淺談鋼鐵行業空壓站節能的發展趨勢

劉成紅，呂森，張靜波

（寶武集團鄂城鋼鐵有限責任公司，湖北 鄂州 436000）

為響應國家節能減排號召，建立“資源節約型、環境友好型社會”，鋼鐵行業全面實施綠色、節能型鋼廠，淘汰落后產能，優化產業結構，更換高能耗設備。鄂鋼作為寶武旗下一級子公司，全面落實節能減排工作，各項能耗指標全面對標行業先進指標（噸鋼耗新水、噸鋼耗電、噸鋼耗煤、噸鋼耗壓縮空氣等），空壓站作為鋼鐵行業重要的能源消耗點，有較大的能源節約空間，2018年鄂鋼對一空站和三空站的干燥機進行了節能改造，壓縮空氣單耗進一步降低，另外在動力設備負載匹配度及供氣管網配置上仍有較大的節能空間。

1 節能趨勢

空壓站作為鋼鐵行業的主要供給能源之一，使用量大，涉及范圍廣，從燒結、煉鐵、煉鋼到軋材系統都需要壓縮空氣，空壓機裝配電機的容量較大，電能消耗較多，且公輔系統也有部分能源消耗，按照寶武集團的節能要求，空壓站還有較大的節能空間，例如干燥機由無熱再生型改為零氣損型等，壓縮空氣的節能已引起鋼鐵企業的高度重視。

2 系統的高能耗的原因及解決辦法

2.1 空氣管路系統布局的合理性影響系統的安全經濟運行

合理的空氣管路系統布局，有利于后續設備的運行維護，能夠延長設備的正常運行時間和使用壽命。下面從鄂鋼現有的兩種布局模式進行探討。

從圖1可以看出：這種空氣管路系統是空壓機產生的高壓空氣先經過一個集氣管，再通過高效除油器除油和干燥機除去水分，最后通過儲氣罐送給各用戶使用。空氣中一般都含有一定量的水分，特別是南方地區，空氣濕度較大，空壓機在運行過程中，由于空氣壓縮會導致溫度上升，壓縮空氣中含有的水蒸氣密度也會增加，增加了空氣相對濕度。當壓縮空氣離開空壓機進入管路系統后，溫度會逐漸下降，這時便會有液態水從壓縮空氣中析出。圖1的這種管路配置，會導致系統中的水分較大，對干燥機里的吸附劑（活性氧化鋁）產生不利影響，縮短吸附劑的使用壽命，容易導致外供的壓縮空氣露點不達標，滿足不了用戶的需求。

圖1 鄂鋼三空的空氣管路布局圖

從圖2可以看出，與上一種空氣管路布局不同，這種模式是將儲氣罐提前布置在集氣管前、空壓機的出口，壓縮空氣先進入儲氣罐，再通過集氣管，然后再去除油器和干燥機，同時在干燥機后安裝過濾器，最后再送往用戶使用。這種管路系統的優點比較明顯：一是儲氣罐前置，能夠降低壓縮空氣流速，將其含有的的水分在儲氣罐基本全部析出，通過排污閥排走，減輕干燥機的運行負荷，提升干燥劑的使用壽命和可靠性；二是通過在干燥機出口安裝過濾器，除去了干燥機產生的氧化鋁粉末，消除了壓縮空氣的二次污染，有利于用戶儀表的安全使用。

從以上兩種系統布局來看，圖2的模式更加經濟，可靠，能夠確保系統設備的正常穩定運行，保證壓縮空氣的質量，滿足用戶的需求。

圖2 鄂鋼一空、二空的空氣管路布局圖

2.2 壓縮系統能耗高的原因分析

（1）空氣中自帶的污染物成分復雜，維護清理不當易造成設備運行效率低。鋼鐵行業空壓站的布局一般都比較靠近用戶且作為重點用戶的公輔工程項目。壓縮空氣在制備過程中不可避免的從空氣中吸入一些污染物，常見的污染物有：粉塵、水（水滴、水霧、水蒸氣）、油等。這些污染物進入空壓機后會混合以油泥的形式存在。這種油泥一般具有腐蝕性且易形成垢，如果不及時清理維護，將會嚴重影響氣動設備、閥門、管路的正常運行， 造成壓縮空氣泄漏、設備損壞、生產維護成本增加、生產受阻、產品報廢、生產人員人身健康受到威脅、工作環境受影響等一系列嚴重問題，導致壓縮機本體的工作效率低，大大增加系統能耗。

（2）空壓機出口壓力（排氣壓力）設定值較高對能耗的影響較明顯。空壓機出口壓力設置越高，其出口的排氣溫度也越高，特別是夏季，如果冷卻系統效果不佳，極易造成設備超溫運行，這樣不僅影響生產，還會加劇設備的損耗，縮短其正常使用壽命，此外高溫還會加速油品劣化、潤滑性能降低等問題。供氣壓力每降低0.01 MPa時,功耗相應減少0.3%～0.5%，如果排氣壓力設置過高，會造成壓縮機的功耗增加，維護成本增加，經濟效益下降。所以排氣壓力對壓縮機的能耗有非常明顯的影響。

（3）空壓機未滿載運行是造成能耗浪費的主要原因。空壓機額定功率是該設備所能提供的最大負荷，用于用戶生產的不連續性造成用氣量波動通常相當大。空壓機在工作時，由于同時工作的設備臺套數經常發生變化，因此耗氣量也隨之變化，當耗氣量減少時，如果空壓機還在高速運轉，就會大量的浪費了能源。隨著季節、時間差或其它因素導致壓縮空氣的變化量超過某一范圍（視機種而定），或是實際使用風量很可能遠低于購置空壓機前的估算值，將會無法避免的發生排放或卸載而造成能源的浪費。我廠一空站由于用戶的生產不是連續，開一臺空壓機滿足不了用戶的需求，開兩臺又造成了壓縮空氣的浪費，所以空壓機并未全載運轉，造成很大的能源浪費。

（4）空壓機冷卻水的水質也是造成能耗高的原因。空壓站還有一部分電能消耗在于循環冷卻水上。空壓機冷卻器一般采用循環冷卻水進行降溫，其冷卻效果取決于循環水的水質。循環冷卻水系統在運行過程中，由于水分持續蒸發，系統的含鹽量會不斷增加，其中以碳酸鈣、碳酸鎂為最多，容易在冷卻器管壁上形成較堅硬的水垢。循環水系統水溫越高、濃縮倍數越大，越容易產生水垢。由于水垢的電導率只有1～2W/（m·℃），比常用金屬材料的熱導率要小得多。冷卻水的溫度每增減5℃會影響空壓機的功率大約1.5%，冷卻水的溫度每增減10%會使功率增減約1.4%。因此，水垢會降低冷卻器的降溫效果，使空壓機進、排氣溫度達不到設計要求，影響空壓機的運行效率。特別是在夏季，本身環境溫度高，循環系統不僅易結垢，而且還會滋生藻類，容易造成管路、閥門堵塞，影響空壓機的正常運行。

（5）不合理的運行管理模式也是造成能耗高的原因。前期，為保護空壓機設備，采用了頻繁倒換設備運轉，讓空壓機輪流停機檢修的運行管理模式。這種模式的弊端較大，頻繁啟停空壓機，會造成瞬時的電能消耗大、對電機的沖擊大從而影響電機的正常運行的后果。目前，新的高強度設計的空壓機，只需要在必要的保養時停機外，可以保持長期連續穩定運行，從而降低啟停機造成的能耗損失。

（6）壓縮空氣的泄漏容易造成能源的浪費。在壓縮空氣制造、輸送及使用過程中，空氣量泄漏一般可高達30%，壓縮空氣系統常見的泄漏點有機組本體、儲氣罐、干燥機、管網、閥門、流量計等。日常運行中對泄漏點比較明顯的地方因為噪音問題往往容易被發現，而其它小部件的泄漏往往被用戶所忽略，這也是造成壓縮空氣浪費的原因。

2.3 降低空壓機系統能耗的方式

（1）對空氣過濾器進行定期維護。一臺空壓機的空氣過濾器都有幾十個濾筒。空壓機運行一段時間后，濾筒上面都會不同程度吸入粉塵。盡管過濾器自身帶有反吹系統，但是并不能完全去除濾筒上的污染物，如果不進行清洗，會導致進風不足或進風中污染物含量過高，損傷設備，降低了空壓機的運行效率。因此，空壓機運行一段時間后，應定期對空氣過濾器進行檢查，對積灰較多的濾筒拆下進行清洗，對污染嚴重或者已損壞的濾筒及時更換。

（2）適當調整空壓機出口壓力。我廠三個空壓站的出口壓力值都在0.7MPa以上，該壓力值設置較高，即便扣除輸送過程中壓力的損失，也已經超過了用戶的需求，造成了一定的能源浪費。目前，車間通過對用戶的調研，在滿足用氣點工藝和使用要求的情況下，適當調整了空壓機本體的排氣壓力，節約了能耗。

（3）改變空壓機運行管理模式，盡可能保證空壓機滿載運行。為了解決由于用戶生產的不穩定性和不連續性，造成壓縮空氣產氣量和用氣壓力的持續變化給空壓機的高效運行管理造成不利影響，我廠對現有的空壓機站的運行管理模式進行了優化調整，將二空站分別與一空站和三空站進行了聯網，未來還會將四所空壓站進行并網，同時增加了智慧調度系統，能夠根據壓縮空氣管網的負荷變化，實時調整各空壓機站的運行，盡可能讓部分空壓機長期持續滿載運行，在保障管網的壓力和流量的同時，保證產氣與供氣的平衡，提高空壓機的運行效率。

（4）改善循環水系統水質。我廠空壓站的循環冷卻水大都是未經消毒和軟化的保安水，在冷卻過程中不斷的升溫降溫，不可避免的造成微生物和藻類的滋生，特別是夏季，氣溫較高時，不僅造成管網的結垢，而且滋生的微生物附著在冷卻器上，既造成設備的堵塞，又影響冷卻效果，影響空壓機的效率。為解決該問題，采取了向循環水系統投加緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑的方式，同時建立定期排污制度，確保水質穩定。

（5）查找泄漏和定期維保及校驗。壓縮空氣用戶在使用過程中往往只關心壓力和流量，對泄漏問題往往認識不足、重視不夠，容易造成浪費。因此，我廠強化了日常的點巡檢，及時發現泄漏點并進行處理，將泄漏量降到最低。同時，我廠也加強了設備的維護保養工作，要求A級保養在連續運行4000h或1年時進行、B級保養在連續運行8000h或2年時進行、C級保養在連續運行24000h或4年時進行、D級保養在連續運行48000h或6年時進行。對空壓系統配套的壓力表、溫度計、壓力傳感器、溫度傳感器或壓力開關等監控配件進行定期的檢查，及時進行維保和校驗，確保監控設備發揮應有的作用。

3 結語

通過對空壓機節能降耗技術的探討，空壓站節能降耗的發展方向應從以下幾方面進行：

（1）優化壓縮空氣的管網布局，提高系統設備的運行可靠性，延長設備的使用壽命，降低系統的能耗損失。

（2）在滿足用戶要求的條件下，合理設置排氣壓力，避免因排氣壓力的設置過高而造成能源浪費，終端用戶合理的使用壓縮空氣和管網布局也是節能的關鍵。

（3）優化空壓機的運行模式，盡可能保證空壓機滿負荷連續運轉，避免因頻繁開機停機造成的損失。

（4）改善空壓機冷卻水水質，做好水質穩定工作，確保冷卻效果。

（5）提高智能調度水平，建立空壓站聯網，這樣既可以應對空氣系統中用氣量和用氣壓力的變化引起管網流量、壓力不斷變化，而且還可以起到安全保供的作用。