唐鋼南區壓縮空氣系統節能技術改造及創新

尹冬晨

（唐鋼能源科技分公司，河北 唐山 063000）

在大多數生產型企業中壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的10%～35%。同時壓縮空氣也是最為昂貴的能源之一，而壓縮機在工作過程中所耗電能轉變成熱量后大部分被壓縮后的油氣混合物帶走。這些油氣混合物經過分離，分別在各自的冷卻器（油冷卻器和氣冷卻器）中被冷卻介質（水或空氣）帶走，熱量白白地浪費了。根據唐鋼南區目前產能情況，比照國內先進企業壓縮空氣的利用情況，對我公司南區壓縮空氣的利用情況進行了重新平衡計算，根據現階段空壓機、干燥器的運行情況以及壓縮空氣的放散排污情況，制定了攻關方案。以廠的經營方針為指南，以經濟發展和市場需求為導向，采取各種手段，降低壓空系統運行的單耗（氣電比），合理控制各站室空壓機組及干燥機的冷凝水排放，提高壓縮空氣的利用率，減少系統的放散情況，降低生產成本，保障壓縮空氣管網的壓力平穩，確保用戶對動力介質的需求，在系統中減少運行機組，最大限度地提高空壓機的運行效率，提高綜合經濟效益。

1 唐鋼南區壓縮空氣系統能耗現狀分析

壓縮空氣系統能耗主要來自兩方面，一是空壓機組的電耗，二是壓縮空氣系統產生的泄漏氣耗。在空氣被空壓機壓縮的過程中，真正用于增加空氣勢能所消耗的電能，在總耗電量中只占很小的一部分，空壓機消耗的80%～93%電能轉化成了熱，這意味著空壓機消耗電能只有一部分可以轉化為可用功。而空壓機運行時產生的大量熱量如果不排放，將影響空壓機的正常工作，影響壓縮空氣的質量，只能通過冷卻水降溫并將水循環至冷卻塔把熱量排入大氣中，造成能量的浪費。

各站室使用的微熱再生式吸附干燥機在再生階段時，需要大約7%左右的干燥空氣經加熱器加熱至120℃左右通過再生筒，使吸附劑中的水分子逸出。這些含水氣體會在筒體切換階段被排放掉，所以有一部分能源浪費。壓縮空氣系統運行為滿足生產廠需求，不計較空壓機的使用效率，頻繁啟停或卸載空壓機，有時甚至超出各用戶的使用范圍，造成空壓機組放空閥打開，大量壓縮空氣的流失，系統運行成本非常高。目前作業區采用冷凝液排污方式為人工手動排放，由于冷凝水的產生量是時刻變化的，而且在空壓站內的壓縮空氣管道中存在雜質，這就勢必導致傳統的冷凝水排放方式無法避免的存在泄露壓縮空氣資源。

2 唐鋼南區壓縮空氣系統節能研究路線

為了降低空壓機組電耗，提高壓空利用率，對公司各二級廠壓空系統進行現場調研，成立了專門的主要由廠部技術人員組成的項目課題組對項目進行攻關。從設備狀況和現場運行兩方面入手，進行能耗數據分析，設計節能減排方案。 根據設計節能減排方案，對所需設備及材料備件進行調研、選型。對壓空系統進行逐步改造，降低壓空系統運行損耗，提高壓縮空氣的利用率。針對改造后的系統下運行情況，對現場運行數據進行分析，制定壓空系統調度指導標準，起到指導空壓機啟停和調整的作用。

3 唐鋼南區壓縮空氣系統節能改造

針對壓空系統存在的問題，我們主要從四個方面入手：第一、根據用戶所需用氣壓力，將管網進行劃分，使得壓空系統運行效率達到最高。第二、更新現有微熱再生式吸附干燥機，采用新型余熱再生吸附式干燥機，節省再生氣耗。第三、在空壓機組和干燥機的冷凝水排放口加裝自動排水裝置，減少壓縮空氣的浪費。第四、合理控制管網壓力，調整運行機組參數，減少空壓機的放空量。

（1） 壓縮空氣供應系統。調研各壓縮空氣用戶用氣需求，整體考慮將南區壓縮空氣系統分為四個不同壓力（露點）的小系統，通過引進低壓空壓機、增壓器，串氣調節閥等先進設備，使得四個子系統可相互補充，避免出現因小流量用戶造成整個系統過剩服務的現象，提高壓空系統運行效率。按照各用氣點的用氣壓力，重新布置壓空系統，將壓空系統分系統進行供氣，實現既滿足各用戶的用氣壓力要求，又不會導致其他用戶的過剩服務。

（2）干燥機系統。安裝新式無損耗余熱再生式吸附干燥器，避免了用于干燥劑再生的壓縮空氣消耗，實現節能環保的目標。提高干燥機的運行效率，降低干燥機運行時再生階段的所需干燥壓縮空氣的消耗。

（3）冷凝水排放系統。采用新式冷凝水排除器，其具有可靠的自檢測系統,由LED指示燈顯示出當前的工作狀態,并可通過按動測試按鈕來試驗其功能是否正常，采用電子液位控制，具有避免不必要的壓縮空氣損失和最低輸入能耗的特點。冷凝水排污系統采用冷凝液自動排除器，對整個壓空系統的各個排污點實現功能控制。主要包括：①空壓機級間冷凝液排污控制；②干燥機冷凝液排污控制。

（4） 控制系統。機組控制系統由之前的高壓力機組卸載，改為高壓力調整空壓機運行電流，避免頻繁卸載或啟停空壓機導致的損耗，降低系統運行成本，減少壓縮空氣的損失浪費，提高空壓機的運行效率，降低能耗，滿足各生產廠的正常使用。

4 唐鋼南區壓縮空氣系統節能改造后實施效果及技術創新

4.1 實施效果

（1）優化壓空系統流程。將系統分為四類供氣系統：高壓濕氣系統：0.55Mpa供給一鋼3#、4#連鑄用氣，從熱板空壓機站供氣；低壓濕氣系統：0.45Mpa，供給其余濕氣用氣需求，由新增的3臺低壓離心式空壓機負責供給；高壓干氣系統：0.6Mpa，供給冷板廠用氣需求，從冷板空壓機站供氣；低壓干氣系統：0.52Mpa供給其余所有干氣需求，從3200空壓機站供氣。各獨立供氣系統采用單向串氣調節，高壓干氣系統向低壓干氣系統、低壓干氣系統向低壓濕氣系統各自設置串氣調節閥，均做上游壓力精確控制，實現高壓干氣系統、低壓濕氣系統以及低壓干氣系統機組的均衡負載控制，減少或消除機組的放散現象的發生。

（2）優化壓縮空氣干燥工藝。針對壓空系統泄漏量大的問題，放棄原有老式的微熱再生式吸附干燥機，采用新型余熱再生吸附式干燥機，節省了再生干燥劑所需的壓縮空氣，另外在空壓機和干燥劑的冷凝水排放口加裝新型自動排水裝置，達到了避免壓縮空氣泄露浪費的目的。

對吸附干燥機進行調研，發現傳統的余熱再生吸附干燥機是單純利用空壓機的排氣溫度對干燥劑進行解析，冬季運行電輔助加熱器，只是簡單的節省了部分電加熱器的運行時間，再生氣的消耗沒有發生改變。對冷凝液自動排放裝置進行調研，并與其他鋼鐵企業壓空系統技術人員進行交流，從機械浮球閥到時間控制電磁閥，機械浮球閥的浮子對雜質特別敏感。如果冷凝液中雜質較多，并且很粘稠，則浮子非常容易被卡住。而時間控制電磁閥需要根據冷凝液的產生量經常調節開啟時間間隔和開啟時間，否則可能導致冷凝液無法及時排放或者開啟時間過長，導致浪費大量的壓縮空氣。

選用無損耗余熱再生吸附干燥器，此流程從天然氣脫水裝置專利技術延伸推廣而來，增加進氣端的二次冷卻，則可適應各種工況（較低排氣溫度，較高環境溫度）壓力露點可達-60℃。采用了高壓循環風機，可對塔上部的吸附劑進行二次高溫干氣再生，對吸附劑可進行大流量吹冷并全部回收循環，其中電耗僅占空壓機輸入功率的1～1.5%，百分之百零再生氣耗。

（3）制定操作標準。根據用戶生產需求，編制壓控系統調度指導書，制定好各項數據指標，每周對空壓機進行檢測，出現數據不正常，及時反饋。站室運行人員每班次對電表進行抄數，監控每臺空壓機的耗電情況，并進行比對，分析每班次的能耗情況。對每個班次空壓機的運行電流進行監控，找出最大運行電流和最小運行電流，并對比這兩個時刻的導葉開度，監控空壓機的運行情況。

4.2 技術創新

（1）打破傳統保守思維，徹底改變現有的壓縮空氣供應系統，在加裝串氣調節閥及增壓裝置的配合下，實現按照用戶實際需求分系統進行供氣，避免能源浪費。（2）采用新型無損耗余熱再生吸附干燥機，降低運行過程中的再生氣耗，以達到節能目的。（3）分析現在空壓機級間排水的特點，選用新型電子液位控制式冷凝液自動排水器，避免了選用機械浮球閥的浮子由于對雜質特別敏感導致浮子被卡住和時間控制電磁閥需要經常調節時間導致冷凝液無法及時排放或者開啟時間過長，造成大量的壓縮空氣浪費的情況出現。

5 結語

唐鋼南區壓縮空氣系統節能技術改造后壓空系統的供給按照壓力等級進行了分配，實現了壓縮空氣供應的合理配置，日常生產中的機組壓空放空等現象得到了改善優化，避免了干燥機運行過程中的再生氣耗，減小了冷凝液排放過程中的壓空損失，實現全過程跟蹤，有效的促進了壓縮空氣系統運行效率提高，降低了壓縮空氣系統的運行電耗，效果顯著，大大節省了操作時間，減少了操作人員的勞動強度，提高了生產效率。