【壓縮機(jī)網(wǎng)】1 引言

 

　　壓縮空氣是工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用z*廣泛的動(dòng)力源之一，但要獲得滿足基本要求且品質(zhì)優(yōu)良的壓縮空氣需要消耗相當(dāng)大的能量。在大多數(shù)生產(chǎn)型企業(yè)中，壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的10%~40%，造船行業(yè)則更高達(dá)50%，同時(shí)壓縮空氣也是四大動(dòng)力源（熱、電、液壓、氣動(dòng)）中品位z*高，價(jià)格z*昂貴的動(dòng)力源。

 

　　2 立項(xiàng)背景及前期工作隨著中國近30年制造業(yè)蓬勃發(fā)展，能源消耗和環(huán)境污染日趨嚴(yán)重以及產(chǎn)能過剩、惡性競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致企業(yè)面臨節(jié)能減排巨大壓力，同時(shí)也為高效節(jié)能技術(shù)推廣帶來前所未有的動(dòng)力。唐鋼動(dòng)力部適時(shí)啟動(dòng)了壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能技改項(xiàng)目，針對(duì)唐鋼壓縮空氣系統(tǒng)能耗高、排放泄漏量大兩個(gè)問題展開前期調(diào)研和測(cè)評(píng)工作，并制定了相對(duì)應(yīng)的攻關(guān)方案：一是實(shí)現(xiàn)高、低壓分流，根據(jù)實(shí)際需求，將空壓機(jī)的排氣壓力分為6 bar和4.5 bar，并采取相對(duì)應(yīng)的三級(jí)壓縮和兩級(jí)壓縮，此舉可將虛高的排氣壓力所浪費(fèi)的壓縮功耗節(jié)省10%~15%；二是淘汰高能耗的微加熱干燥器，采用具備壓縮空氣系統(tǒng)余熱利用和等壓循環(huán)再生零排放技術(shù)的新型干燥器，此舉有望降低原微加熱干燥器運(yùn)行費(fèi)用80%以上；三是改造壓縮機(jī)及后處理凈化設(shè)備的冷凝液排放閥，加裝新型零氣耗自動(dòng)排水閥，杜絕站房內(nèi)的跑冒滴漏現(xiàn)象。后兩項(xiàng)的氣損z*大可達(dá)到空壓機(jī)輸出氣量的20%~30%，氣損不僅直接導(dǎo)致能源損失，還會(huì)驅(qū)使空壓機(jī)及輔助設(shè)備增加開機(jī)臺(tái)數(shù)或運(yùn)行時(shí)間，此情況又會(huì)影響維保和日常消耗費(fèi)用相應(yīng)增加。

 

　　3 改造思路和措施

 

　　3.1 優(yōu)化壓縮空氣系統(tǒng)流程，實(shí)現(xiàn)高/低壓、干/ 濕氣分流將系統(tǒng)分為3類供氣系統(tǒng)。高壓濕氣系統(tǒng)：0.55 MPa供給一鋼3#、4#連鑄用氣，從熱板空壓機(jī)站供氣；低壓濕氣系統(tǒng)：0.45 MPa，供給其余濕氣用氣需求，由新增的3臺(tái)低壓離心式空壓機(jī)負(fù)責(zé)供給；干氣系統(tǒng)：0.6 MPa，供給冷板廠用氣需求，從冷板空壓機(jī)站供氣；供給其余所有干氣需求，從3200空壓機(jī)站供氣。將新增3臺(tái)兩級(jí)低壓離心機(jī)設(shè)置在冷板空壓站，然后從冷板空壓站布置新的低壓濕氣總管至一鋼、二鋼及煉鐵部等用氣點(diǎn)，低壓干氣系統(tǒng)利用原濕氣總管供氣，并在冷板空壓站配置4臺(tái)新型余熱再生式干燥機(jī)，3200空壓站4臺(tái)空壓機(jī)配置零排放余熱在生氣干燥機(jī)。各獨(dú)立供氣系統(tǒng)采用單向串氣調(diào)節(jié)，高壓干氣系統(tǒng)向低壓干氣系統(tǒng)、低壓干氣系統(tǒng)向低壓濕氣系統(tǒng)各自設(shè)置串氣調(diào)節(jié)閥，均做上游壓力精確控制，實(shí)現(xiàn)高壓干氣系統(tǒng)、低壓濕氣系統(tǒng)以及低壓干氣系統(tǒng)機(jī)組的均衡負(fù)載控制，減少或消除機(jī)組的放散現(xiàn)象的發(fā)生，優(yōu)化系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力。由于煉鐵部風(fēng)機(jī)房、長材部高線潤滑油站和高線打包機(jī)用氣壓力比改造后的干氣壓力較高，分別配置增壓裝置，滿足局部高壓的用氣需求。

 

　　3.2 優(yōu)化壓縮空氣干燥工藝

 

　　拆舊換新，大幅度降低原微加熱干燥器的能耗。空氣壓縮過程中，約70%以上的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成熱能，被級(jí)間和末端冷卻器移出體系外，而離心機(jī)屬于無油機(jī)，其末級(jí)壓縮熱可被干燥器作為再生能量利用，該熱量雖然只能滿足吸附式干燥器再生過程所需能量的70%左右，但若補(bǔ)充能量的措施得當(dāng)，仍可獲得較低露點(diǎn)。若再能將吹冷氣循環(huán)利用，則能比原一代機(jī)（無熱、微熱再生式干燥器），節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用90%以上，經(jīng)調(diào)研和招標(biāo)，本項(xiàng)目選用零氣耗、低露點(diǎn)余熱再生吸附干燥器，此流程從天然氣脫水裝置專利技術(shù)延伸推廣而來，增加進(jìn)氣端的二次冷卻，則可適應(yīng)各種工況（較低排氣溫度，較高環(huán)境溫度），壓力露點(diǎn)可達(dá)-40益。采用了高壓循環(huán)風(fēng)機(jī)，可對(duì)塔上部的吸附劑進(jìn)行二次高溫干氣再生，對(duì)吸附劑可進(jìn)行大流量吹冷并全部回收循環(huán)，其中電耗僅占空壓機(jī)輸入功率的1%~1.5%，百分之百零再生氣耗。

 

　　3.3 優(yōu)化冷凝液排污工藝

 

　　采用新型冷凝液自動(dòng)排除器，具有高可靠性、低維護(hù)率及無壓縮空氣的泄漏等特點(diǎn)，能及時(shí)可靠地排出冷凝液，大大改善冷凝液對(duì)空壓機(jī)和附屬設(shè)備的腐蝕，避免冷凝液流入下級(jí)而造成對(duì)用氣設(shè)備的沖擊、損壞，有問題時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，便于監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，避免不必要的損失，并配有除渣器，排水器絕對(duì)不會(huì)堵塞，排水器可排除5~8 mm雜質(zhì)。

 

　　4 經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益

 

　　4.1 經(jīng)濟(jì)效益

 

　?。?） 低壓系統(tǒng)節(jié)能：平均氣量36000 Nm3/h；年運(yùn)行8000 h；氣電比優(yōu)化0.032 kW·h/m3（低壓?jiǎn)螜C(jī)0.083 kW·h/m3；改造前單機(jī)0.115 kW·h/m3）。則年降低能耗9216000 kW·h；折合電費(fèi)：516萬元。

 

　　（2） 干燥機(jī)改造節(jié)能：熱板站和二鋼末端的干燥器全部停用（再生氣耗4500 m3/h），冷板站和3200站全部更新為余熱再生式干燥機(jī)（降低10500 m3/h再生氣耗）。降低干燥機(jī)再生環(huán)節(jié)氣量損失：15000 m3/h；氣電比按照0.12 W·h/m3進(jìn)行計(jì)算；年降低系統(tǒng)能耗14400000 kW·h；折合電費(fèi)：806萬元。

 

　?。?） 冷凝液管理節(jié)能：提高單機(jī)比功率，合計(jì)68個(gè)點(diǎn)，預(yù)計(jì)節(jié)氣3000 Nm3/h，氣電比按照0.12 kW·h/m3進(jìn)行計(jì)算，年降低能耗2880000 kW·h；折合電費(fèi)：161萬元。

 

　　如上3項(xiàng)理論節(jié)能效益總和，年降低能耗：2649.6萬kW·h；折合電費(fèi)節(jié)約1483萬元。

 

　　4.2 社會(huì)效益

 

　　項(xiàng)目實(shí)施以來，控制精度和壓空利用率得到了提高，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，監(jiān)控操作靈活方便，避免了頻繁啟停機(jī)的次數(shù)，大大節(jié)省了操作時(shí)間，同時(shí)也減少了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。按照1度電折合標(biāo)煤0.123 kg，本項(xiàng)目年節(jié)電折合標(biāo)煤約3260 t。汰了原有的二代機(jī)壓縮熱干燥器。同時(shí)，2016年同屬于河北鋼業(yè)集團(tuán)的邯鋼也開始采購?fù)愋偷膲嚎s熱零氣耗干燥器設(shè)備，唐鋼的一系列舉動(dòng)也影響到了河北眾多民企鋼廠以及全國各地的同行。

 

　　5.1 創(chuàng)新貫穿節(jié)能技改全方位、全過程s*先是理念、觀念創(chuàng)新，如能源的品味和價(jià)值觀，具體到專業(yè)即氣/電不等價(jià)。在本項(xiàng)目中，把節(jié)氣放于z*重要地位，此舉正是因?yàn)樵谡{(diào)研和交流中與國內(nèi)外同行就電費(fèi)僅占無油干燥壓縮空氣成本40%達(dá)成共識(shí)；其二是經(jīng)營模式，本項(xiàng)目采用合同能源管理（EMC） 方式，在鋼鐵行業(yè)空壓站節(jié)能技改中為第一例，有效調(diào)動(dòng)了用戶、EMC和設(shè)備供貨三方的潛力和積極性，以z*新的產(chǎn)品、z*優(yōu)的工程獲取了用戶方z*大節(jié)能空間；同時(shí)，項(xiàng)目也開創(chuàng)了行業(yè)第三個(gè)創(chuàng)新，即采購招標(biāo)均以z*高價(jià)中標(biāo)，此舉也得益于產(chǎn)品全壽命費(fèi)用分析（LCC）的學(xué)習(xí)和貫徹，從而使節(jié)能效益z*大化；第四個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)是摒棄了原國企在設(shè)備折舊期未滿不得拆除的慣例，直接用第四代余熱再生零氣耗干燥器淘汰了高能耗的第一代微加熱干燥器。

 

　　5.2 余熱再生干燥器同比認(rèn)知

 

　　原有微加熱干燥器既耗電又耗氣，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，耗氣比高達(dá)15%，夏天更高達(dá)20%以上，測(cè)試結(jié)果與目前正在進(jìn)行的壓縮空氣干燥器產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)修改內(nèi)容吻合。鋼廠使用的空壓機(jī)類型多為無油離心機(jī)，在此前已有眾多案例采用了壓縮熱干燥器，但經(jīng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)失敗率接近50% （如唐鋼不銹鋼分廠），不達(dá)標(biāo)率高達(dá)80%以上（壓力露點(diǎn)普遍高于-20℃，雙冷卻器類型的余熱再生干燥器甚至高于0益；再生氣耗量明顯大于6%，瞬時(shí)流量高達(dá)12%以上），在北方寒冷地區(qū)此現(xiàn)象更為嚴(yán)重。目前行業(yè)中多個(gè)空壓站中的余熱干燥器已經(jīng)或正在進(jìn)行二次改造并付出高昂代價(jià)，這是因?yàn)閴嚎s熱屬于低品位能源，尤其在近10年離心式空壓機(jī)由于技術(shù)進(jìn)步，排氣溫度由120~140℃降至80~120℃，但同時(shí)也對(duì)利用壓縮熱的吸附式干燥器造成負(fù)面影響，使其利用余熱的空間大幅下降，即由空壓機(jī)提供的壓縮熱僅能滿足吸附式干燥器再生能量所需的70%左右，剩余部分再生能量的補(bǔ)充成為技術(shù)研發(fā)的國際性難題。

 

　　5.3 補(bǔ)充說明

 

　　本項(xiàng)目效益計(jì)算中的氣損僅按電費(fèi)進(jìn)行，但實(shí)際發(fā)生費(fèi)用還應(yīng)包括固定資產(chǎn)折舊、財(cái)務(wù)費(fèi)用、管理費(fèi)用、維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用和日常消耗費(fèi)用等，即電費(fèi)僅占無油干燥壓縮空氣實(shí)際成本的40%左右，按熱值計(jì)算1度電折合標(biāo)煤0.123 kg，但沒有人會(huì)認(rèn)為節(jié)約1度電所節(jié)省的費(fèi)用就是煤的費(fèi)用，因?yàn)?度電的費(fèi)用（按0.6元）是0.123 kg標(biāo)煤（按600元/t）的8倍。如此若按電費(fèi)占?xì)赓M(fèi)成本的50%計(jì)，干燥器節(jié)氣產(chǎn)生的真實(shí)費(fèi)用應(yīng)為806萬元伊2=1612萬元/年，但即使僅按電費(fèi)的806萬元計(jì)算，其投資回收期為8~10個(gè)月，在目前眾多節(jié)能技改項(xiàng)目中實(shí)屬少見。

 

　　另值得一提的是本項(xiàng)目干燥器應(yīng)用了遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，制造廠的專業(yè)工程師不僅參與了該設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)測(cè)、故障預(yù)判、故障分析和故障排除等行為，其設(shè)計(jì)研發(fā)人員也從中受益匪淺。通過互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，獲得第一手的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和累積運(yùn)行曲線，從而可有效判斷驗(yàn)證設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性及各子系統(tǒng)各部件的匹配性，實(shí)實(shí)在在融入大智慧、大數(shù)據(jù)和大系統(tǒng)的時(shí)代之中。

 

　　6 結(jié)論

 

　　高效、節(jié)能、減排、降霾是目前中國z*要的國策之一，而經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、產(chǎn)業(yè)升級(jí)和產(chǎn)品換代是企業(yè)的當(dāng)務(wù)之急，企業(yè)無論大小均應(yīng)順應(yīng)國策、創(chuàng)新圖強(qiáng)，才能在新常態(tài)下生存發(fā)展，立于不敗之地。