压缩空气站节能改造项目的实施与成效分析

钮惠祥

（盛虹集团有限公司热电分厂，江苏 苏州 215228）

1 概述

盛虹集团有限公司是以印染、化纤、石化等为核心的现代化企业。集团的热电分厂有6 台100t/h 燃煤锅炉、3 台汽轮电机组，总装机36MW。集团下属盛虹化纤有限公司生产装置需用压缩空气3000 ～4000NM3/min，压力在0.5 ～1.2MPa。现供气由盛虹化纤压缩空气站单独供给，该压缩空气站0.8MPa 等级的设备20 台，总容量4125NM3/min。

根据运行实践经验，原有压缩空气供应站存在以下问题：（1）电动离心式、螺杆式压缩机采用品牌较多，各站压缩空气站的备用机不能共享，设备的闲置、备品配件规格多，影响维修及设备的正常运转。机组就地控制，管理分散，调度不统一。（2）盛泽镇纺织科技示范园的织造企业有喷气织机15000 台左右，压缩空气用量约20000NM3/min，全部用电动空压机组，占地约23333m2，电负荷12 万kW，占地多运行成本高，不利于提高园区的规模效益。

鉴于上述原因，盛虹集团热电分厂建设一座压缩空气站，用蒸汽作为动力来驱动离心式空压机，压缩空气实现集中供应，提高企业经济效益，积极推动当地产业发展，社会效益显著。项目采用背压式蒸汽透平空压机组，技术成熟可靠，其相比电动空压机，在节能、投资、占地、运行成本等方面优势显著。蒸汽透平空压机相对于电动空压机有以下突出优点：（1）电机启动瞬时电流高，使电源的运行受到影响，存在安全隐患，而蒸汽透平空气压缩机不存在这种情况。（2）蒸汽透平的高转速能适应高转速压缩机的驱动要求，而电机则无法满足，除非增设增速器等设备。（3）大型汽动压缩机采用集中控制，出风质量可以得到有效保障，供风质量好。（4）大型汽动空压供风系统供气管网贮备容积很大，系统的抗压力波动强，系统运行压力更稳定。从设备的选型来看，本项目的主要设备汽轮机、压缩机、干燥器等，在国内均有多家业绩良好、技术实力在全球处于较高水平的设备制造厂家可供选择。

2 压缩空气系统的主要设备

2.1 空压机

目前压缩空气站使用的压缩机主要类型有：螺杆式、活塞式、离心式等形式。活塞式机组结构复杂，易损件多，维修工作量大；螺杆式机组热效率较低，满载时功率消耗比活塞式压缩机高15%左右；离心式压缩机组易损件少，工作可靠，使用寿命长，压缩空气无污染，转速高，用蒸汽透平驱动，便于蒸汽能级利用。

经综合比较，利用盛虹热电分厂的次高压次高温蒸汽，用次高压透平机组拖动离心式压缩机。汽轮压缩机组采用沈鼓引进西门子技术的国产成熟产品。

2.2 干燥器

（1）用户的质量要求。根据用户对压缩空气的品质要求，压缩空气出口质量等级按3 级考虑：颗粒直径≤40μm，颗粒含量≤5μm/m3，油含量≤0.1mg/m3，压力露点≤-20℃。

（2）干燥方式。常用的压缩空气干燥处理方式为吸附法和冷冻法。吸附法是利用硅胶、活性氧化铝、分子筛吸附空气中的水分干燥压缩空气，该方法可以使压缩空气的露点达到-20 ～-70℃。冷冻法是利用制冷设备将压缩空气冷却至一定的露点，析出过饱和的水分干燥压缩空气，该方法可以使压缩空气的露点达到2 ～10℃。根据用户对压缩空气品质的需求，本项目选用吸附式干燥器，由于离心压缩机末级后冷前空气温度≥120℃，可以充分利用这部分余热，降低干燥器再生能耗。

3 节能成效分析

该项目的节能主要体现在能量梯级利用和干燥器再生的改进。能量梯级利用节约的能源可从电价及汽耗体现：从电价来看，火力发电厂上网电价平均约为0.5 元/kW·h，电动空压站从电网取电价格平均约为0.70 元/kW·h，差价约为40%，差价对于企业就意味着效益流失，对于社会意味着能源浪费。从耗汽量方面来看，以一台700NM3/min、0.8MPa 的汽轮空压机为例，消耗4.9MPa、490℃的蒸汽约42t/h，相同电动空压机组电负荷为4200kW，相当于次高压蒸汽约45.5t/h。采用大型汽动空压机比电动空压机次高压蒸汽的消耗量约减少8.3%。空气压缩机出口的压缩空气需进行后处理（净化、干燥）再送往用户。目前常用的再生方式主要有热再生和无热再生两种：有热再生需要耗电或耗热，再生能耗约为12%；无热再生，需要消耗10%～15%的压缩空气，约耗能12%。本项目选用压缩热再生式吸附干燥工艺，干燥器再生依靠压缩空气自身热来再生吸附剂，可节约12%能耗。该项目有25%左右的节能量。

通过节能审计中心的计算方法，以压缩空气的不同产生方法所需消耗能源单耗做一下比较获得该项目的节能成效分析如下：

（1）本项目实施前对小型电动压缩空气站的能源计量边界是输入能源为用电量、用水量（可计量相应用电量），输出为压缩空气量，实际运行数据如表1 所示。

表1 项目实施前的电动压缩空气机组的耗能

电动空压机每立方米净化压缩空气耗煤量：4565785÷805693461×330=40.663g/m3（平均供电标煤耗为330g/kW·h）。

（2）本项目实施后对大型汽动压缩空气站的能源计量边界是：输入能源为压缩空气站设备的用电量、用水量、用蒸汽的流量，输出能源为压缩空气的流量、汽轮机背压蒸汽的流量，实际运行数据如表2 所示。

项目实施后压缩空气耗标煤量：[（380304×3363.58- 375917×3013.26）×1000×0.03412÷1000÷0.86-1294910÷330]÷349981457=15.381g/m3。

注：3363.58kJ/kg 为4.9MPa/470 ℃新 蒸 汽 的 焓值；3013.26kJ/kg 为0.8MPa/280 ℃排汽蒸汽的焓值；0.03412kg/GJ 为“能源折标煤参考系数”折算系数；0.86为锅炉的热效率；330g/ kW·h 为平均供电标煤耗。

（3）根据计算，项目建成后压缩空气的节能量为40.663-15.381=25.282g/m3。项目实施完毕后节能量为1400×60×8400×25.282÷1000000=1.78 万t/a。其中，机组年利用小时数为8400h。

表2 项目实施后的汽动压缩空气机组的耗能

4 结束语

盛泽织造区的企业规模较大，电能消耗的总量较高，压缩空气需求量也日趋增长，随着企业的发展，能耗的增加与效益的产出日益成为制约企业扩大生产的“瓶颈”。因此除了从企业自身“挖潜增效”之外，采用合理可靠，经济效益明显的生产工艺也是必不可少的。大型集中汽动空压站对蒸汽能级逐级利用，比电动压缩机是节能明显（节能30%）。以开发区总压缩空气需求量20000m3/min 计算，采用电动空压缩机，年耗电12万kW·h，采用大型汽动空压机可每年节约电能2.4 万kW·h，产生的社会效益相当可观。从上节节约标煤的计算可以看出，项目约可节约标煤量为1.78 万t/a。这就意味着节省煤耗资金1620 万元（标煤价格910 元/t）。根据我国原煤平均特性计算，年减排SO2 量约为115t；CO2量约为117t；NOX量约为56t。汽动空气压缩机站比电动空气压缩机节约用地23333m2。压缩热再生式干燥器，干燥器再生零耗气、零排放，比电动压缩空气站可节省约12%的再生用气量。压缩空气出口露点低、洁净度高，减少用户端的频繁切水损耗，节能效果显著。由此可见，本项目依托集团产业及区域优势，以大型汽轮压缩空气机组替代电动压缩空气机组在节能、环保、社会具有明显的综合效益。