【壓縮機網】1 引言
壓縮空氣是工業領域中應用z*廣泛的動力源之一，但要獲得滿足基本要求且品質優良的壓縮空氣需要消耗相當大的能量。在大多數生產型企業中，壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的10%~40%，造船行業則更高達50%，同時壓縮空氣也是四大動力源（熱、電、液壓、氣動）中品位z*高，價格z*昂貴的動力源。
2 立項背景及前期工作隨著中國近30年制造業蓬勃發展，能源消耗和環境污染日趨嚴重以及產能過剩、惡性競爭，導致企業面臨節能減排巨大壓力，同時也為高效節能技術推廣帶來前所未有的動力。唐鋼動力部適時啟動了壓縮空氣系統節能技改項目，針對唐鋼壓縮空氣系統能耗高、排放泄漏量大兩個問題展開前期調研和測評工作，并制定了相對應的攻關方案：一是實現高、低壓分流，根據實際需求，將空壓機的排氣壓力分為6 bar和4.5 bar，并采取相對應的三級壓縮和兩級壓縮，此舉可將虛高的排氣壓力所浪費的壓縮功耗節省10%~15%；二是淘汰高能耗的微加熱干燥器，采用具備壓縮空氣系統余熱利用和等壓循環再生零排放技術的新型干燥器，此舉有望降低原微加熱干燥器運行費用80%以上；三是改造壓縮機及后處理凈化設備的冷凝液排放閥，加裝新型零氣耗自動排水閥，杜絕站房內的跑冒滴漏現象。后兩項的氣損z*大可達到空壓機輸出氣量的20%~30%，氣損不僅直接導致能源損失，還會驅使空壓機及輔助設備增加開機臺數或運行時間，此情況又會影響維保和日常消耗費用相應增加。
3 改造思路和措施
3.1 優化壓縮空氣系統流程，實現高/低壓、干/ 濕氣分流將系統分為3類供氣系統。高壓濕氣系統：0.55 MPa供給一鋼3#、4#連鑄用氣，從熱板空壓機站供氣；低壓濕氣系統：0.45 MPa，供給其余濕氣用氣需求，由新增的3臺低壓離心式空壓機負責供給；干氣系統：0.6 MPa，供給冷板廠用氣需求，從冷板空壓機站供氣；供給其余所有干氣需求，從3200空壓機站供氣。將新增3臺兩級低壓離心機設置在冷板空壓站，然后從冷板空壓站布置新的低壓濕氣總管至一鋼、二鋼及煉鐵部等用氣點，低壓干氣系統利用原濕氣總管供氣，并在冷板空壓站配置4臺新型余熱再生式干燥機，3200空壓站4臺空壓機配置零排放余熱在生氣干燥機。各獨立供氣系統采用單向串氣調節，高壓干氣系統向低壓干氣系統、低壓干氣系統向低壓濕氣系統各自設置串氣調節閥，均做上游壓力精確控制，實現高壓干氣系統、低壓濕氣系統以及低壓干氣系統機組的均衡負載控制，減少或消除機組的放散現象的發生，優化系統的調節能力。由于煉鐵部風機房、長材部高線潤滑油站和高線打包機用氣壓力比改造后的干氣壓力較高，分別配置增壓裝置，滿足局部高壓的用氣需求。
3.2 優化壓縮空氣干燥工藝
拆舊換新，大幅度降低原微加熱干燥器的能耗。空氣壓縮過程中，約70%以上的機械能轉換成熱能，被級間和末端冷卻器移出體系外，而離心機屬于無油機，其末級壓縮熱可被干燥器作為再生能量利用，該熱量雖然只能滿足吸附式干燥器再生過程所需能量的70%左右，但若補充能量的措施得當，仍可獲得較低露點。若再能將吹冷氣循環利用，則能比原一代機（無熱、微熱再生式干燥器），節約運行費用90%以上，經調研和招標，本項目選用零氣耗、低露點余熱再生吸附干燥器，此流程從天然氣脫水裝置專利技術延伸推廣而來，增加進氣端的二次冷卻，則可適應各種工況（較低排氣溫度，較高環境溫度），壓力露點可達-40益。采用了高壓循環風機，可對塔上部的吸附劑進行二次高溫干氣再生，對吸附劑可進行大流量吹冷并全部回收循環，其中電耗僅占空壓機輸入功率的1%~1.5%，百分之百零再生氣耗。
3.3 優化冷凝液排污工藝
采用新型冷凝液自動排除器，具有高可靠性、低維護率及無壓縮空氣的泄漏等特點，能及時可靠地排出冷凝液，大大改善冷凝液對空壓機和附屬設備的腐蝕，避免冷凝液流入下級而造成對用氣設備的沖擊、損壞，有問題時，發出報警信號，便于監測，及時發現問題，避免不必要的損失，并配有除渣器，排水器絕對不會堵塞，排水器可排除5~8 mm雜質。
4 經濟效益與社會效益
4.1 經濟效益
（1） 低壓系統節能：平均氣量36000 Nm3/h；年運行8000 h；氣電比優化0.032 kW·h/m3（低壓單機0.083 kW·h/m3；改造前單機0.115 kW·h/m3）。則年降低能耗9216000 kW·h；折合電費：516萬元。
（2） 干燥機改造節能：熱板站和二鋼末端的干燥器全部停用（再生氣耗4500 m3/h），冷板站和3200站全部更新為余熱再生式干燥機（降低10500 m3/h再生氣耗）。降低干燥機再生環節氣量損失：15000 m3/h；氣電比按照0.12 W·h/m3進行計算；年降低系統能耗14400000 kW·h；折合電費：806萬元。
（3） 冷凝液管理節能：提高單機比功率，合計68個點，預計節氣3000 Nm3/h，氣電比按照0.12 kW·h/m3進行計算，年降低能耗2880000 kW·h；折合電費：161萬元。
如上3項理論節能效益總和，年降低能耗：2649.6萬kW·h；折合電費節約1483萬元。
4.2 社會效益
項目實施以來，控制精度和壓空利用率得到了提高，系統運行穩定可靠，監控操作靈活方便，避免了頻繁啟停機的次數，大大節省了操作時間，同時也減少了操作人員的勞動強度，提高了生產效率。按照1度電折合標煤0.123 kg，本項目年節電折合標煤約3260 t。汰了原有的二代機壓縮熱干燥器。同時，2016年同屬于河北鋼業集團的邯鋼也開始采購同類型的壓縮熱零氣耗干燥器設備，唐鋼的一系列舉動也影響到了河北眾多民企鋼廠以及全國各地的同行。
5.1 創新貫穿節能技改全方位、全過程s*先是理念、觀念創新，如能源的品味和價值觀，具體到專業即氣/電不等價。在本項目中，把節氣放于z*重要地位，此舉正是因為在調研和交流中與國內外同行就電費僅占無油干燥壓縮空氣成本40%達成共識；其二是經營模式，本項目采用合同能源管理（EMC） 方式，在鋼鐵行業空壓站節能技改中為第一例，有效調動了用戶、EMC和設備供貨三方的潛力和積極性，以z*新的產品、z*優的工程獲取了用戶方z*大節能空間；同時，項目也開創了行業第三個創新，即采購招標均以z*高價中標，此舉也得益于產品全壽命費用分析（LCC）的學習和貫徹，從而使節能效益z*大化；第四個創新點是摒棄了原國企在設備折舊期未滿不得拆除的慣例，直接用第四代余熱再生零氣耗干燥器淘汰了高能耗的第一代微加熱干燥器。
5.2 余熱再生干燥器同比認知
原有微加熱干燥器既耗電又耗氣，經現場測試，耗氣比高達15%，夏天更高達20%以上，測試結果與目前正在進行的壓縮空氣干燥器產品標準修改內容吻合。鋼廠使用的空壓機類型多為無油離心機，在此前已有眾多案例采用了壓縮熱干燥器，但經調研，發現失敗率接近50% （如唐鋼不銹鋼分廠），不達標率高達80%以上（壓力露點普遍高于-20℃，雙冷卻器類型的余熱再生干燥器甚至高于0益；再生氣耗量明顯大于6%，瞬時流量高達12%以上），在北方寒冷地區此現象更為嚴重。目前行業中多個空壓站中的余熱干燥器已經或正在進行二次改造并付出高昂代價，這是因為壓縮熱屬于低品位能源，尤其在近10年離心式空壓機由于技術進步，排氣溫度由120~140℃降至80~120℃，但同時也對利用壓縮熱的吸附式干燥器造成負面影響，使其利用余熱的空間大幅下降，即由空壓機提供的壓縮熱僅能滿足吸附式干燥器再生能量所需的70%左右，剩余部分再生能量的補充成為技術研發的國際性難題。
5.3 補充說明
本項目效益計算中的氣損僅按電費進行，但實際發生費用還應包括固定資產折舊、財務費用、管理費用、維護保養費用和日常消耗費用等，即電費僅占無油干燥壓縮空氣實際成本的40%左右，按熱值計算1度電折合標煤0.123 kg，但沒有人會認為節約1度電所節省的費用就是煤的費用，因為1度電的費用（按0.6元）是0.123 kg標煤（按600元/t）的8倍。如此若按電費占氣費成本的50%計，干燥器節氣產生的真實費用應為806萬元伊2=1612萬元/年，但即使僅按電費的806萬元計算，其投資回收期為8~10個月，在目前眾多節能技改項目中實屬少見。
另值得一提的是本項目干燥器應用了遠程監控技術，制造廠的專業工程師不僅參與了該設備的運行監測、故障預判、故障分析和故障排除等行為，其設計研發人員也從中受益匪淺。通過互聯網+物聯網技術，獲得第一手的現場運行數據和累積運行曲線，從而可有效判斷驗證設計準確性及各子系統各部件的匹配性，實實在在融入大智慧、大數據和大系統的時代之中。
6 結論
高效、節能、減排、降霾是目前中國z*要的國策之一，而經濟轉型、產業升級和產品換代是企業的當務之急，企業無論大小均應順應國策、創新圖強，才能在新常態下生存發展，立于不敗之地。
壓縮空氣是工業領域中應用z*廣泛的動力源之一，但要獲得滿足基本要求且品質優良的壓縮空氣需要消耗相當大的能量。在大多數生產型企業中，壓縮空氣的能源消耗占全部電力消耗的10%~40%，造船行業則更高達50%，同時壓縮空氣也是四大動力源（熱、電、液壓、氣動）中品位z*高，價格z*昂貴的動力源。
2 立項背景及前期工作隨著中國近30年制造業蓬勃發展，能源消耗和環境污染日趨嚴重以及產能過剩、惡性競爭，導致企業面臨節能減排巨大壓力，同時也為高效節能技術推廣帶來前所未有的動力。唐鋼動力部適時啟動了壓縮空氣系統節能技改項目，針對唐鋼壓縮空氣系統能耗高、排放泄漏量大兩個問題展開前期調研和測評工作，并制定了相對應的攻關方案：一是實現高、低壓分流，根據實際需求，將空壓機的排氣壓力分為6 bar和4.5 bar，并采取相對應的三級壓縮和兩級壓縮，此舉可將虛高的排氣壓力所浪費的壓縮功耗節省10%~15%；二是淘汰高能耗的微加熱干燥器，采用具備壓縮空氣系統余熱利用和等壓循環再生零排放技術的新型干燥器，此舉有望降低原微加熱干燥器運行費用80%以上；三是改造壓縮機及后處理凈化設備的冷凝液排放閥，加裝新型零氣耗自動排水閥，杜絕站房內的跑冒滴漏現象。后兩項的氣損z*大可達到空壓機輸出氣量的20%~30%，氣損不僅直接導致能源損失，還會驅使空壓機及輔助設備增加開機臺數或運行時間，此情況又會影響維保和日常消耗費用相應增加。
3 改造思路和措施
3.1 優化壓縮空氣系統流程，實現高/低壓、干/ 濕氣分流將系統分為3類供氣系統。高壓濕氣系統：0.55 MPa供給一鋼3#、4#連鑄用氣，從熱板空壓機站供氣；低壓濕氣系統：0.45 MPa，供給其余濕氣用氣需求，由新增的3臺低壓離心式空壓機負責供給；干氣系統：0.6 MPa，供給冷板廠用氣需求，從冷板空壓機站供氣；供給其余所有干氣需求，從3200空壓機站供氣。將新增3臺兩級低壓離心機設置在冷板空壓站，然后從冷板空壓站布置新的低壓濕氣總管至一鋼、二鋼及煉鐵部等用氣點，低壓干氣系統利用原濕氣總管供氣，并在冷板空壓站配置4臺新型余熱再生式干燥機，3200空壓站4臺空壓機配置零排放余熱在生氣干燥機。各獨立供氣系統采用單向串氣調節，高壓干氣系統向低壓干氣系統、低壓干氣系統向低壓濕氣系統各自設置串氣調節閥，均做上游壓力精確控制，實現高壓干氣系統、低壓濕氣系統以及低壓干氣系統機組的均衡負載控制，減少或消除機組的放散現象的發生，優化系統的調節能力。由于煉鐵部風機房、長材部高線潤滑油站和高線打包機用氣壓力比改造后的干氣壓力較高，分別配置增壓裝置，滿足局部高壓的用氣需求。
3.2 優化壓縮空氣干燥工藝
拆舊換新，大幅度降低原微加熱干燥器的能耗。空氣壓縮過程中，約70%以上的機械能轉換成熱能，被級間和末端冷卻器移出體系外，而離心機屬于無油機，其末級壓縮熱可被干燥器作為再生能量利用，該熱量雖然只能滿足吸附式干燥器再生過程所需能量的70%左右，但若補充能量的措施得當，仍可獲得較低露點。若再能將吹冷氣循環利用，則能比原一代機（無熱、微熱再生式干燥器），節約運行費用90%以上，經調研和招標，本項目選用零氣耗、低露點余熱再生吸附干燥器，此流程從天然氣脫水裝置專利技術延伸推廣而來，增加進氣端的二次冷卻，則可適應各種工況（較低排氣溫度，較高環境溫度），壓力露點可達-40益。采用了高壓循環風機，可對塔上部的吸附劑進行二次高溫干氣再生，對吸附劑可進行大流量吹冷并全部回收循環，其中電耗僅占空壓機輸入功率的1%~1.5%，百分之百零再生氣耗。
3.3 優化冷凝液排污工藝
采用新型冷凝液自動排除器，具有高可靠性、低維護率及無壓縮空氣的泄漏等特點，能及時可靠地排出冷凝液，大大改善冷凝液對空壓機和附屬設備的腐蝕，避免冷凝液流入下級而造成對用氣設備的沖擊、損壞，有問題時，發出報警信號，便于監測，及時發現問題，避免不必要的損失，并配有除渣器，排水器絕對不會堵塞，排水器可排除5~8 mm雜質。
4 經濟效益與社會效益
4.1 經濟效益
（1） 低壓系統節能：平均氣量36000 Nm3/h；年運行8000 h；氣電比優化0.032 kW·h/m3（低壓單機0.083 kW·h/m3；改造前單機0.115 kW·h/m3）。則年降低能耗9216000 kW·h；折合電費：516萬元。
（2） 干燥機改造節能：熱板站和二鋼末端的干燥器全部停用（再生氣耗4500 m3/h），冷板站和3200站全部更新為余熱再生式干燥機（降低10500 m3/h再生氣耗）。降低干燥機再生環節氣量損失：15000 m3/h；氣電比按照0.12 W·h/m3進行計算；年降低系統能耗14400000 kW·h；折合電費：806萬元。
（3） 冷凝液管理節能：提高單機比功率，合計68個點，預計節氣3000 Nm3/h，氣電比按照0.12 kW·h/m3進行計算，年降低能耗2880000 kW·h；折合電費：161萬元。
如上3項理論節能效益總和，年降低能耗：2649.6萬kW·h；折合電費節約1483萬元。
4.2 社會效益
項目實施以來，控制精度和壓空利用率得到了提高，系統運行穩定可靠，監控操作靈活方便，避免了頻繁啟停機的次數，大大節省了操作時間，同時也減少了操作人員的勞動強度，提高了生產效率。按照1度電折合標煤0.123 kg，本項目年節電折合標煤約3260 t。汰了原有的二代機壓縮熱干燥器。同時，2016年同屬于河北鋼業集團的邯鋼也開始采購同類型的壓縮熱零氣耗干燥器設備，唐鋼的一系列舉動也影響到了河北眾多民企鋼廠以及全國各地的同行。
5.1 創新貫穿節能技改全方位、全過程s*先是理念、觀念創新，如能源的品味和價值觀，具體到專業即氣/電不等價。在本項目中，把節氣放于z*重要地位，此舉正是因為在調研和交流中與國內外同行就電費僅占無油干燥壓縮空氣成本40%達成共識；其二是經營模式，本項目采用合同能源管理（EMC） 方式，在鋼鐵行業空壓站節能技改中為第一例，有效調動了用戶、EMC和設備供貨三方的潛力和積極性，以z*新的產品、z*優的工程獲取了用戶方z*大節能空間；同時，項目也開創了行業第三個創新，即采購招標均以z*高價中標，此舉也得益于產品全壽命費用分析（LCC）的學習和貫徹，從而使節能效益z*大化；第四個創新點是摒棄了原國企在設備折舊期未滿不得拆除的慣例，直接用第四代余熱再生零氣耗干燥器淘汰了高能耗的第一代微加熱干燥器。
5.2 余熱再生干燥器同比認知
原有微加熱干燥器既耗電又耗氣，經現場測試，耗氣比高達15%，夏天更高達20%以上，測試結果與目前正在進行的壓縮空氣干燥器產品標準修改內容吻合。鋼廠使用的空壓機類型多為無油離心機，在此前已有眾多案例采用了壓縮熱干燥器，但經調研，發現失敗率接近50% （如唐鋼不銹鋼分廠），不達標率高達80%以上（壓力露點普遍高于-20℃，雙冷卻器類型的余熱再生干燥器甚至高于0益；再生氣耗量明顯大于6%，瞬時流量高達12%以上），在北方寒冷地區此現象更為嚴重。目前行業中多個空壓站中的余熱干燥器已經或正在進行二次改造并付出高昂代價，這是因為壓縮熱屬于低品位能源，尤其在近10年離心式空壓機由于技術進步，排氣溫度由120~140℃降至80~120℃，但同時也對利用壓縮熱的吸附式干燥器造成負面影響，使其利用余熱的空間大幅下降，即由空壓機提供的壓縮熱僅能滿足吸附式干燥器再生能量所需的70%左右，剩余部分再生能量的補充成為技術研發的國際性難題。
5.3 補充說明
本項目效益計算中的氣損僅按電費進行，但實際發生費用還應包括固定資產折舊、財務費用、管理費用、維護保養費用和日常消耗費用等，即電費僅占無油干燥壓縮空氣實際成本的40%左右，按熱值計算1度電折合標煤0.123 kg，但沒有人會認為節約1度電所節省的費用就是煤的費用，因為1度電的費用（按0.6元）是0.123 kg標煤（按600元/t）的8倍。如此若按電費占氣費成本的50%計，干燥器節氣產生的真實費用應為806萬元伊2=1612萬元/年，但即使僅按電費的806萬元計算，其投資回收期為8~10個月，在目前眾多節能技改項目中實屬少見。
另值得一提的是本項目干燥器應用了遠程監控技術，制造廠的專業工程師不僅參與了該設備的運行監測、故障預判、故障分析和故障排除等行為，其設計研發人員也從中受益匪淺。通過互聯網+物聯網技術，獲得第一手的現場運行數據和累積運行曲線，從而可有效判斷驗證設計準確性及各子系統各部件的匹配性，實實在在融入大智慧、大數據和大系統的時代之中。
6 結論
高效、節能、減排、降霾是目前中國z*要的國策之一，而經濟轉型、產業升級和產品換代是企業的當務之急，企業無論大小均應順應國策、創新圖強，才能在新常態下生存發展，立于不敗之地。
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