空压系统节能优化

1 引言

压缩空气作为一种清洁、环保、方便的能源介质广泛应用于钢铁企业中的各个领域。作为仅次于电力的第二大动力源，压缩空气本身电耗巨大，不过，在钢铁企业中压缩空气供应作为辅助行业，一度不被重视。在这种观念指导下压缩空气的利用率不高的情况普遍存在，主要表现在设备配备、运输、使用和管理等诸多方面。随着能源价格的不断上涨和钢铁企业利润日趋降低，如何降低空压机机组消耗，提高压缩空气利用率成为急需解决的难题。

2 空压系统概述

邯钢某空压站工艺流程见下图（图1）。该空压站有4台250Nm3/min（0℃，1atm，干空气），0.85MPaG空压机；3台250Nm3/min（0℃，1atm，干空气），0.48MpaG空压机。0.85MPa空压机直接送入主管网，供应炼钢厂和热轧厂仪控（动力）用气，由于用户多，用户不定时检修、更换钢种和生产线频繁调整，为确保各用户正常生产，所以控制主管网压力不低于0.65MPa，但实际运行中管网压力多围绕0.71MPa上下波动左右。0.48Mpa空压机专门供炼钢厂2#连铸的气雾冷却用气。由于用户单一，所以受钢种批次影响较大，在不同的钢坯宽度下，连铸气雾冷却系统用气量存在大范围波动，如拉小断面钢坯时用量可小到240Nm3/min，拉大断面钢坯时可大到380Nm3/min，更换间隙用气量为零，平均一天内可变化数次（其平均用气量为350m3/min），为了在各钢坯宽度下都能满足其生产，该压力空压机运行方式为开二备一。每台空压机的产气量为250m3/min，每套空压机机组平均外送量为217m3/min。

3 运行情况分析

对以上情况分析后可以看出：

（1）该空压站与炼钢厂和热轧厂各用户之间缺乏联系，无法及时了解其检修和生产用气情况，因而无法及时调整供气量，存在较长时间不用气或用气量较少而大量供气的情况，以致大量压缩空气放散。（2）该站空压机选型大，且具有单机效率高，不允许频繁启停的特点。使得0.85MPa与0.48MPa空压机在上限运行，并由于各用户单位的不定时检修、更换钢种和生产线频繁调整，造成压缩空气系统压力波动大，令压缩空气系统存在着较大放散量，特别是0.48MPa空压机，用户单一，用气可调节性差，运行一台空压机不能满足炼钢2#连铸气雾冷却用气量，运行两台大于其用气需求，平均每分钟放散量为100m3，极大的提高了空压机机组运行成本。（3）该站0.85MPa空压系统未实现自动控制，用气量波动大，在此情况下，控制供气压力不低于0.65MPa，实际情况压力波动值要大于此计划值，所以该压力存在下调空间。（4）该站为空压机机组配套的微热再生干燥器由于气动阀门开关频繁，导致密封不严，以致自耗气量太大，约为33m3/min·台，降低了压缩空气的利用率。（5）在实际运行中，为了确保压缩空气露点达到<-40℃的质量要求，增大了微热再生干燥器再生气量，由原来的7%增加到10%，而配套的单台干燥器处理气量为300m3/min，即正常情况下再生自耗气达到30m3/min。

4 优化措施

4.1 现有基础上可做的工作

（1）炼钢厂和热轧厂严格执行计划生产和计划检修规定，减少临时改变生产计划和检修计划的情况发生，如果确实需要改变计划，及时跟空压站联系，说明用气量及其时间，空压站能够有计划的进行运行调整，避免空压系统长期在上限运行，造成压缩空气浪费、运行成本升高。（2）考虑到该空压站0.48MPa和0.85MPa机组的供气特点，0.85MPa压缩空气主管网压力一直以来在上限运行，具有较大的富余量，因此，把0.85MPa压缩空气管网和0.48MPa压缩空气管网连通（图2），增加减压阀和自动控制系统来调节，从0.85MPa压缩空气管网往0.48MPa空气管网输送约56.5m3/min的0.85MPa压缩空气来弥补开一台0.48MPa空压机的不足量，以此来满足炼钢2#连铸气雾冷却用气需求，实现该空压系统的综合利用，合理配置，减少空压系统放散，停运一台0.48MPa空压机机组。（3）更换微热再生干燥器密封不严的气动阀门，降低再生自耗气量。

4.2 长期规划可做的工作

（1）从企业的长远发展、降低空压系统运行成本出发，考虑到该空压站主体设备净值情况和用户用气量波动大的特点。建议对1台0.85MPa空压机和1台0.48MPa空压机采用进行加卸载或变频调速控制压力、流量，而其他空压机可以满负荷运行。（2）微热再生干燥器不仅耗气量大，而且不利于利用空压机的末级压缩产生的热量，造成能量浪费，提高了运行成本。随着压缩空气干燥设备的发展，建议将微热再生干燥器改造为余热再生干燥器，它再生耗气量仅为2%，且有效的利用了空压机末级压缩产生的热量，满足节能要求。

4.3 投资与回收成本周期

（1）空压机改造投资与回收成本周期：两台空压机改造的费用约为160万元，保守的按改造后节约100m3/min的0.48MPa压缩空气计算（压缩空气价格为0.09元/m3）。

1600000/（100×60×24×0.09）≈123.5（天）

（2）余热再生干燥器投资与回收周期；余热再生干燥器和微热再生干燥器的经济性主要表现在投资和运行费用两个方面，运行费用中能耗占极大的比例，易损件等维修费用占的比例很小，而且两种干燥器的维修费用相差不大，因此从投资和能耗两个方面作比较来衡量两种干燥器的经济性。如表1

5 结语

通过以上分析及投资改造费用计算可以看出，如果该空压站采用以上措施进行优化可以提高压缩空气的利用率，实现空压系统的经济运行，达到节能的目的。

参考文献：

[1]郁永章.容积式压缩机技术手册[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]李申.压缩空气吸附式干燥器技术讲座[J].压缩机技术，2002（1-6）.

[3]谢微.利用压缩空气余热降低吸附式干燥器.[J]有色冶金节能，2007（4）：38-40.

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