降低空分設(shè)備能耗運(yùn)行實(shí)踐

長(zhǎng)孫峰，廖嘉鋒

（廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司氣體公司，廣西柳州 545002）

前言

空分設(shè)備的能耗是一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，它是一套空分設(shè)備各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)劣的一個(gè)綜合體現(xiàn)，反映了空分設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。近些年，各空分單位對(duì)空分能耗越來(lái)越重視，但不同行業(yè)的生產(chǎn)模式對(duì)空分能耗影響很大，冶金行業(yè)由于工藝限制，外部用氧比較不穩(wěn)定，氧氣壓力波動(dòng)大，氧氣放散時(shí)有發(fā)生，因此對(duì)于鋼鐵行業(yè)而言如何更好地降低空分能耗就顯得更加重要。廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱∶柳鋼）現(xiàn)有空分設(shè)備6套，分別是40000 m3/h兩套、28000 m3/h一套、20000 m3/h一套、15000 m3/h一套、6000 m3/h一套（其中6000 m3/h和20000 m3/h機(jī)組為外壓縮，其他機(jī)組為內(nèi)壓縮），氧氣產(chǎn)量和氮?dú)猱a(chǎn)量為150000 m3/h，由于公司管控嚴(yán)格，認(rèn)真開(kāi)展降成本工作，經(jīng)過(guò)幾年的摸索，在降低空分設(shè)備能耗方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

1 根據(jù)用氧需求，合理組織開(kāi)停機(jī)和減負(fù)荷生產(chǎn)

冶金行業(yè)，由于冶煉用氣不均衡，管網(wǎng)壓力變化很大，主要的原因有幾個(gè)方面：一是設(shè)備故障導(dǎo)致波動(dòng)大，比如高爐休風(fēng)，轉(zhuǎn)爐爐翼檢修或鑄機(jī)檢修等。二是工藝條件決定波動(dòng)大，轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)是不連續(xù)的，經(jīng)常存在幾個(gè)爐子同時(shí)停吹和同時(shí)用氧的情況。因此，及時(shí)地了解冶煉的生產(chǎn)變化對(duì)降低設(shè)備能耗，減少氧氣放散率十分重要。柳鋼氣體公司根據(jù)生產(chǎn)情況，制定了嚴(yán)格的管理制度，調(diào)度每2 h與冶煉單位溝通一次用氧變化，根據(jù)冶煉生產(chǎn)情況及時(shí)調(diào)整，如果用氣變化較大，超過(guò)4個(gè)小時(shí)，則通過(guò)開(kāi)停機(jī)來(lái)調(diào)整；如果時(shí)間少于4個(gè)小時(shí)，則通過(guò)各機(jī)組及時(shí)加減負(fù)荷來(lái)調(diào)整，而每臺(tái)機(jī)組的變負(fù)荷操作時(shí)間制定有嚴(yán)格的管理規(guī)定。通過(guò)以上措施，近年來(lái)，氣體公司的氧氣利用率逐漸提高，氧氣放散率降低至0.5%以下，達(dá)到了同行業(yè)的先進(jìn)水平，從總體上控制了空分設(shè)備的運(yùn)行能耗。

表1 氧氣利用率和氧氣放散率變化情況

2 推行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，盡可能地縮短空分開(kāi)停機(jī)時(shí)間

空分設(shè)備的運(yùn)行對(duì)電能消耗較大，大約占整個(gè)鋼鐵企業(yè)電能消耗總量的1/5以上?？辗珠_(kāi)機(jī)與停機(jī)后的時(shí)間有關(guān)，如果停機(jī)后的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，設(shè)備復(fù)熱，開(kāi)機(jī)時(shí)間就會(huì)成倍增加。一般來(lái)說(shuō)，少則幾個(gè)小時(shí)，多則幾十個(gè)小時(shí)，而且這個(gè)過(guò)程中，只有電能消耗，沒(méi)有產(chǎn)品，因此如何減少開(kāi)停機(jī)電耗尤為重要。公司根據(jù)多年來(lái)開(kāi)停機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，制定了各臺(tái)機(jī)組開(kāi)停機(jī)操作票，每次開(kāi)停機(jī)，操作人員都按照操作票的步驟進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，一是提高了崗位人員每一步操作的準(zhǔn)確性，有效減少了誤操作；二是優(yōu)化了每一步工作的銜接，提高了開(kāi)停機(jī)的效率，節(jié)約了能耗。此外，公司對(duì)開(kāi)停機(jī)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格考核，制定了細(xì)化的考核標(biāo)準(zhǔn)，確保每臺(tái)機(jī)組都能按考核標(biāo)準(zhǔn)完成。以柳鋼四萬(wàn)等級(jí)的機(jī)組為例，空分每小時(shí)運(yùn)行的能耗大約是30000 kW，每減少1 h就可以降低成本18000元。由于鋼鐵行業(yè)空分開(kāi)停機(jī)頻繁，因此長(zhǎng)期積累效益比較可觀，多年來(lái)各機(jī)組都能?chē)?yán)格按照規(guī)范作業(yè)，通過(guò)不斷優(yōu)化作業(yè)過(guò)程，開(kāi)停機(jī)時(shí)間得到有效降低，節(jié)能降耗顯著。

表2 各空分機(jī)組開(kāi)停機(jī)時(shí)間考核表 h

3 開(kāi)展精細(xì)化操作，從空分系統(tǒng)各個(gè)方面挖潛降耗

3.1 對(duì)空壓機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉限位

空分在夏天運(yùn)行時(shí)能耗較高，由于空氣中的含水量增加（干空氣量減少），空壓機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉開(kāi)度比較大，在分子篩充壓時(shí)甚至?xí)_(kāi)，以4萬(wàn)機(jī)組為例，空壓機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉全開(kāi)時(shí)的電流會(huì)比85%時(shí)增加近30 A，每小時(shí)電耗大約是513 kW，因此在分子篩充壓時(shí)，我們對(duì)進(jìn)口導(dǎo)葉進(jìn)行限位，雖然充壓時(shí)間會(huì)增加，但長(zhǎng)期運(yùn)行來(lái)看，節(jié)能效果明顯。

3.2 控制分子篩冷吹峰值溫度

分子篩解吸需要大量的能熱，是空分的主要耗能點(diǎn)，分子篩解吸時(shí)的加溫時(shí)間和加溫溫度直接決定了耗能的多少，分子篩的解吸效果由冷吹峰值決定，一般來(lái)說(shuō)超過(guò)100℃就可以解吸，但實(shí)際運(yùn)行中如果控制不好冷吹峰值常常會(huì)達(dá)到110℃以上，甚至更高，電耗浪費(fèi)較大。根據(jù)長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)看，分子篩的冷吹峰值每增加10℃，每臺(tái)電加熱器的電流就會(huì)增加20～30 A，根據(jù)這個(gè)情況，公司規(guī)定各臺(tái)機(jī)組操作中冷吹峰值要控制在100～105℃，通過(guò)規(guī)定冷吹峰值溫度，有效控制了電耗損失。

3.3 控制主換熱器熱端溫差

主換熱器的熱端溫差對(duì)能耗影響也較大，熱端溫差過(guò)大，冷損就越大，損失的這部分冷量就需要通過(guò)增加膨脹機(jī)的制冷量來(lái)彌補(bǔ)，膨脹機(jī)量增加了，空分整體能耗也會(huì)增加。根據(jù)計(jì)算，熱端溫差每升高2℃，空壓機(jī)的能耗就會(huì)增加3%～5%，因此在日常操作中我們會(huì)盡可能減少熱端溫差，以減少冷損，公司規(guī)定各機(jī)組要將熱端溫差控制在1℃以內(nèi)，此項(xiàng)措施較好地控制了各臺(tái)機(jī)組的能耗損失。

3.4 空壓機(jī)減負(fù)荷過(guò)程中，同時(shí)關(guān)小空氣進(jìn)下塔閥門(mén)并降低膨脹量

外部不用氧時(shí)，空分通常操作是減少空壓機(jī)出口壓力，從而降低空壓機(jī)流量，但這樣操作空氣量減少有限，通過(guò)不斷摸索，我們?cè)诮档涂諌簷C(jī)出口壓力時(shí)，同時(shí)關(guān)小空氣進(jìn)下塔閥門(mén)并適當(dāng)降低膨脹量，以4萬(wàn)機(jī)組為例，空壓機(jī)最小負(fù)荷空氣量為187000 m3，電流是875 A左右，但如果進(jìn)一步關(guān)小空氣進(jìn)下塔閥門(mén)并減少膨脹量，空氣量可以降低至180000 m3，電流可以降低至855 A，1 h可減少電耗大約342 kW。

3.5 控制污氮含氧量在0.5%以下

污氮含氧量關(guān)系氧氣利用率，利用率高則機(jī)組單耗就低，正常情況污氮含氧量一般在1%以下，但通過(guò)精細(xì)操作可以將含氧量控制在0.5%以下，實(shí)際生產(chǎn)中，公司根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)，進(jìn)一步挖潛，將污氮含氧量控制0.3%～0.35%之間，根據(jù)日常計(jì)算，污氮含氧量每下降0.3%，機(jī)組單耗就下降0.002 kW·h/m3，以4萬(wàn)機(jī)組為例，每月可節(jié)能電耗63360 kW。

3.6 及時(shí)更換空氣過(guò)濾器的濾筒

空壓機(jī)進(jìn)口過(guò)濾器的濾筒一般使用時(shí)間為15～18個(gè)月，但日常使用過(guò)程中，各空分廠由于生產(chǎn)原因?yàn)V筒更換時(shí)間常常拖延，有些單位甚至3年還不更換，進(jìn)口阻力甚至達(dá)到2 kPa，長(zhǎng)期來(lái)看能耗損失較大?？諌簷C(jī)在新的濾筒運(yùn)行時(shí)，一般進(jìn)口阻力只有400～500 Pa左右，如果阻力增長(zhǎng)至800～900 Pa左右就應(yīng)該更換濾筒，濾筒的使用期限只能作為一個(gè)參考值。從日常運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)看，空壓機(jī)的進(jìn)口阻力從400 Pa增長(zhǎng)至900 Pa時(shí)，空壓機(jī)電流要增加10 A左右，以4萬(wàn)等級(jí)空壓機(jī)為例，更換一次濾筒的費(fèi)用大約是10.5萬(wàn)元，但更換濾筒后每個(gè)月可降低成本7萬(wàn)余元，不到一個(gè)半月就可以收回成本，因此長(zhǎng)期來(lái)看及時(shí)更換空氣過(guò)濾器濾筒對(duì)降低能耗也很關(guān)鍵。

3.7 做好空壓機(jī)日常的維護(hù)保養(yǎng)

空壓機(jī)日常的維護(hù)保養(yǎng)對(duì)能耗影響也很大?？諝庵写嬖诤芏喙腆w顆粒物，盡管通過(guò)過(guò)濾器已除去了大部分，但是長(zhǎng)期運(yùn)行后空壓機(jī)的中間冷卻器仍然會(huì)附著有大量灰塵，影響換熱器的效率。此外循環(huán)水也會(huì)對(duì)冷卻器造成影響，日常生產(chǎn)中，雖然對(duì)水質(zhì)有嚴(yán)格的控制，但是隨著時(shí)間的累積，鈣鎂離子還是會(huì)附著在冷卻器表面，結(jié)垢或者板結(jié)影響冷卻器的換熱效果，因此定期清洗壓縮機(jī)中間冷卻器對(duì)壓縮機(jī)的效率影響很大。從日常運(yùn)行情況來(lái)看，同等氣溫下，連續(xù)運(yùn)行1年以上的空壓機(jī)，其進(jìn)口導(dǎo)葉開(kāi)度比剛維護(hù)過(guò)的空壓機(jī)至少大5%，電流至少增加5～10 A，因此定期維護(hù)中間冷卻器能很好地降低空壓機(jī)的電耗。

4 結(jié)束語(yǔ)

柳鋼6套空分設(shè)備由于建設(shè)時(shí)間跨度較大，其中3套機(jī)組都是20世紀(jì)90年代末或21世紀(jì)初，裝置在設(shè)備和流程方面都存在很多不足，與現(xiàn)在建設(shè)的空分設(shè)備相比在單耗水平差距較大，但這并不能說(shuō)明沒(méi)有挖潛的空間，相反在空分操作和設(shè)備的日常維護(hù)方面還是有很多可以優(yōu)化的地方，如果做好了這些方面，其實(shí)能耗也能得到較大程度的降低?？辗衷O(shè)備的節(jié)能降耗不但應(yīng)該抓住主要矛盾——電耗，更應(yīng)該注意全系統(tǒng)全過(guò)程的節(jié)能，從細(xì)節(jié)著手，從工藝、設(shè)備的每個(gè)環(huán)節(jié)入手，只有這樣才能使空分設(shè)備的效率最優(yōu)，達(dá)到最佳的節(jié)能效果。