壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化探討壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化探討 趙 利 平 (首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司能源與環(huán)境部,河北唐山063200) [摘 要]:隨著我國(guó)碳達(dá)峰 和碳中和 目標(biāo)的提出,意味著高能耗企業(yè)......
壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化探討
(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司能源與環(huán)境部,河北唐山063200)
[摘 要]:隨著我國(guó)“碳達(dá)峰” 和“碳中和” 目標(biāo)的提出,意味著高能耗企業(yè)不僅要為能源直接消耗買單,還要為超標(biāo)的碳含量買單。壓縮空氣具有潔凈、易調(diào)節(jié)、輸送便捷的特點(diǎn),因此被廣泛使用,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),空氣壓縮機(jī)用電量占全國(guó)發(fā)電總量的95% ~10%,在工業(yè)領(lǐng)域空壓機(jī)占企業(yè)用電的10% ~35%之間,個(gè)別行業(yè)占比65%之多。從壓縮空氣零放散、壓縮空氣系統(tǒng)降壓運(yùn)行、優(yōu)化控制系統(tǒng)出發(fā),對(duì)影響壓縮空氣節(jié)能潛力進(jìn)行探討,以適應(yīng)當(dāng)下的節(jié)能減排要求。
[關(guān)鍵詞]:壓縮空氣;零放散;降壓運(yùn)行;控制
中圖分類號(hào):TH45 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B
文章編號(hào):1006-2971(2022)04-0056-04
節(jié)能降耗、高效環(huán)保是目前乃至將來(lái)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢(shì)和潮流,因此眾多的鋼鐵企業(yè)把深挖設(shè)備技術(shù)潛力、減少能源消耗、降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本、開展節(jié)能增效作為企業(yè)發(fā)展和生存的根本。在鋼鐵企業(yè)中壓縮空氣是必不可少的能源介質(zhì),空壓機(jī)的電力消耗巨大,因此如何科學(xué)管理壓縮空氣系統(tǒng)、降低空壓機(jī)能耗,已成為各大鋼鐵廠能源管理人員和技術(shù)操作人員研究的熱點(diǎn)問題之一。
某大型鋼鐵公司設(shè)計(jì)年產(chǎn)鐵1347萬(wàn)噸、鋼1370萬(wàn)噸、鋼材13406萬(wàn)噸,配套有7座空壓機(jī)站,按照相對(duì)集中的供氣模式分布,根據(jù)用能負(fù)荷,在主要用戶附近就近建立空壓機(jī)站。其中包括27臺(tái)流量250N·m3/min、壓力0.85MPa儀表用空壓機(jī),4臺(tái)流量100N·m3/min、壓力0.85MPa儀表空壓機(jī);5臺(tái)流量400N· m3/min、壓力0.55MPa煉鋼連鑄霧化空壓機(jī),壓縮空氣系統(tǒng)日總耗電量為130萬(wàn)kW,占公司日總用電比例約為5%,本文以某大型鋼鐵公司壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能應(yīng)用實(shí)例展開探討,供同行業(yè)參考。
2 壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能分析及應(yīng)用
某大型鋼鐵公司現(xiàn)裝備連鑄機(jī)4臺(tái),每臺(tái)鑄機(jī)2流,共計(jì)8流。板坯規(guī)格為:1#、2#鑄機(jī)規(guī)格相同(分0~19段),2150mm;3#、4#鑄機(jī)規(guī)格相同(分0~19段),1650mm,每臺(tái)鑄機(jī)設(shè)計(jì)拉速0.3~2.3m/s。連鑄霧化壓縮空氣使用的是由能源與環(huán)境部煉鋼空壓機(jī)站提供的普通壓縮空氣(壓縮空氣含水),其中1#、2#鑄機(jī)設(shè)計(jì)壓縮空氣平均使用量為373N· m3/min,最大使用量為434N·m3/min,3#、4#鑄機(jī)設(shè)計(jì)壓縮空氣平均使用量為317N·m3/min,最大使用量為365N·m3/min。隨著鋼品種結(jié)構(gòu)調(diào)整,連鑄工藝變化,連鑄用壓縮空氣所需用量減少,實(shí)際用風(fēng)量較初始設(shè)計(jì)低,通過對(duì)煉鋼作業(yè)部4臺(tái)鑄機(jī)實(shí)際用量統(tǒng)計(jì)分析,目前1#、2#鑄機(jī)分別對(duì)壓縮空氣需求為320~383N·m3/min,與初設(shè)基本一致;3#、4#鑄機(jī)目前分別對(duì)壓縮空氣需求為216~283N·m3/min,與初設(shè)需求量偏差較大。
當(dāng)3#和4#鑄機(jī)有一臺(tái)鑄機(jī)在線生產(chǎn)時(shí),空壓機(jī)進(jìn)入節(jié)流模式,入口導(dǎo)葉進(jìn)入最小運(yùn)行角度時(shí),放散閥開至15% ~25%,約8000N·m3/h壓縮空氣放散;當(dāng)3#和4#鑄機(jī)同時(shí)澆鋼時(shí),放散閥開至20% ~35%,約11000N·m3/h壓縮空氣放散。煉鋼連鑄4臺(tái)交替運(yùn)行,3臺(tái)鑄機(jī)同時(shí)生產(chǎn)平均20h/d,1#、2#鑄機(jī)搭配3#、4#鑄機(jī)任意一臺(tái)設(shè)備運(yùn)行時(shí),平均放散量為9500N· m3/h, 日放散量為76000N·m3/d,空壓機(jī)運(yùn)行過程中存在壓縮空氣放風(fēng)情況,造成能源介質(zhì)浪費(fèi),運(yùn)行電耗高的問題。
以實(shí)現(xiàn)能源價(jià)值、能源效率的最優(yōu)匹配,追求冶金企業(yè)能源流有序運(yùn)行為目標(biāo),通過研究分析決定在煉鋼空壓機(jī)站空位增加一臺(tái)額定壓力0.55MPa,流量為200~250N·m3/min節(jié)能型離心式空壓機(jī),由于現(xiàn)場(chǎng)沒有預(yù)留機(jī)位,需要增加設(shè)備基礎(chǔ),同時(shí)配套空氣過濾器、配電系統(tǒng)、控制系
新增空壓機(jī)投運(yùn)后當(dāng)1#、2#鑄機(jī)任意一臺(tái)或兩臺(tái)在線運(yùn)行時(shí)匹配等數(shù)量400N·m3/min空壓機(jī);當(dāng)3#、4#鑄機(jī)在線運(yùn)行一臺(tái)時(shí)匹配250N·m3/min空壓機(jī);3#、4#鑄機(jī)兩臺(tái)同時(shí)在線運(yùn)行時(shí)匹配一臺(tái)400N·m3/min和一臺(tái)250m3/min空壓機(jī),根據(jù)用戶實(shí)際需求量, 匹配等流量空壓機(jī)。現(xiàn)有400N·m3/min功率為2424kW,低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)耗電量為2000kW·h,新增機(jī)組功率約1200kW,煉
鋼連鑄4臺(tái)交替運(yùn)行,3臺(tái)鑄機(jī)同時(shí)生產(chǎn)平均15h/d,日節(jié)省耗電量約12000kW,折合人民幣5160元,全年經(jīng)濟(jì)效益約181萬(wàn)元。
2.2 儀表壓縮空氣系統(tǒng)降壓節(jié)能運(yùn)行
在與同行業(yè)先進(jìn)鋼鐵廠對(duì)標(biāo)中發(fā)現(xiàn),先進(jìn)鋼廠儀表壓縮空氣管網(wǎng)壓力僅為5.5kgf/cm2,而本大型鋼鐵公司儀表壓縮空氣管網(wǎng)運(yùn)行壓力6.5kgf/cm2,管網(wǎng)運(yùn)行壓力高出1kgf/cm2,據(jù)技術(shù)統(tǒng)計(jì)壓縮空氣管網(wǎng)壓力降低0.1MPa,對(duì)于成本可降低8%,節(jié)能空間較大。
通過反復(fù)研究測(cè)算及實(shí)地考察,除燒結(jié)氣力輸灰、質(zhì)檢驗(yàn)部冶煉分析中心試樣輸送用氣壓縮空氣壓力需要超過065MPa外,其他用戶壓縮空氣用戶在管網(wǎng)壓力0.6MPa即可滿足生產(chǎn)需求,因此提出通過改變壓縮空氣管網(wǎng)運(yùn)行方式,將壓縮空氣要求壓力高的生產(chǎn)單元獨(dú)立出來(lái),單獨(dú)供氣,優(yōu)化壓縮空氣供氣模式,降低整體壓縮空氣管網(wǎng)壓力,達(dá)到節(jié)能降耗的目的,具體實(shí)施方案為:
(1)燒結(jié)空壓機(jī)站現(xiàn)有3臺(tái)250N·m3/min機(jī)組,全部給B管供氣,兩用一備,B管再專供燒結(jié)東管,保證氣力輸灰生產(chǎn)線、冶煉分析中心壓力0.65MPa以上。
(2)增加兩組調(diào)節(jié)閥組,與公司管網(wǎng)A管聯(lián)通。管網(wǎng)如圖1。
空壓機(jī)站B管單獨(dú)給燒結(jié)東管供氣,關(guān)閉藍(lán)色色圈內(nèi)的閥門。在如圖位置C處安裝調(diào)壓閥組,在專供B管壓縮機(jī)突然停車時(shí),通過綜合管網(wǎng)快速供氣,保燒結(jié)區(qū)域用戶受影響最小。在空壓機(jī)站內(nèi)增加調(diào)節(jié)閥組,當(dāng)B管壓力高時(shí),向管網(wǎng)供氣,減少放散。通過將燒結(jié)空壓站由2#、3#機(jī)單獨(dú)供燒結(jié)區(qū)域高壓管網(wǎng),燒結(jié)1#機(jī)出口閥有30%高壓聯(lián)通低壓,用來(lái)保證燒結(jié)高壓管網(wǎng)壓力正常,同時(shí)從燒結(jié)高壓壓縮空氣管網(wǎng)取點(diǎn)引出一根管至質(zhì)檢驗(yàn)冶煉分析中心,從燒結(jié)高低壓管網(wǎng)趨勢(shì)看到,此期間燒結(jié)高壓管網(wǎng)在6.37~7.07bar之間,低壓管網(wǎng)在5.8~6.0bar之間,均可以滿足高低壓用戶要求。
項(xiàng)目實(shí)施后節(jié)能效果立竿見影,通過降低儀表壓縮風(fēng)管網(wǎng)壓力減少了2臺(tái)250N·m3/min在線運(yùn)行空壓機(jī),通過減少空壓機(jī)在線運(yùn)行臺(tái)數(shù)和時(shí)間從而達(dá)到節(jié)約電量的目的,與同期相比,上半年共節(jié)電量約2800萬(wàn)kW·h,節(jié)約成本約1120萬(wàn)元。
2.3 壓縮空氣控制系統(tǒng)植入智能DNA
某大型鋼鐵企業(yè)空壓機(jī)站實(shí)行無(wú)人值守定點(diǎn)巡視模式,將所有空壓機(jī)站數(shù)據(jù)上傳至煉鋼空壓機(jī)站,壓縮空氣控制系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷需要發(fā)出加/卸載命令時(shí),系統(tǒng)只能按照原先設(shè)定好的壓力對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行加/卸載,或者通過人為經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)備進(jìn)行加/卸載,然而這種加卸載方式存在很多不合理的地方。例如當(dāng)管網(wǎng)壓力不能滿足用戶需求,然而此時(shí)用戶增加用風(fēng)量較少,波動(dòng)范圍不大,若此時(shí)加載一臺(tái)250N·m3/min空壓機(jī),則系統(tǒng)會(huì)存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象;若用戶用量較大,需要匹配一臺(tái)250N· m3/min空壓機(jī),而實(shí)際啟動(dòng)了一臺(tái)100N·m3/min空壓機(jī),由于一臺(tái)100N·m3/min空壓機(jī)滿足不了生產(chǎn)需求,還需要再啟動(dòng)2臺(tái)空壓機(jī),這就會(huì)造成原本可以開一臺(tái)250N·m3/min空壓機(jī)就能滿足生產(chǎn)需求,變?yōu)殚_啟3臺(tái)100N·m3/min空壓機(jī),這樣就會(huì)造成很大的資源浪費(fèi)。而且壓縮空氣系統(tǒng)各站是獨(dú)立控制,未實(shí)現(xiàn)整個(gè)壓縮空氣管網(wǎng)的系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化、系統(tǒng)級(jí)產(chǎn)量精細(xì)調(diào)節(jié)功能,壓縮空氣總產(chǎn)量只能通過開停機(jī)、加/卸載進(jìn)行粗放調(diào)整,從而造成了能源浪費(fèi)。
通過建立調(diào)度智能控制模型,采用自平衡算法來(lái)優(yōu)化調(diào)度機(jī)組的運(yùn)行,它是基于容量匹配和運(yùn)行時(shí)間平衡的算法。由于系統(tǒng)中設(shè)備容量存在差異,系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)計(jì)算用氣設(shè)備的需求容量,并通過調(diào)節(jié)IGV、增投、減投或換機(jī)(用較小容量機(jī)組替換較大容量機(jī)組)進(jìn)行自動(dòng)容量匹配,優(yōu)化調(diào)度各設(shè)備工作時(shí)段,盡量減少無(wú)功運(yùn)行。
而系統(tǒng)進(jìn)行容量匹配,需要調(diào)節(jié)IGV、增投、減投或換機(jī)時(shí),會(huì)自動(dòng)平衡各設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間,即每次開機(jī)前系統(tǒng)均比較各臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間,使運(yùn)行時(shí)間最短的設(shè)備最先起動(dòng),運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的最先關(guān)機(jī),從而達(dá)到均勻各設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的目的。這樣,能夠使整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備時(shí)刻保持最佳工況,使系統(tǒng)獲得!可靠性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的控制效果。優(yōu)化調(diào)度控制策略原理如圖3所示。
壓縮空氣智能管控系統(tǒng)及優(yōu)化集成技術(shù)主要包括用戶末端減壓節(jié)能技術(shù)、壓縮空氣產(chǎn)量智能調(diào)控技術(shù)、壓縮空氣輸送智能匹配技術(shù),實(shí)現(xiàn)了壓縮空氣系統(tǒng)可以根據(jù)用戶使用情況優(yōu)化調(diào)配各空壓站生產(chǎn)規(guī)模、精細(xì)化調(diào)整總產(chǎn)量,從而使各個(gè)用戶端壓力保持在穩(wěn)定而最經(jīng)濟(jì)水平,使壓縮空氣系統(tǒng)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)優(yōu)化節(jié)能,實(shí)現(xiàn)了根據(jù)用戶側(cè)壓力數(shù)據(jù)按照就近生產(chǎn)原則調(diào)節(jié)各空壓機(jī)站壓縮空氣產(chǎn)量,使用戶壓力穩(wěn)定保持在最佳水平,避免遠(yuǎn)距離輸送,使壓縮空氣系統(tǒng)在輸送環(huán)節(jié)優(yōu)化節(jié)能,在用戶側(cè)應(yīng)用末端減壓節(jié)能裝置,減少用戶壓縮空氣用量,使壓縮空氣系統(tǒng)在使用環(huán)節(jié)優(yōu)化節(jié)能。最終使壓縮空氣管網(wǎng)平均壓力由0.58MPa下降至目前的0.55MPa,壓縮空氣平均電耗下降0.008kW·h/Nm3,使用戶壓縮空氣使用量下降6%。
壓縮空氣節(jié)能降耗是要從整個(gè)系統(tǒng)入手,以“源頭控制、過程管控、末端治理” 的原則實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化,通過優(yōu)化霧化用壓縮空氣運(yùn)行模式,實(shí)現(xiàn)了霧化用壓縮空氣零放散,減少了霧化用壓縮空氣生產(chǎn)和供應(yīng),能源消耗隨之降低;摸排生產(chǎn)用戶用能需求,提出壓縮空氣分壓力等級(jí)供能,對(duì)個(gè)別高壓用戶單獨(dú)供風(fēng),同時(shí)對(duì)低壓儀表壓縮空氣用智能化手段撬動(dòng)精細(xì)降本對(duì)新動(dòng)能,實(shí)現(xiàn)了對(duì)空壓機(jī)機(jī)群智能調(diào)控。以上措施實(shí)施后,壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能效果顯著,壓縮空氣實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排不僅有助于降低鋼鐵行業(yè)碳排放量,也能為全社會(huì)推進(jìn)節(jié)能減排做出巨大貢獻(xiàn)。
[1] 張靜,王偉業(yè),魏唐槐,安永軍.大型鋼鐵企業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能
措施[J].冶金能源,2019,(2):11-13.
[2] 周佃民.壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)綜述[J].上海節(jié)能,2010,(10):
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