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壓縮空氣在生物發(fā)酵中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，這不僅體現(xiàn)在壓縮空氣的供應(yīng)壓力要持續(xù)穩(wěn)定，而且空氣的運(yùn)行成本要在合理的空間。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，壓縮空氣成本占發(fā)酵產(chǎn)品所需動(dòng)力能源總成本的50%以上，由此可見，空氣系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)與否在一定程度上決定了發(fā)酵產(chǎn)品的市場競爭力。
空氣成本的高低不僅取決于壓縮機(jī)效率，而且與控制方式、輔機(jī)配置、管網(wǎng)設(shè)計(jì)及空氣運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定等密切相關(guān)。
壓縮機(jī)本體效率主要取決于機(jī)組的結(jié)構(gòu)型式，發(fā)酵生產(chǎn)所需的空氣壓力通常在0.30-0.40MPa（絕對(duì)壓力）之間，壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)多數(shù)為單軸離心式、多軸離心式、軸流式等。單軸離心式壓縮機(jī)多數(shù)選用閉式葉輪，自上世紀(jì)六七十年代，國內(nèi)風(fēng)機(jī)廠家主要生產(chǎn)這種機(jī)型，由于空氣在機(jī)體內(nèi)流向的周期性變化，增加了空氣的流動(dòng)阻力損失，機(jī)組效率相對(duì)較低，但由于該機(jī)組零部件較少，葉輪使用壽命長，目前該機(jī)型產(chǎn)品在部分企業(yè)仍被廣泛使用。
自上世紀(jì)九十年代，國外品牌的多軸離心壓縮機(jī)逐漸應(yīng)用到發(fā)酵生產(chǎn)中，該機(jī)組由于采用性能優(yōu)越的三元流半開葉輪，再加上級(jí)間空氣冷卻，機(jī)組運(yùn)行效率較高，進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著國內(nèi)壓縮機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，這種多軸離心高效壓縮機(jī)開始由國內(nèi)制造并推向市場。
對(duì)于發(fā)酵產(chǎn)能較大的場所，壓縮空氣的需求量也較大，軸流壓縮機(jī)被廣泛使用，由于該機(jī)組葉片設(shè)計(jì)采用了國際上先進(jìn)的三元流模化設(shè)計(jì)技術(shù)，機(jī)組的多變效率可達(dá)到90%以上，且流量、壓力調(diào)整范圍廣，機(jī)組在變工況下仍能保持高效運(yùn)行，是離心式壓縮機(jī)無法比擬的。因此，要確保壓縮機(jī)本體高效運(yùn)行，可根據(jù)空氣需求量，合理選擇壓縮機(jī)的類型。
對(duì)于發(fā)酵產(chǎn)能不大的場所，建議選用多軸離心式壓縮機(jī)；而對(duì)于空氣需求量較大，且負(fù)荷變化較大的場所，建議選用靜葉可調(diào)的軸流壓縮機(jī)。
由于發(fā)酵生產(chǎn)負(fù)荷不是一成不變的，空壓機(jī)的供氣量也應(yīng)隨生產(chǎn)負(fù)荷的變化而變化，空壓機(jī)的負(fù)載調(diào)控方式主要有進(jìn)口閥門調(diào)節(jié)、進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、靜葉可調(diào)調(diào)節(jié)等幾種。
其中壓縮機(jī)進(jìn)口閥門調(diào)節(jié)屬于空氣節(jié)流范疇，阻力損失較大，但操作簡單，單軸離心壓縮機(jī)一般采用這種調(diào)節(jié)方式。進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)對(duì)氣流有預(yù)旋的功能，相對(duì)于蝶閥的壓損較小，在不同的預(yù)旋角度下，壓縮級(jí)的性能是不同的，因此，進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)是通過改變其后壓縮級(jí)的性能進(jìn)行壓縮機(jī)的性能調(diào)節(jié)，其損失較小，目前，多軸離心壓縮機(jī)均采用這種調(diào)節(jié)方式。
另外轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是通過增減壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的速度實(shí)現(xiàn)排氣量的變化，調(diào)節(jié)過程中不存在阻力損失，這種調(diào)節(jié)方式經(jīng)濟(jì)性較好，對(duì)于電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的場合，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)主要通過變頻器控制調(diào)節(jié)；而對(duì)汽輪機(jī)拖動(dòng)壓縮機(jī)的場合，通過調(diào)整汽輪機(jī)的進(jìn)氣量實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的軸流壓縮機(jī)，其負(fù)荷的調(diào)節(jié)大多采用全靜葉可調(diào)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行工況調(diào)節(jié)范圍廣，有效地避免了運(yùn)行時(shí)放風(fēng)操作而造成的能源損失。
綜合以上，空壓機(jī)的負(fù)載調(diào)控方式與機(jī)組的結(jié)構(gòu)型式息息相關(guān)，對(duì)于可以采用多種調(diào)控方式的場合，盡量避免采用進(jìn)口閥門調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)、靜葉可調(diào)方式等，應(yīng)結(jié)合壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行合理選擇。
空壓機(jī)輔機(jī)主要包括進(jìn)氣過濾器、空氣冷卻器、氣水分離器等。進(jìn)氣過濾器的配置應(yīng)按照進(jìn)風(fēng)阻力小、過濾效率高、易于維護(hù)維修等原則進(jìn)行，當(dāng)前自潔式過濾器被廣泛使用。
由于進(jìn)氣溫度升高會(huì)造成空壓機(jī)的耗電上升，建議進(jìn)氣過濾器安裝在室內(nèi)或室外陰涼處，過濾器周圍保持清潔，進(jìn)風(fēng)口設(shè)置過濾網(wǎng)，確保進(jìn)入壓縮機(jī)的空氣溫度、空氣潔凈度相對(duì)穩(wěn)定，有助于空壓機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全穩(wěn)定運(yùn)行。
空氣冷卻器的設(shè)計(jì)應(yīng)按照少使用冷水，多使用循環(huán)水的原則，從而達(dá)到降低總成本的目的，在空冷器設(shè)計(jì)時(shí)，換熱面積要有足夠的余量；另外空冷器的空氣流動(dòng)阻力也是影響空壓機(jī)電耗的重要因素，采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量降低空氣阻力。對(duì)于單臺(tái)空冷器體積較大時(shí)，從維護(hù)方便及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)型考慮，也可以采用兩臺(tái)或多臺(tái)并聯(lián)的方式選配，應(yīng)注意空氣在并聯(lián)冷卻器中的合理分配，確保各空冷器空氣流量均衡，避免采用多個(gè)空冷器串聯(lián)，這樣會(huì)增加空氣的阻力，造成空壓機(jī)電耗的升高。
氣水分離器的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量降低空氣流動(dòng)阻力，目前有擋板式、旋風(fēng)式、絲網(wǎng)除沫器等幾種常見型式。氣水分離器底部應(yīng)設(shè)置可靠的自動(dòng)疏水裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)冷凝水及時(shí)排出，避免使用截止閥常開方式排出冷凝水，這樣會(huì)造成較大的空氣損失。
降低空氣在管道中的流動(dòng)阻力，可以提高空壓機(jī)的運(yùn)行效率。空壓站應(yīng)盡量布置在空氣使用點(diǎn)附近，避免空氣長距離輸送帶來的壓力損失。在空壓機(jī)工藝管線設(shè)計(jì)中，盡量減少彎頭、三通、閥門、變徑等管件的數(shù)量。空壓機(jī)進(jìn)排氣管道的管徑要經(jīng)過動(dòng)力專業(yè)設(shè)計(jì)人員的認(rèn)真核算，避免出現(xiàn)管徑偏小，導(dǎo)致氣體流速過大，從而增加空氣的流動(dòng)阻力損失。
另外，對(duì)于多臺(tái)空壓機(jī)并聯(lián)接入一根空氣主管時(shí)，應(yīng)充分考慮支管與主管的接口角度，借用流體引射原理，實(shí)現(xiàn)支管空氣順利并入空氣主管網(wǎng)。為減少空氣的輸送阻力，空氣主管道管徑的設(shè)計(jì)應(yīng)留出一定的余量，同時(shí)盡量選擇就近的路徑到達(dá)空氣使用點(diǎn)，減少輸送距離。
由空壓機(jī)的性能曲線可以看出，空壓機(jī)的排氣壓力提高、排氣量增加，則機(jī)組的軸功率增加。因此設(shè)置合理的空壓機(jī)排氣壓力，有助于空壓機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而空壓機(jī)的排氣壓力主要取決于空氣使用點(diǎn)的工藝條件要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)綜合比較空氣壓力提高對(duì)耗電和發(fā)酵產(chǎn)品效益的影響，避免盲目提高空氣壓力造成能源浪費(fèi)。
另外，空氣外供溫度高低也會(huì)影響空壓機(jī)的運(yùn)行成本，在滿足工藝要求的前提下，盡量使用循環(huán)水作為空壓機(jī)的降溫水，同時(shí)保持空氣運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定，避免空壓機(jī)頻繁開停機(jī)對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響。
加強(qiáng)空氣裝置的日常維護(hù)，可以確保空壓機(jī)處于良好運(yùn)行狀態(tài)，有助于空氣系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，筆者認(rèn)為應(yīng)重點(diǎn)做好以下工作：
一是對(duì)進(jìn)氣過濾器進(jìn)行定期維護(hù)，首先保持過濾器周圍地面的環(huán)境衛(wèi)生（無積塵柳絮等），其次根據(jù)壓縮機(jī)進(jìn)口空氣壓力，及時(shí)更換過濾器濾芯，另外，需做好過濾器進(jìn)風(fēng)口濾網(wǎng)灰塵的清掃。
二是對(duì)空壓機(jī)級(jí)間冷卻器進(jìn)行定期清洗，級(jí)間冷卻器換熱效果下降將導(dǎo)致進(jìn)入后一級(jí)的壓縮空氣溫度升高，影響機(jī)組的壓縮效率。
三是定期對(duì)空壓機(jī)末級(jí)冷卻器進(jìn)行清洗，可以減少高品質(zhì)冷水的使用量，從而降低空氣系統(tǒng)的運(yùn)行成本。
作為動(dòng)力供應(yīng)部門，不僅要保證壓縮空氣的安全供應(yīng)，而且要盡可能降低供應(yīng)空氣的生產(chǎn)成本。
空氣系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不僅取決于壓縮機(jī)本體的效率，而且與空壓機(jī)輔機(jī)的配置、管網(wǎng)設(shè)計(jì)、日常維護(hù)等也息息相關(guān)。多角度、全方面做好空壓機(jī)的運(yùn)行管理是實(shí)現(xiàn)發(fā)酵生產(chǎn)空氣系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)。
