1、問題的提出
1.1設(shè)備簡介
    駝峰空氣壓縮機系統(tǒng)是現(xiàn)代化駝峰設(shè)備的重要組成部分，壓縮空氣是電空轉(zhuǎn)轍機和風(fēng)動車輛減速器的動力。目前石家莊上行駝峰場采用的是5臺阿特拉斯·科普柯固定式空氣壓縮機（GA55CP-7.5型），每臺空氣壓縮機附帶一臺HFAD型無熱再生吸附式壓縮空氣干燥機，其輸出風(fēng)壓為0.8 MPa，是石家莊上行駝峰場101臺車輛減速器和36組ZK4型電空轉(zhuǎn)轍機的動力。其干燥系統(tǒng)的主要作用是降低壓縮空氣的濕度，使壓縮空氣進(jìn)入到儲風(fēng)罐及通過管路到達(dá)設(shè)備終端后，經(jīng)自然冷卻，不至于產(chǎn)生過多的液態(tài)水分，影響設(shè)備的使用。同時也可以防止冬季儲風(fēng)罐及管路積水結(jié)冰，使設(shè)備受到損壞。
1.2能源消耗情況
    該型號的空氣壓縮機具有較大的額定功率，每臺55 kW，同時其附帶的再生吸附式壓縮空氣干燥機額定功率為100W，而其再生耗氣量為壓縮機輸出的10%～18%，使空氣壓縮系統(tǒng)成為駝峰場電能消耗的主要設(shè)備，每年大約需要耗費電能104萬kWh，對我段的經(jīng)營成本控制產(chǎn)生了許多不利的影響，為此，研究降低系統(tǒng)能耗的方案勢在必行。
2、系統(tǒng)工作模式及存在的問題
2.1系統(tǒng)工作模式
    圖1是空氣壓縮機和干燥機的連接圖。
    每臺空氣壓縮機經(jīng)各自的干燥機輸出至儲風(fēng)罐，各儲風(fēng)罐經(jīng)風(fēng)管路連接在一起。根據(jù)管路中風(fēng)壓的變化來啟動或關(guān)閉空氣壓縮機，而5臺干燥機始終處于開機狀態(tài)，每臺額定電功率為100W，同時消耗一定的風(fēng)源使干燥劑再生。
2.2設(shè)計中存在的問題
(1)干燥機始終處于開機狀態(tài)，造成了不必要的電能浪費。
    每臺壓縮機都設(shè)有各自的啟動門限值，5個門限值成級差方式排列，當(dāng)管路風(fēng)壓降低至第一個門限值時，第一臺壓縮機啟動，降低至第二個門限值時，第一臺繼續(xù)工作，同時第二臺壓縮機開始啟動，以此類推，風(fēng)壓降至最低門限值時，5臺壓縮機才能同時工作。根據(jù)駝峰場風(fēng)源的使用情況，在作業(yè)繁忙時，往往3臺壓縮機的間斷工作基本可滿足現(xiàn)場需要。
    例如當(dāng)1#、2#和3#壓縮機處于工作狀態(tài)，而4°和5°壓縮機處于停機狀態(tài)時，4°和5°壓縮機的干燥機沒有開機的必要。首先，前3臺輸出的風(fēng)源不經(jīng)過該干燥機，開機造成無謂的電能消耗；其次，開機后消耗一定的風(fēng)源，延長了其他壓縮機的工作時間，也造成大量的電能消耗。在該系統(tǒng)投入使用的前幾個月里，平均每月的電能消耗為8,6萬kWh。8.8萬kWh，造成嚴(yán)重的浪費。
    （2）干燥機的開機設(shè)計沒有考慮季節(jié)性溫度變化。
    根據(jù)空氣壓縮機的技術(shù)要求，其輸出的風(fēng)源經(jīng)設(shè)備本身的風(fēng)冷卻系統(tǒng)后，溫度一般不超過30℃。自然空氣經(jīng)壓縮后，絕對濕度劇烈增加并達(dá)到飽和水蒸氣壓，相對濕度達(dá)到100%，多余的水分經(jīng)壓縮機的排水系統(tǒng)排出，再經(jīng)風(fēng)冷系統(tǒng)冷卻后，絕對濕度迅速下降，形成的水分被再次排出。所以，壓縮機輸出的風(fēng)源是相對濕度為100%、溫度為30C左右的高壓空氣。
    該風(fēng)源經(jīng)干燥機干燥后，形成相對濕度較低的壓縮空氣，進(jìn)入儲風(fēng)罐，經(jīng)風(fēng)管路供設(shè)備使用。
    如果室外溫度較低，高壓空氣在儲風(fēng)罐及風(fēng)管路中被冷卻，其絕對濕度不變的情況下，相對濕度增加，當(dāng)溫度下降到一定水平時，相對濕度成為100%，于是形成液態(tài)水。
    過量水分的存在對設(shè)備會產(chǎn)生一定的影響。但風(fēng)源做為動力使用時，對其相對濕度的大小沒有要求。在室外溫度較高時，形成的少量水分可以經(jīng)室外的排污系統(tǒng)排出，而在室外溫度接近或高于空氣壓縮機的輸出溫度時，壓縮空氣即使不經(jīng)過干燥系統(tǒng)，在風(fēng)罐及管路中也不會出現(xiàn)液態(tài)水分，此時干燥機的使用便成為多余。
3、改進(jìn)方案
3.1控制電路的改進(jìn)
    綜合上文所述，干燥機的常供電工作方式不但造成巨大的能源浪費，而且對干燥機本身的工作壽命也產(chǎn)生較大的影響，同時造成維修成本的增加。
    由于在壓縮機停機后，干燥機的工作對室外的壓縮空氣濕度幾乎不產(chǎn)生影響，而且還消耗大量的風(fēng)源，故其控制電路按以下兩個原則實施了修改：
    (1)干燥機的常態(tài)為停電方式；
    (2)只有在空氣壓縮機啟動時，與其相對應(yīng)的干燥機隨之自動啟動，其他干燥機仍處于停電狀態(tài)。
    圖2為改造后的壓縮機系統(tǒng)控制電路示意圖。
    電路中，電腦控制器根據(jù)管路中的風(fēng)壓變化情況來控制可控接觸器的接通和斷開。當(dāng)風(fēng)壓低于該壓縮機設(shè)定的門限值時，可控接觸器接通，外網(wǎng)的三相交流電供給空氣壓縮機，壓縮機開始啟動，同時干燥機借用其中一相（例如圖2中的C相），得到220V交流電，也同時開始啟動。
    當(dāng)管路中風(fēng)壓達(dá)到規(guī)定的值后，電腦控制器發(fā)出命令使可控接觸器斷開，壓縮機和干燥機同時斷電，停止工作。
    電路于2006年底實施了修改并投入運用，到目前為止運用良好，達(dá)到了設(shè)計要求。
3.2根據(jù)室外溫度變化控制干燥機工作
    當(dāng)室外溫度較高時，壓縮空氣形成的液態(tài)水較少甚至根本不形成液態(tài)水，則完全可以關(guān)閉干燥機，壓縮機的輸出直接進(jìn)入儲風(fēng)罐，同時適當(dāng)增加排污次數(shù)，將產(chǎn)生的少量水分排出。試驗證明，當(dāng)室外溫度高于15℃時，即可關(guān)閉干燥機，對終端設(shè)備不產(chǎn)生任何影響。
4、應(yīng)用效果分析
    改進(jìn)方案實施之前，該系統(tǒng)每月的耗電平均為8.7萬kWh，年均耗電總量為104.4萬kWh。
    2006年底，改進(jìn)方案開始實施，在氣溫較高的5。9月，關(guān)閉了所有的干燥機。該系統(tǒng)全年各月份的耗電情況如表1所示。
     在關(guān)閉干燥機的5～9月份，電能消耗明顯降低，而且由于室外溫度比較高，幾乎沒有什么水分形成。這樣，既確保了設(shè)備的安全運行，又大幅度降低了電能消耗，全年電能消耗為69萬kWh，每年可節(jié)約電能為35萬kWh，促進(jìn)了節(jié)能降耗工作。
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