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)

1 引言

節(jié)能降耗、高效環(huán)保是目前乃至將來世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢和潮流，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)運營成本、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問題之一。

某大型鋼鐵公司設(shè)計年產(chǎn)鐵1347萬噸、鋼1370萬噸、鋼材1340.6萬噸，配套有7座空壓機站，按照相對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站。其中包括27臺流量250 N·m3/min、壓力0.85 MPa儀表用空壓機，4臺流量100 N·m3/min、壓力0.85 MPa儀表空壓機；5臺流量400 N·m3/min、壓力0.55 MPa煉鋼連鑄霧化空壓機，壓縮空氣系統(tǒng)日總耗電量為130萬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

2.1 煉鋼連鑄霧化壓縮空氣零放散運行

某大型鋼鐵公司現(xiàn)裝備連鑄機4臺，每臺鑄機2流，共計8流。板坯規(guī)格為：1#、2#鑄機規(guī)格相同(分0～19段)，2150 mm；3#、4#鑄機規(guī)格相同(分0～19段)，1650 mm，每臺鑄機設(shè)計拉速0.3～2.3 m/s。連鑄霧化壓縮空氣使用的是由能源與環(huán)境部煉鋼空壓機站提供的普通壓縮空氣(壓縮空氣含水)，其中1#、2#鑄機設(shè)計壓縮空氣平均使用量為373 N·m3/min，最大使用量為434 N·m3/min，3#、4#鑄機設(shè)計壓縮空氣平均使用量為317 N·m3/min，最大使用量為365 N·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，實際用風(fēng)量較初始設(shè)計低，通過對煉鋼作業(yè)部4臺鑄機實際用量統(tǒng)計分析，目前1#、2#鑄機分別對壓縮空氣需求為320～383 N·m3/min，與初設(shè)基本一致；3#、4#鑄機目前分別對壓縮空氣需求為216～283 N·m3/min，與初設(shè)需求量偏差較大。

當(dāng)3#和4#鑄機有一臺鑄機在線生產(chǎn)時，空壓機進(jìn)入節(jié)流模式，入口導(dǎo)葉進(jìn)入最小運行角度時，放散閥開至15%～25%，約8000 N·m3/h壓縮空氣放散;當(dāng)3#和4#鑄機同時澆鋼時，放散閥開至20%～35%，約11000N·m3/h壓縮空氣放散。煉鋼連鑄4臺交替運行，3臺鑄機同時生產(chǎn)平均20 h/d，1#、2#鑄機搭配3#、4#鑄機任意一臺設(shè)備運行時，平均放散量為9500N·m3/h，日放散量為76000 N·m3/d，空壓機運行過程中存在壓縮空氣放風(fēng)情況，造成能源介質(zhì)浪費，運行電耗高的問題。

以實現(xiàn)能源價值、能源效率的最優(yōu)匹配，追求冶金企業(yè)能源流有序運行為目標(biāo)，通過研究分析決定在煉鋼空壓機站空位增加一臺額定壓力0.55 MPa，流量為200～250 N·m3/min節(jié)能型離心式空壓機，由于現(xiàn)場沒有預(yù)留機位，需要增加設(shè)備基礎(chǔ)，同時配套空氣過濾器、配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、壓縮空氣管道、水管道等。

新增空壓機投運后當(dāng)1#、2#鑄機任意一臺或兩臺在線運行時匹配等數(shù)量400 N·m3/min空壓機;當(dāng)3#、4#鑄機在線運行一臺時匹配250 N·m3/min空壓機；3#、4#鑄機兩臺同時在線運行時匹配一臺400 N·m3/min和一臺250 m3/min空壓機，根據(jù)用戶實際需求量，匹配等流量空壓機。現(xiàn)有400 N·m3/min功率為2424 kW，低負(fù)荷運行時耗電量為2000 kW·h，新增機組功率約1200 kW，煉鋼連鑄4臺交替運行，3臺鑄機同時生產(chǎn)平均15 h/d，日節(jié)省耗電量約12000 kW，折合人民幣5160元，全年經(jīng)濟(jì)效益約181萬元。

2.2 儀表壓縮空氣系統(tǒng)降壓節(jié)能運行

在與同行業(yè)先進(jìn)鋼鐵廠對標(biāo)中發(fā)現(xiàn)，先進(jìn)鋼廠儀表壓縮空氣管網(wǎng)壓力僅為5.5 kgf/cm2，而本大型鋼鐵公司儀表壓縮空氣管網(wǎng)運行壓力6.5 kgf/cm2，管網(wǎng)運行壓力高出1 kgf/cm2，據(jù)技術(shù)統(tǒng)計壓縮空氣管網(wǎng)壓力降低0.1 MPa，對于成本可降低8%，節(jié)能空間較大。

通過反復(fù)研究測算及實地考察，除燒結(jié)氣力輸灰、質(zhì)檢驗部冶煉分析中心試樣輸送用氣壓縮空氣壓力需要超過0.65 MPa外，其他用戶壓縮空氣用戶在管網(wǎng)壓力0.6 MPa即可滿足生產(chǎn)需求，因此提出通過改變壓縮空氣管網(wǎng)運行方式，將壓縮空氣要求壓力高的生產(chǎn)單元獨立出來，單獨供氣，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，具體實施方案為：

(1)燒結(jié)空壓機站現(xiàn)有3臺250 N·m3/min機組，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0.65 MPa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。

圖1 燒結(jié)空壓機站站內(nèi)壓縮空氣流程圖

空壓機站B管單獨給燒結(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管壓縮機突然停車時，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。在空壓機站內(nèi)增加調(diào)節(jié)閥組，當(dāng)B管壓力高時，向管網(wǎng)供氣，減少放散。

通過將燒結(jié)空壓站由2#、3#機單獨供燒結(jié)區(qū)域高壓管網(wǎng)，燒結(jié)1#機出口閥有30%高壓聯(lián)通低壓，用來保證燒結(jié)高壓管網(wǎng)壓力正常，同時從燒結(jié)高壓壓縮空氣管網(wǎng)取點引出一根管至質(zhì)檢驗冶煉分析中心，從燒結(jié)高低壓管網(wǎng)趨勢看到，此期間燒結(jié)高壓管網(wǎng)在6.37～7.07 bar之間，低壓管網(wǎng)在5.8～6.0 bar之間，均可以滿足高低壓用戶要求。

項目實施后節(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250 N·m3/min在線運行空壓機，通過減少空壓機在線運行臺數(shù)和時間從而達(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kW·h，節(jié)約成本約1120萬元。

2.3 壓縮空氣控制系統(tǒng)植入智能DNA

某大型鋼鐵企業(yè)空壓機站實行無人值守定點巡視模式，將所有空壓機站數(shù)據(jù)上傳至煉鋼空壓機站，壓縮空氣控制系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場負(fù)荷需要發(fā)出加/卸載命令時，系統(tǒng)只能按照原先設(shè)定好的壓力對空壓機進(jìn)行加/卸載，或者通過人為經(jīng)驗對設(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，然而此時用戶增加用風(fēng)量較少，波動范圍不大，若此時加載一臺250 N·m3/min空壓機，則系統(tǒng)會存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象；若用戶用量較大，需要匹配一臺250 N·m3/min空壓機，而實際啟動了一臺100 N·m3/min空壓機，由于一臺100 N·m3/min空壓機滿足不了生產(chǎn)需求，還需要再啟動2臺空壓機，這就會造成原本可以開一臺250 N·m3/min空壓機就能滿足生產(chǎn)需求，變?yōu)殚_啟3臺100 N·m3/min空壓機，這樣就會造成很大的資源浪費。而且壓縮空氣系統(tǒng)各站是獨立控制，未實現(xiàn)整個壓縮空氣管網(wǎng)的系統(tǒng)級優(yōu)化、系統(tǒng)級產(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、加/卸載進(jìn)行粗放調(diào)整，從而造成了能源浪費。

圖2 壓縮空氣局部管路圖

通過建立調(diào)度智能控制模型，采用自平衡算法來優(yōu)化調(diào)度機組的運行，它是基于容量匹配和運行時間平衡的算法。由于系統(tǒng)中設(shè)備容量存在差異，系統(tǒng)會實時計算用氣設(shè)備的需求容量，并通過調(diào)節(jié)IGV、增投、減投或換機(用較小容量機組替換較大容量機組)進(jìn)行自動容量匹配，優(yōu)化調(diào)度各設(shè)備工作時段，盡量減少無功運行。

而系統(tǒng)進(jìn)行容量匹配，需要調(diào)節(jié)IGV、增投、減投或換機時，會自動平衡各設(shè)備的運行時間，即每次開機前系統(tǒng)均比較各臺設(shè)備的運行時間，使運行時間最短的設(shè)備最先起動，運行時間最長的最先關(guān)機，從而達(dá)到均勻各設(shè)備運行時間的目的。這樣，能夠使整個系統(tǒng)設(shè)備時刻保持最佳工況，使系統(tǒng)獲得髙可靠性的同時實現(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。

圖3 優(yōu)化調(diào)度控制策略原理圖

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

3 結(jié)論

壓縮空氣節(jié)能降耗是要從整個系統(tǒng)入手，以“源頭控制、過程管控、末端治理”的原則實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化，通過優(yōu)化霧化用壓縮空氣運行模式，實現(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供能，對個別高壓用戶單獨供風(fēng)，同時對低壓儀表壓縮空氣用智能化手段撬動精細(xì)降本對新動能，實現(xiàn)了對空壓機機群智能調(diào)控。以上措施實施后，壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，壓縮空氣實現(xiàn)節(jié)能減排不僅有助于降低鋼鐵行業(yè)碳排放量，也能為全社會推進(jìn)節(jié)能減排做出巨大貢獻(xiàn)。