方式的设计
2.1 空压机变频调速系统概述
变频器是一种基于交-直-交电源变换的原理,通过电力电子元件和微型计算机来控制的综合性电气产品。
由电动机知识知道,电动机转速与电源频率成正比:
n=60f(1-s)/p
式中,n为转速;f为输入电源的频率;s为电机转差率;p为电机磁极对数。因此,采用变频器来控制空压机,就可以方便地改变空气机的转速。空压机采用变频器进行恒压供气控制的系统原理框图如图1所示。
图1 系统原理框图
变频调速系统的控制对象为管网压力,管网的压力通过安装在上面的压力变送器将压力信号转变为电信号送给变频器内部的PID调节器,与压力给定值进行比较,并根据差值的大小按既定的PID控制模式进行运算,产生控制信号去控制变频器的输出电压和频率,调整电机转速,从而使实际压力始终维持在给定压力。此外,空压机采用变频器控制后,电机起动时还可实现软起动功能,避免了起动时的大电流给空压机带来的机械冲击。
2.2 变频器的选择
由于空压机是恒转矩负载,故变频器应选用通用型的。又因为空压机的转速也不允许超过额定值,电机不会过载,一般变频器出厂标注的额定容量都有一定的裕量安全系数,所以选择变频器容量与所驱动的电机容量相同即可。
2.3 变频器的运行控制方式选择
由于空压机的运转速度不宜太低,对机械特性的硬度没有特别要求,故可采用U/f控制方式。
2.4 空压机变频调速系统
空压机变频调速系统电路原理图如图2所示。
图2 空压机变频调速系统电路原理图
操作过程叙述如下:为便于对空压机进行“变频运行”和“工频运行”的切换,控制电路采用三位开关SA进行选择。当SA选择“工频运行”位置时,按SB2起动后,KA1中间继电器即动作并通过KA1接点自锁,从而使KM3接触器动作,电机得电,进入工频运行状态。按SB1停止后,KA1中间继电器和KM3接触器均断电,电机停止运行。当SA选择“变频运行”位置时,按SB2起动后,KA1中间继电器即动作并通过KA1接点自锁,从而使KM2接触器动作,将电机接至变频器的输出端。KM2接触器动作后使KM1接触器也动作,将工频电源接入变频器的输入端,并允许电机起动。同时使连接到KM3接触器线圈控制电路中的KM2接触器的常闭触点断开,确保KM3接触器不能接通。按SB4,KA2中间继电器动作,电机开始加速,进入“变频运行”状态。KA2中间继电器动作后,SB1停止按钮失去作用,以防止直接通过切断变频器电源使电机停机。在变频运行过程中,如果变频器检测到故障,则变频器的TA、TB触点断开,接触器KM1和KM2线圈均断电,其主触点切断了变频器与电源之间,以及变频器与电机之间的连接。同时TA、TC闭合,接通HA报警扬声器和HL报警灯进行声光报警。同时,KT时间继电器得电,其触点经过一段时间延时后闭合,使得KM3动作,电机进入工频运行状态。当操作人員接到声光报警信号后,应及时将SA选择开关选择“工频运行”位置,这时,声光报警即停止,并使KT时间继电器断电。这时便可以开始对变频控制系统进行检修。
2.5 压力变送器选用与连接
根据用户要求若其要求的供气压力为0.6MPa,我们选择的压力变送器量程为0~1MPa,输出4~20mA的模拟信号。压力变送器的连接说明如下:
(1)VS端与GND端为压力变送器提供电源10VDC。(VS跳线在下两个针脚)
(2)压力反馈信号从CC端输入。
PID给定值的计算:
先通过压力变送器的量程及其对应的电流计算出当供气压力为0.6MPa时变送器的输出电流。
0.6/(I-4)=1/(20-4)得I=13.6mA
再根据最小、最大给定量对应的反馈量计算出当反馈电流为13.6 mA时的给定量V。
(13.6-4)/V=(20-4)/10得V=6。
2.6华光变频器CF20的功能预置
空压机电机经过变频器改造后,转速降低,其风扇的散热效果也降低,空压机的转速越低,润滑油的耗量也就越小。在满足生产工艺的要求下,随着压力值降低,点击的耗电也会减少,考虑节能效果和空压机的机械特性,把系统压力设为0.6MPa运行,频率上限为46Hz,把变频器运行频率下限定为27Hz,这既能满足空压机散热和润滑的需要,又能降低电能的损耗。此外改造时注意使用变频后电机运行方向与原空压机电机运行方向一致。参数预置如下:
3.结论
空压机在进行了变频器节能改造后,其节能效益和运行性能主要表现在:
3.1节约能源使运行成本降低
空压机的运行成本由初始采购成本、维护成本和能源成本三部分组成。通过测算,使用变频器前空压机的用电量约为55度/小时,使用变频器后加载电流为107A,卸载电流为45A。因变频器采用PID控制,频率在27~46Hz之间,工作压力在0.6MPa左右,空压机的用电量为38度/小时,每小时节电17度。按以下计算:每月节电量=17度×24小时×30天=12240度,若每度电按0.6元计算,则:每月节约电费=12240×0.6元/度=7344元。可见投资回报高。
3.2提高压力控制精度
变频控制系统能对压力进行精确控制,能使空压机的空气压力输出与用户空气系统所需的气量匹配。变频控制空压机的输出气量随着电机转速的改变而改变。由于变频控制使电机的转速精度提高,所以它可以使管网的系统压力保持恒定,有效地提高了产品质量。
3.3改善空压机的运行性能
变频器从0Hz开始起动空压机,其起动加速时间可以调整,从而减少起动时对空压机的电器部件和机械部件所造成的冲击,增强系统可靠性,使空压机的使用寿命延长。此外,采用变频器控制能够减少机组起动时的电流波动(这一波动电流会影响电网和其他设备的用电,变频起动能有效地将起动电流的峰值减少到最低程度)。根据空压机的工作状况要求,采用变频改造后,电机转速明显减慢,现场测定表明,噪音与原系统比较下降约3~7dB,有效地降低噪音。
通过多年的运行证明,由于变频器具有良好的控制性能,其应用于空压机上具有节能、提高压力控制精度、改善空压机的运行性能等优点,可将此应用进行推广。
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项目配套供热技改工程
(煤气炉余热利用改造类)
广西藤县广峰钛白有限公司
二0一一年一月
企业基本情况表和项目基本情况表
…………………………2
企业能源管理情况 ……………………………………………
2.1
企业能源管理目标
………………………………………2.2
能源管理组织机构、人员及职责……………………………2.3
企业能源管理规章制度…………………………………………5 2.4 能源计量器具的配备及管理情况 ………………………………5 3
项目实施前用能情况 ‥…………………………………………7 3.1 项目实施前工艺流程和主要生产装置的规模 …………………7 3.2项目实施前消耗的能源种类、数量 ……………………………5 3.3项目实施前能源计量措施 ………………………………………5 3.4节能改造项目实施前产品种类、数量积统计方法……………10 4项目拟采用的节能技术措施…………………………………………5 4.1 项目实施节能改造的工艺流程及主要装置 ……………………11 4.2 项目改造后拟使用的能源种类、数量 …………………………13 4.3 项目改造后能源计量措施 ………………………………………13 4.4 项目改造后的产品中来、数量 …………………………………14 5 项目节能量测算和监测方法
……………………………………15 5.1 项目节能量测试的依据和基础数据 ……………………………15 5.2 项目基恩呢个测试公式、折标系数和计算过程 ………………15 5.3 项目节能量监测方法 ……………………………………………17 6 项目申报材料真实性声明及法人代表签字
……………………19
企业基本情况表和项目基本情况表
企业基本情况表和项目基本情况表见表
1、表2.(1)企业基本情况
广西藤县广峰钛白有限公司是广西梧州市骨干企业之一。目前公 司资产总额
万元,2010年实现销量收入
万元,利税
万 元,创汇
万美元。
公司主要产品有:搪瓷类二氧化钛
万吨/年;副产品硫酸亚铁
万吨/年,;总产能超过
万吨/年。产品销售覆盖华南,辐射全国,部分产品外销出口,形成了钛白产品的生产、营销、科研为一体的规模经济体系。(2)项目基本情况
在中国经济高速发展的今天,能源问题成为工业企业发展的瓶 颈,节能与环保成为时代的主题,广西藤县广峰钛白有限公司是一个靠科技发展起来的梧州市高新技术企业,从建厂到现在始终从事节能环保产品的研发推广工作,针对目前混和发生炉煤气传统生产流程的缺点,发挥热管的优越特性,通过研究煤气的温度、成分、特点,分析现有生产工艺流程,结合热管技术的特点,设计出了热管式混合发生炉煤气余热回收器,在现有的生产条件下,能够将煤气温度从550℃-600℃降低到200℃,充分回收烟气中的余热产生饱和蒸汽,用于企业生产和生活。2企业能源管理情况 2.1企业能源管理目标 广西藤县广峰钛白有限公司将通过加大节能新技术,新工艺,新设备和新材料的应用,淘汰高耗能落后工艺,技术和设备,大力调整产品,工艺和能源消费结构,以节能降耗技术推动经济增长方式的转变和结构调整,促进企业生产工艺的优化,提高能源利用率
2011年,公司的能源目标是:
控制公司万元产值能源消耗在0.8千克标准煤范围内,万元产值综合能耗比上年下降5%以上。
主要耗能钛白产品综合能耗<370千克标准煤/吨。2.2能源管理组织机构、人员及职责
能源管理涉及到公司生产全过程,它是一项高度综合的管理工程,必须建立一个完善的管理体系,才能搞好这项工作,我公司能源管理组织机构的内容是:生产部经理分管能源管理工作,日常能源管理工作由公司生产调度室负责,技术中心负责节能管理监督,车间及有关部室设置能源管理小组,班组设立能源管理员形成全公司性能源管理网络。
生产部副经理负责公司能源重大问题的研究决策,生产部调度室负责公司生产中的能源供应,合理调度生产,保证生产正常运行,制定能源管理制度并督促与检查各车间及其各部门经济合理用能,生产运行设有专职电气能源管理员。2.3企业能源管理规章制度
公司在能源管理制度建设方面,组建了较为完善的节能管理机构,制定了从能源采购,计量,统计,生产过程管理和定额考核等一系列的能源管理制度,并以经济责任制的方式严格考核,有力的促进了企业各项节能工作的有效展开。
目前公司主要能源管理类规章制度包括: 能源管理控制程序
能源消耗定额,考核和奖罚制度 计量管理制度 计量器具目录管理制度 计量器具分类管理制度 标准室管理制度 计量标准器具管理制度 计量器具周期检定管理制度
计量器具采购,领用,流转,降级,报废管理制度 仪表完好管理制度
计量器具使用,维修,保养管理制度 计量事故分析报告制度 计量人员培训与考核管理制度 检定记录及标识管理制度 计量技术资料及档案保管使用制度 DCS计算机集散系统管理制度 仪表联锁系统管理制度 计量监督管理制度
2.4能源计量器具的配备及管理情况 能源计量是企业实现科学管理的基础性工作。没有完善准确的计量器具配置,就不能为生产和生活的各个环节提供可靠的数据。公司建立了能源计量管理体系和能源计量管理制度,并依据国家发布的《用能单位能源计量器具配备和管理通则》要求,配置能源计量仪器,仪表,使之能满足关于用能设备的能源监测要求。建立健全能源计量器具档案,能源计量器具一览表及能源计量器具量值传递或溯源图。
生产部调度室是负责能源计量管理的机构并设专职计量管理员。目前公司进出用能单位能源计量器具配置率已达100%,进出主要次级用能单位能源计量器具配置达95%,主要用能设备的能源计量器具配置率达85%,满足了公司能源计量及生产,经营工作的正常开展。在计量设备器具的使用与维护管理方面,公司制订了计量器具周期检定计划,计量设备器具必须经过检定和校验合格后才能使用,在使用过程中每班至少检查一次,并做好表面灰尘的清除,发现故障及时通知维修人员进行处理。所有计量器具(包括标准计量器具)均按照量值溯源图开展了正常周期检定工作,并按规定定期进行了抽检,在用计量设备周检,抽检合格率分别达到98%、90%以上,在用计量器具有使用标识,保证计量设备准确、完好。
同时,公司还注重计量档案资料文件管理,对应归档的资料包括合同、说明书、合格证、检定、校准单、维修、校准计划等,计量记录包括各项原始记录与报表,档案资料文件要齐全,为企业加强管理核算、奖励先进、经营决策提供可靠依据。3项目实施前用能状况 3.1项目实施前工艺流程和主要生产装置的规模
现有生产工艺流程见图1 3.2项目实施前消耗的能源种类﹑数量
3.3项目实施前能源计量措施
公司目前能源计量措施为:加强厂级计量监控,设立专职计量部门,强化各类计量表计的检查,检修和国家规定进行强检。具体计量如表4,现有计量网络图见图2。
3.4节能改造项目实施前产品种类、数量积统计方法
节能改造项目实施前产品种类、数量见表5。根据运行台帐记录统计。
4项目拟采用的节能技术措施
4.1 项目实施节能改造的工艺流程及主要装置
技改后的工艺流程图3.4.2 项目改造后拟使用的能源各类、数量
75t/h循环流化床锅炉项目实施后,锅炉使用的能源种类较广泛,可使用劣质煤、煤矸石、煤泥、油渣以及工业可燃废弃料等。
75t/h循环流化庆锅炉使用的燃料数量见表6。
4.3 项目改造后能尖计量措施 没有健全的能量计量,就难以对能源的消费进行正确的统计和核算,更难以推动能量平衡、定额管理、经济核算和计划预测等一系列科学管理工作的深入开展。因此,公司将进一步应该完善计量手段,健全仪表维护检测制度,强化节能监督。
本次技术改造,公司将严格按照《用能单位能源计量器具配备和管理通则》(GB17167-2006)进行计量器具配备和管理,认真做好计量器具的检定、校准工作,确保计量器具准确可靠。每年制定本单位能源计量器具的检修及更新、能源使用计划,定期检查计划执行情况。采用DCS系统监控、优化装置工艺与能源计量,强化能源的统计分析。对能源计量数据的采集、处理、使用实施严格有效的管理,用科学、准确的计量数据指导生产和节能,通过量化考核发现工艺缺陷、管理漏洞和节能潜力,及时改进搞高,把节能挖潜落到实处。
项目实施节能改造后的计量网络图见图4
4.4 项目改造后的产品种类、数量
技改工程实施后;
年供热量
1897181 GJ/a 5 项目节能量测算和监测方法 5.1 项目节能量测算的依据和基础数据
1、节能量确定原则
根据供热年均标准煤耗率和供电年均标准煤耗率改造后比改造前的降低率来计算全年供热和供电的节能量。
2、其测算依据
(1)原国家发展计划委员会、国家经济贸易委员会、建设部文件计基础【2001】26号《关于印发<热电联产项目可行性研究技术规定>的通知》;
(2)《节能技术元宝改造项目节能量确定原则和方法》。
3、基础数据
项目实施改造前锅炉效率取实际运行的年平均效率为75%,项目实施改造后锅炉效率取比设计效率(88%)低3%,即85%,热负荷按氯碱一体化项目投产后的数据来测算。5.2 项目节能量测算公、折标系数和计算过程
项目节能量是指所实施的节能技改项目正常稳定运行后,用能系统的实际能源消耗量与改造前相同可比期能源消耗量相比较的降低量,无特殊约定比较期间为一年。本项目若不采取2台75t/h循环流化床锅炉替代原有3台35t/h链务炉技改,也能满足全年供热1897181GJ和全年发电4242万Kwh的要求,而通过实施技改后,提高了锅炉的运行效率,从而在不扩大生产能力(年供热量、年发电量不变)的情况下,降低供热年均标准煤耗率和供电年均标准煤耗率,最终达到节约能源消耗的目的。
由于计算过程比较繁琐,这里只列出主要的几个计算公式 及计算过程:
(1)热电厂全年运行小时数:8640小时,其中采暖期2328小时,非采暖期6312小时。全年供热量=260.2×2328+204.6×6312=1897181 GJ/a(2)B3汽轮机组发电设备年利用小时数按8640小时,C3汽轮机组发电设备年利用小时数按5500小时计算。热电厂1×B3+1×C3全年发电量:=3000×8640+3000×5500=42420000Kwh 热电厂1×B3+1×C3汽化机组发电设备年利用小时数H=42420000/6000=7070H。
(3)汽轮发电机组的发电标准煤耗率:
然后根据采暖期、非采暖期平均工况下的汽轮发电机组的发电标准煤耗率计算了汽轮发电机组发电的年平均标准煤耗率。
(4)供热厂用电率
燃煤链条炉供单位吉焦热的用电量=5.73Kwh/GJ,供热厂用电率=5.73×1897181/42420000=0.256。
对于容量为75t/h及以及以下的循环流化床锅炉,=5.73【1+2(-0.8)】(KWh/GJ)=5.73[1+2(0.85-0.8)]=6.303 KWh/GJ。供热厂用电率=6.303×1897181/42420000=0.281。
(5)综合厂用电率=发电厂用电率+供热厂用电率(6)年供电量=年发电量×(1-综合厂用电率)(7)平均供热标准煤耗率:(8)年平均供电标准煤耗率
(9)项目实施改造后年节标准煤量=(改造前-改造后)×年供热量+(改造前×年供电量-改造后×年供电量)
本项目实施改造后年节标准煤量=(48.88-43.27)×1897181+(0.454×42420000×(1-31.1%)-0.387×42420000×(1-33.7%)=13028(吨标煤/年)。
本项目实施改造前后装机方案热经济指标计算结果详见表7 5.3 项目节能量监测方法
在本项目技术改造实施过程和建成后,根据《用能单位能源计量器具配备和管理通则》(GB17167-2006)的要求安装计量仪表,对生产过程中输入、输出的能源实行实时监测和控制。同时,开展定期分析,按照《GB/T15316 节能监测技术通则》的要求,进行综合节能监测,对企业能源利用状况和项目节能量进行定期分析,以便真实反映出项目的节能效果。
6.项目申报材料真实性声明及法人代表签字
经过对申请报告的内容及节能量核算过程审查,本人确认报告中的全部内容和数据属实,并对申报的节能量真实性负责。
法人代表签字:
六面顶压机为人造金刚石合成的关键性设备,它具有多规范、自动化程度较高的特点,过去采用继电器-接触器方式进行控制,其逻辑关系繁琐,所用继电器数量较多(四十多个),因而鼓胀率较高,常由于继电器动作失灵导致压块撞碎,甚至损坏顶锤,增加了原辅材料消耗,影响到设备正常运行,另外,六面顶压机对六只压缸的定位精度及同步性能也有一定的要求,过去的继电器-接触器控制方式存在着响应速度慢、动作迟缓、衔铁粘滞、接触不良等现象、使得六缸定位及同步性能变差,增加了硬质和金顶锤损坏的机会。所以,六面顶压机对控制装置提出了这样的要求:
1、可靠性要高
2、六缸定位及同步控制性要好
针对以上二个基本要求,结合六面顶压机的工艺特点,我们利用PLC控制压机使之按以下的程序工作(如右图所示):
PLC机型选择
PLC机型选择的着眼点不外乎有这样几个方面:1、确定控制规模,即I/O点数;2、价格;3、售后服务是否有保障,我们经过充分调研,以及考虑日后维修上的便利后,最终确定选用中外合资无锡华光电子有限公司生产的SR-21PLC,这是一种性能价格比较高的小型PLC,最大I/O点数达168点,最大容量达1.7K~3.7K指令字,模块化结构,配置灵活,有多种I/O模块和特殊功能模块。该PLC指令丰富,有数据处理功能,能和上位机连接,组成工业局部网。与之相配套的外围设备也基本上能满足用户要求,有打印机接口、EPROM写入器,可接磁带录音机。
控制装置的配置
根据压机工艺特点和对控制装置的基本要求以及整个装置的成本所确立的配置原则,我们决定采用I/O点数80点这一规模的PLC,为了便于今后操作使用,还配置了编程器及打印机接口单元。
电路设计
我们将122~127六个定义号接上接近开关输入信号,分别作为右、前、上三缸活塞空程前进时是否越位以及充液时六缸(此时包括左、右、下三缸活塞)是否同时运行(即同步动作)的监测,其余的I/O接按钮,行程开关,外设时间继电器、接触器、220V交流电磁阀、指示灯等电气元件。在实际安装过程中,为了防止电磁干扰,所有输入线与强电导线严格分开;接近开关输入信号线用双绞线;PLC电源侧加装隔离变压器;所有电磁阀及接触器线圈两端并接R-C 吸收器。由于考虑到成本及PLC对来自电源干扰抑制器。
软件设计及数据处理功能的应用
1、 软件设计:
为了叙述方便和节省篇幅起见,我们这里仅列出自动工程流程图,
分段工作程序与自动工作程序基本相同,只是在保压结束后不会立即自动卸压,需操作者掀压增压器卸压(即分段卸压)按钮后才卸压,然后直至程序结束。调整程序主要用于手动调整六缸活塞的位置。
2、 数据处理功能的应用
由于篇幅,我们这里仅举例说明SR-21数据处理指令在六缸同步监测及调整时防止多个按钮同时操作的用法,下面逐一说明。
(1) 同步监测程序模块
左图为同步监测程序模块的框图,框图中的延时是根据具体设备中六缸活塞运动响应快慢来设定的,时间短要求六缸活塞在充液时基本上要求同时开始运动,时间长则允许六缸活塞在充液瞬间是不会同时开始运动的,由于液压系统的调整、高压油路的长短,活塞的摩擦阻力,流量的大小等因素均可能影响到每只缸活塞响应速度的快慢,总会有少数缸的活塞运动出现滞缓运动的现象,当这种现象比较严重时,就可能会产生六缸超压时六只顶锤不在中心线上的现象,从而导致故障发生。同步监测的目的就在于:当滞缓现象较严重时,能发出不同步报警信号,同时停止六缸活塞运动,让操作者及时做出相应的处理。
(2) 同步监测梯形图
梯形图如图所示,它是上面程序框图的具体应用。值得提出的事,梯形图中用772、773、774标志继电器作为compare(比较)的结果,当六缸活塞同步时,与常数63(BCD数)比较结果相等,标志继电器773建立,否则772获774间里,不同步报警。
(3) 调整防误操程序框图
这部分框图见下图。需要说明的事,这仅为上、前、右、下四缸活塞手动调整时的程序,其它一些调整动作属不同组,原理相似。这种防误操程序能有效的防止操作者在按某个按钮,也有防止其它组的按钮误按而造成设备故障。
(4)防误操作梯形图
结束语
我公司压缩空气的供应由5台40m3/min、250kW英格索兰空压机提供, 空压机采用单台工频运行、软启动控制 (取代星角启动控制方式) 。启停控制由空压机出口压力决定;当压力达到上限值时空压机在空载运行, 当压力达到下限值时空压机在满载运行, 压力波动在0.07MPa范围内。如图1, 在负荷过低时, 由1台空压机供风, 在负荷较高时, 由3台空压机供风;空压机频繁启停, 空载率过高, 造成能源浪费。
根据空压机运行台数、运行时间、加载时间可以将用风量变化描述如图2。
空压机加载期间产风量为40m3/min, 功率为250kW;空载期间功率约为75kW。表1为运行时间、加载时间、空载率的统计, 用风量变化范围在0-100m3/min。
以3号机为例, 平均空载率计算方法:平均空载率= (累计运行时间-累计加载时间) /累计运行时间= (2700-1218) /2700=54.89%。通过对空载率的统计可知, 空压机因空载运行浪费大量电能。5台空压机平均空载率为48.76%, 2007年用电量为1152720kWh, 空载耗能为255996.66kWh, 约204797.33元, 急需实施节能改造。
2 空压机系统节能原理一
如图2, 用风量的变化规律与空压机运行台数之间的矛盾在于40m3/min级差过大, 导致空压机频繁加、卸载, 空载率过大, 有效能耗利用率低。通过增加20m3/min空压机, 降低空载率和减少空载损耗。
3 空压机系统节能原理二
采用变频器控制空压机的转速, 以达到节能是一种较为科学的控制方法。根据空压机运行特性知:
式中:Q-空压机供给管网风量;H-管网压力;P-电机消耗功率;n-空压机转速。
由上式可知, 当电机转速降至额定转速的80%, 则空压机供给管网风量降为80%, 管网压力降为 (80%) 2, 电机消耗功率降为 (80%) 3即51.2%;去除电机机械损耗和电机铜、铁耗等影响, 节能效率也接近40%, 这就是调速节能的原理所在。
4 空压机节能改造方案
目前, 我公司已经达到稳定生产状态, 3~5年用风量不会有大幅度增加, 同时, 要求设备检修、故障时不能影响生产。
基于以上分析, 采用如下设计方案:供风系统采用4台空压机, 1台40m3/min空压机变频控制, 2台40m3/min空压机工频控制 (1台备用) , 1台20m3/min空压机工频控制。当用风量小于40m3/min时 (早上9:00之前15:30以后) , 采用一台40m3/min空压机变频控制;当用风量大于40m3/min时 (早上9:00之后15:30以前) , 采用1台40m3/min空压机变频控制、1台40m3/min空压机工频控制、1台20m3/min空压机工频控制;当用风量小于20m3/min时 (加班期间) , 采用一台20m3/min空压机工频控制。
改造前空载率48.76%, 改造后空载率13%, 供风量增加15%, 总耗能降低9.1%, 相对节能20.95%, 每年节约电费25万元。
摘要:某空压机系统采用工频运行、软启动控制, 存在供气压力波动大、空载率高、能源浪费大等问题。利用变频器对主机进行PID控制实现恒压供气, 从而改变了供气系统的稳定性, 在满足用户需求的同时, 做到了节能降耗。
【关键词】空气压缩机;中间冷却器;技术改造
0.前言
空压机是空气压缩机的简称,它是电能通过电动机带动空气压缩装置转化机械能的一种装置。主要构成是由电动机、油循环系统、气路循环系统、水路循环系统、配电系统、屏保护系统等组成。其中中间冷却器和后冷却器是屏保护系统中重要的降温保护装置。随着我国国民经济的快速发展,空压机广泛应用于工业、农业、矿山、交通建设、城市基础设施等各个领域。
1.空压机中间冷却器和后冷却器的工作原理
中间冷却器主要运用在气路循环系统和水路循环系统。
在空气压缩机工作时,气路循环不同的工作机制是:空气经过自洁式空气过滤器被吸入,通过PLC自动清洗过滤器,空气在经过进口导叶自动调节后进入一级压缩,经一级压缩后的气体温度较高,然后进入中间冷却器进行冷却(水走管内,气走管外,中冷器的水流量要求为110m3/n)之后进入二级压缩系统,为避免系统中的气体倒入压缩腔内(避免带压起动)在压缩机的排气管道安装有一只旋启式止回阀,压缩机排出的气体推开止回阀进入排气消声器,然后进入中冷却器、后冷却器,再进入排气主管道。
水路循环系统:冷却水通过管道进入空压机中间冷却器对一级压缩排出的气体进行冷却降温,再进入后冷器对排气进行冷却,还有一路对油冷却器进行冷却。
2.概况
云南铝业股份有限公司,是一家生产电解铝的国有大型企业,年销售收入近百亿人民币,企业有100m3和150m3两个空压站,有10多台空压机。
其中100m3空压站有7台空压机,到目前为止已经投入运行15年多,设备严重老化。随着生产的需求和发展,用风量不断的增加,为满足生产的需要,该设备长期满负荷运转,导致设备运行过程中Ⅱ级排气温度平均达到180℃以上,Ⅰ级排气温度高达170℃。厂家规定两者温度不能超过160℃,所以压力容器超温运行存在较大的安全隐患。同时,空压机中间冷却器和后冷却器温度也较高,中间冷却器温度高达70℃,后冷却器温度达57℃,严重超过厂家规定的运行温度不超过40℃的要求。
另外,我公司1-3号空压机与后面4-7号空压机存在结构差异。后4-7号空压机冷却效果较差一些,因生产单位用风量过大不得不启动运行。在运行后4-7号空压机时,较近的1-3号空压机须多开一台,在运行过程中加载5-10分钟时,因为过快超温,需要频繁加载和卸载,导致多开一台。设备使用效率低,浪费很多的电能,也增加了生产成本。
3.相关对策
根据以上100m3空压站存在的问题,我公司于2011年8月成立了攻关小组,其小组由笔者和8名人员组成。攻关小组经过系统的分析得出的结果为:造成空压机Ⅰ级、Ⅱ级排气、中间冷却器和后冷却器温度超标的原因主要是生产用气量日益家大,其次是设备中间冷却器管径过大,中心气体缓冲散热绕簧过密,在运行中活塞式空气压缩机气流在通过中间冷却器换热过程中有大量的废油集于缓冲散热绕簧上,长时间工作运行导致绕簧严重油垢堵塞而增加气流阻力。后冷却器冷却降温的效果不好造成。在当时情况下,改造中间冷却器和后冷却器的降温是以省投资、见效快、效益好的最好方法。
4.改造技术措施
经过攻关小组对系统的详细分析后,决定报请公司相关部门,得到了立项批准对公司100m3空压站4-7号机冷却效果较差的进行改造,其具体措施如下:
4.1中间冷却器改造
原先4-7号机中间冷却器工艺模式是压缩空气通过冷却器的铜管时,由铜管外的冷却水进行冷却,即“气内水外”。攻关小组经过研究决定,在原有的基础上合理设计,改变中间冷却器内芯结构,去掉绕簧。把冷却模式改为“气外水内”,并且将原冷却器拆流缸铜管长度由540mm改为3860mm的高效散热外翅管;管径每根由18mm改为16mm,铜管由原先433根改为250根;同时改变冷却器中间的挡板结构,增大冷却器水循环换热面积行程,增强冷却效果。
4.2后冷却器改造
因设备运行的时间较长,原有的冷却器冷凝水排放阀处在冷却器中间挡板的后端。大量的冷凝水、油、空气杂质组成的油污水排放不畅,污垢长期积累导致铜管冷却下降,冷却器温度升高,现将排放阀改造后放在中间挡板的前端,并加大排放管道直径,由原先的 增大到。
4.3冷干机改造
将冷干机的冷凝水排污阀由原来的手动排污改为自动排污,改变人工每小时排放一次的模式,设定自动排污时间为每隔5分钟排放一次,增加冷凝水的排放次数。
5.空压机冷却器技术改造的实施效果
通过对我公司100m3空压站4-7号空压机的改造,取得很好的效果。Ⅰ级排气温度由原先170℃,降为128℃;Ⅱ级排气温度由原先180℃,降为130℃。满足厂家规定不超过160℃的要求,提高设备的安全性。
中间冷却器温度由原先70℃,降为25℃;后冷却器温度由原先57℃,降为28℃,设备在运行中散热降温效果非常好。更为重要的是单台加载时间变长,延长有效使用时间。原先为满足生产需要须开5台空压机,经过改造后开4台就能满足生产需要。节约了大量的电量、水量和用油量。
经过改造后不仅提高空压机和相关设备的运行质量和安全,减少设备的维修次数,而且降低了维修成本和运行成本。卸载时单台空压机每小时节约电量339度,全年可节约高达2969640的电量,若每度电按照0.4元/度来计算,每年可节约电费120多万元;单台用油可节约500公斤,折合人民币7500元;节约用水1200m3/年,折合人民币2400元。由此可见,经改造后的冷却器比原来传热系数大幅度提高降温效果明显取得良好的经济效益和社会效益。
6.总结
空压机在工作时,还要注意相关的维修维护工作,在保证设备稳定运行的基础上,不断加强设备自身的技术改造,积极借鉴和积累经验,同时将更多的冷却器改造经验付诸实践,这样才能为工业生产和企业发展创造更高的效益。
在我国国民经济各个行业和各企业,只要充分发挥职工的积极性和主动性。立足本职岗位,充分发挥工人、技术人员、管理干部的积极性和创造性,针对本岗位在生产过程中出现的问题找原因,想方法,问题就一定可以得到解决,就会为本单位,甚至是为我国国民经济建设作出巨大的贡献。
【参考文献】
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