浅谈钢铁行业空压站节能的发展趋势

2022-06-15刘成红吕森张静波

中国设备工程 2022年11期

刘成红，吕森，张静波

（宝武集团鄂城钢铁有限责任公司，湖北鄂州 436000）

为响应国家节能减排号召，建立“资源节约型、环境友好型社会”，钢铁行业全面实施绿色、节能型钢厂，淘汰落后产能，优化产业结构，更换高能耗设备。鄂钢作为宝武旗下一级子公司，全面落实节能减排工作，各项能耗指标全面对标行业先进指标（吨钢耗新水、吨钢耗电、吨钢耗煤、吨钢耗压缩空气等），空压站作为钢铁行业重要的能源消耗点，有较大的能源节约空间，2018年鄂钢对一空站和三空站的干燥机进行了节能改造，压缩空气单耗进一步降低，另外在动力设备负载匹配度及供气管网配置上仍有较大的节能空间。

1 节能趋势

空压站作为钢铁行业的主要供给能源之一，使用量大，涉及范围广，从烧结、炼铁、炼钢到轧材系统都需要压缩空气，空压机装配电机的容量较大，电能消耗较多，且公辅系统也有部分能源消耗，按照宝武集团的节能要求，空压站还有较大的节能空间，例如干燥机由无热再生型改为零气损型等，压缩空气的节能已引起钢铁企业的高度重视。

2 系统的高能耗的原因及解决办法

2.1 空气管路系统布局的合理性影响系统的安全经济运行

合理的空气管路系统布局，有利于后续设备的运行维护，能够延长设备的正常运行时间和使用寿命。下面从鄂钢现有的两种布局模式进行探讨。

从图1可以看出：这种空气管路系统是空压机产生的高压空气先经过一个集气管，再通过高效除油器除油和干燥机除去水分，最后通过储气罐送给各用户使用。空气中一般都含有一定量的水分，特别是南方地区，空气湿度较大，空压机在运行过程中，由于空气压缩会导致温度上升，压缩空气中含有的水蒸气密度也会增加，增加了空气相对湿度。当压缩空气离开空压机进入管路系统后，温度会逐渐下降，这时便会有液态水从压缩空气中析出。图1的这种管路配置，会导致系统中的水分较大，对干燥机里的吸附剂（活性氧化铝）产生不利影响，缩短吸附剂的使用寿命，容易导致外供的压缩空气露点不达标，满足不了用户的需求。

图1 鄂钢三空的空气管路布局图

从图2可以看出，与上一种空气管路布局不同，这种模式是将储气罐提前布置在集气管前、空压机的出口，压缩空气先进入储气罐，再通过集气管，然后再去除油器和干燥机，同时在干燥机后安装过滤器，最后再送往用户使用。这种管路系统的优点比较明显：一是储气罐前置，能够降低压缩空气流速，将其含有的的水分在储气罐基本全部析出，通过排污阀排走，减轻干燥机的运行负荷，提升干燥剂的使用寿命和可靠性；二是通过在干燥机出口安装过滤器，除去了干燥机产生的氧化铝粉末，消除了压缩空气的二次污染，有利于用户仪表的安全使用。

从以上两种系统布局来看，图2的模式更加经济，可靠，能够确保系统设备的正常稳定运行，保证压缩空气的质量，满足用户的需求。

图2 鄂钢一空、二空的空气管路布局图

2.2 压缩系统能耗高的原因分析

（1）空气中自带的污染物成分复杂，维护清理不当易造成设备运行效率低。钢铁行业空压站的布局一般都比较靠近用户且作为重点用户的公辅工程项目。压缩空气在制备过程中不可避免的从空气中吸入一些污染物，常见的污染物有：粉尘、水（水滴、水雾、水蒸气）、油等。这些污染物进入空压机后会混合以油泥的形式存在。这种油泥一般具有腐蚀性且易形成垢，如果不及时清理维护，将会严重影响气动设备、阀门、管路的正常运行，造成压缩空气泄漏、设备损坏、生产维护成本增加、生产受阻、产品报废、生产人员人身健康受到威胁、工作环境受影响等一系列严重问题，导致压缩机本体的工作效率低，大大增加系统能耗。

（2）空压机出口压力（排气压力）设定值较高对能耗的影响较明显。空压机出口压力设置越高，其出口的排气温度也越高，特别是夏季，如果冷却系统效果不佳，极易造成设备超温运行，这样不仅影响生产，还会加剧设备的损耗，缩短其正常使用寿命，此外高温还会加速油品劣化、润滑性能降低等问题。供气压力每降低0.01 MPa时,功耗相应减少0.3%～0.5%，如果排气压力设置过高，会造成压缩机的功耗增加，维护成本增加，经济效益下降。所以排气压力对压缩机的能耗有非常明显的影响。

（3）空压机未满载运行是造成能耗浪费的主要原因。空压机额定功率是该设备所能提供的最大负荷，用于用户生产的不连续性造成用气量波动通常相当大。空压机在工作时，由于同时工作的设备台套数经常发生变化，因此耗气量也随之变化，当耗气量减少时，如果空压机还在高速运转，就会大量的浪费了能源。随着季节、时间差或其它因素导致压缩空气的变化量超过某一范围（视机种而定），或是实际使用风量很可能远低于购置空压机前的估算值，将会无法避免的发生排放或卸载而造成能源的浪费。我厂一空站由于用户的生产不是连续，开一台空压机满足不了用户的需求，开两台又造成了压缩空气的浪费，所以空压机并未全载运转，造成很大的能源浪费。

（4）空压机冷却水的水质也是造成能耗高的原因。空压站还有一部分电能消耗在于循环冷却水上。空压机冷却器一般采用循环冷却水进行降温，其冷却效果取决于循环水的水质。循环冷却水系统在运行过程中，由于水分持续蒸发，系统的含盐量会不断增加，其中以碳酸钙、碳酸镁为最多，容易在冷却器管壁上形成较坚硬的水垢。循环水系统水温越高、浓缩倍数越大，越容易产生水垢。由于水垢的电导率只有1～2W/（m·℃），比常用金属材料的热导率要小得多。冷却水的温度每增减5℃会影响空压机的功率大约1.5%，冷却水的温度每增减10%会使功率增减约1.4%。因此，水垢会降低冷却器的降温效果，使空压机进、排气温度达不到设计要求，影响空压机的运行效率。特别是在夏季，本身环境温度高，循环系统不仅易结垢，而且还会滋生藻类，容易造成管路、阀门堵塞，影响空压机的正常运行。

（5）不合理的运行管理模式也是造成能耗高的原因。前期，为保护空压机设备，采用了频繁倒换设备运转，让空压机轮流停机检修的运行管理模式。这种模式的弊端较大，频繁启停空压机，会造成瞬时的电能消耗大、对电机的冲击大从而影响电机的正常运行的后果。目前，新的高强度设计的空压机，只需要在必要的保养时停机外，可以保持长期连续稳定运行，从而降低启停机造成的能耗损失。

（6）压缩空气的泄漏容易造成能源的浪费。在压缩空气制造、输送及使用过程中，空气量泄漏一般可高达30%，压缩空气系统常见的泄漏点有机组本体、储气罐、干燥机、管网、阀门、流量计等。日常运行中对泄漏点比较明显的地方因为噪音问题往往容易被发现，而其它小部件的泄漏往往被用户所忽略，这也是造成压缩空气浪费的原因。

2.3 降低空压机系统能耗的方式

（1）对空气过滤器进行定期维护。一台空压机的空气过滤器都有几十个滤筒。空压机运行一段时间后，滤筒上面都会不同程度吸入粉尘。尽管过滤器自身带有反吹系统，但是并不能完全去除滤筒上的污染物，如果不进行清洗，会导致进风不足或进风中污染物含量过高，损伤设备，降低了空压机的运行效率。因此，空压机运行一段时间后，应定期对空气过滤器进行检查，对积灰较多的滤筒拆下进行清洗，对污染严重或者已损坏的滤筒及时更换。

（2）适当调整空压机出口压力。我厂三个空压站的出口压力值都在0.7MPa以上，该压力值设置较高，即便扣除输送过程中压力的损失，也已经超过了用户的需求，造成了一定的能源浪费。目前，车间通过对用户的调研，在满足用气点工艺和使用要求的情况下，适当调整了空压机本体的排气压力，节约了能耗。

（3）改变空压机运行管理模式，尽可能保证空压机满载运行。为了解决由于用户生产的不稳定性和不连续性，造成压缩空气产气量和用气压力的持续变化给空压机的高效运行管理造成不利影响，我厂对现有的空压机站的运行管理模式进行了优化调整，将二空站分别与一空站和三空站进行了联网，未来还会将四所空压站进行并网，同时增加了智慧调度系统，能够根据压缩空气管网的负荷变化，实时调整各空压机站的运行，尽可能让部分空压机长期持续满载运行，在保障管网的压力和流量的同时，保证产气与供气的平衡，提高空压机的运行效率。

（4）改善循环水系统水质。我厂空压站的循环冷却水大都是未经消毒和软化的保安水，在冷却过程中不断的升温降温，不可避免的造成微生物和藻类的滋生，特别是夏季，气温较高时，不仅造成管网的结垢，而且滋生的微生物附着在冷却器上，既造成设备的堵塞，又影响冷却效果，影响空压机的效率。为解决该问题，采取了向循环水系统投加缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻剂的方式，同时建立定期排污制度，确保水质稳定。

（5）查找泄漏和定期维保及校验。压缩空气用户在使用过程中往往只关心压力和流量，对泄漏问题往往认识不足、重视不够，容易造成浪费。因此，我厂强化了日常的点巡检，及时发现泄漏点并进行处理，将泄漏量降到最低。同时，我厂也加强了设备的维护保养工作，要求A级保养在连续运行4000h或1年时进行、B级保养在连续运行8000h或2年时进行、C级保养在连续运行24000h或4年时进行、D级保养在连续运行48000h或6年时进行。对空压系统配套的压力表、温度计、压力传感器、温度传感器或压力开关等监控配件进行定期的检查，及时进行维保和校验，确保监控设备发挥应有的作用。