電解鋁行業(yè)壓縮空氣節(jié)能淺析

（新疆兵團(tuán)第八師天山鋁業(yè)有限公司，石河子市，832000）楊曉玲

電解鋁行業(yè)壓縮空氣節(jié)能淺析

（新疆兵團(tuán)第八師天山鋁業(yè)有限公司，石河子市，832000）楊曉玲

通過鋁電解空壓機(jī)信息化技術(shù)改造可實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)節(jié)能降耗，本文詳細(xì)介紹了鋁電解壓縮空氣管網(wǎng)實(shí)施有效控制和優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)壓縮空氣管網(wǎng)節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各部件的重要參數(shù)，通過軟件算法來控制機(jī)組卸載、停機(jī)時(shí)間，保證系統(tǒng)輸出壓力的穩(wěn)定性，降低能耗的技術(shù)實(shí)踐。

電解鋁；壓縮空氣；節(jié)能技術(shù)；監(jiān)控系統(tǒng)

電解鋁屬于高能耗行業(yè)，隨著全球市場的低迷和競爭的日趨激烈，節(jié)能降耗已成為電解鋁企業(yè)發(fā)展永恒不變的主題和需求，壓縮空氣作為電解鋁生產(chǎn)過程中除電能外的第二大動(dòng)力能源消耗，其運(yùn)行特性對整個(gè)工廠的正常生產(chǎn)和能耗有舉足輕重的影響。空壓調(diào)度是否科學(xué)合理、安全穩(wěn)定，不但影響空壓設(shè)備的使用壽命和生產(chǎn)成本，還會阻礙生產(chǎn)的正常運(yùn)行，輕則短時(shí)間報(bào)警，重則導(dǎo)致電解槽廢棄，輸送堵管等。通過對電解鋁生產(chǎn)過程中壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)的節(jié)能和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)對空壓機(jī)組智能化監(jiān)控，提高壓縮空氣管網(wǎng)的自動(dòng)監(jiān)控水平和工作穩(wěn)定性，增加管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性、靈活性、安全性，降低能源成本，提高企業(yè)自動(dòng)化水平和生產(chǎn)設(shè)備的管理水平。

1 電解鋁行業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)概述

壓縮空氣的使用在電解鋁企業(yè)生產(chǎn)中所占比重較大，電解鋁生產(chǎn)過程中的氧化鋁輸送、電解槽打殼、電解煙氣凈化、真空抬包、陽極組裝、鑄造等工序都離不開壓縮空氣，但目前行業(yè)中壓縮空氣普遍存在著控制方式落后、自動(dòng)化程度不高、維修量大、運(yùn)轉(zhuǎn)效率低和耗電量大等問題，往往僅有60%的能耗用于實(shí)際生產(chǎn)，其余40%的壓縮空氣能耗均浪費(fèi)在用氣不合理、供氣管網(wǎng)配置不科學(xué)、動(dòng)力設(shè)備不匹配上。

以天山鋁業(yè)為例，供氣方式采用壓縮空氣站統(tǒng)一配氣，由6座空壓機(jī)站，向30個(gè)電解工區(qū)，15個(gè)凈化工段，3個(gè)鑄造車間，3個(gè)陽極組裝車間，20個(gè)氧化鋁解包車間，2個(gè)鋼板倉等用氣單位供氣，供氣方式為單個(gè)空壓站對應(yīng)單條生產(chǎn)線。由于生產(chǎn)現(xiàn)場用氣量的不規(guī)律，在用氣量波動(dòng)較大的場合，傳統(tǒng)的控制方法和控制器的不足，導(dǎo)致空壓機(jī)輸出壓力不穩(wěn)定，即使空壓站供氣壓力可達(dá)到0.8MPa，但是在氧化鋁貯運(yùn)打料時(shí)，依然無法滿足電解槽用氣壓力的要求，同時(shí)空壓設(shè)備控制方式的落后，缺乏自動(dòng)調(diào)控，不但不能保證車間用氣品質(zhì)，還大大縮短了設(shè)備的有效壽命。

2 壓縮空氣節(jié)能策略手段

2.1 壓縮空氣管道建模

將多個(gè)獨(dú)立的壓縮空氣管網(wǎng)相互連通，并合理調(diào)度，可有效降低壓縮空氣的壓力、流量波動(dòng)，提高壓縮空氣系統(tǒng)的效率。因此全廠空壓機(jī)組聯(lián)成一套管網(wǎng)，長度約16km。由于壓縮空氣管網(wǎng)為互通聯(lián)網(wǎng)方式，氣體流向根據(jù)各用氣單位用氣量大小互相補(bǔ)充，具有不確定性，壓縮空氣管網(wǎng)內(nèi)氣體會存在雙向流動(dòng)的情況，要實(shí)現(xiàn)用氣負(fù)荷的合理分配與調(diào)控，必須根據(jù)壓縮空氣管道的時(shí)變、時(shí)滯和非線性特性，并結(jié)合壓縮空氣流動(dòng)特性，利用管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)法建立管網(wǎng)數(shù)學(xué)模型，清晰揭示管道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為管道的優(yōu)化調(diào)度及合理控制奠定基礎(chǔ)。

2.2 優(yōu)化調(diào)度控制策略

安裝氣體流量計(jì)量管理系統(tǒng)，對管網(wǎng)壓縮空氣壓力、流量、露點(diǎn)等信息進(jìn)行監(jiān)測，并做有效的計(jì)量。利用流量計(jì)量管理系統(tǒng)檢測末端設(shè)備的流量變化，研究基于流量供給控制的壓縮機(jī)群控制策略，建立基于流量控制節(jié)能理念的工業(yè)氣動(dòng)系統(tǒng)控制方案。利用模糊控制算法進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度控制策略研究，得出空壓機(jī)組的運(yùn)行臺數(shù)，實(shí)施空壓機(jī)組的集群控制。在工作壓力帶范圍內(nèi)，增加輪換功能，使各機(jī)組均衡運(yùn)行，使整個(gè)系統(tǒng)保持最佳工況，從而提高生產(chǎn)質(zhì)量和工作安全性。

2.3 壓縮空氣管網(wǎng)節(jié)能控制

通過壓縮空氣管網(wǎng)之間的壓力調(diào)節(jié)與流量調(diào)度，來穩(wěn)定管網(wǎng)的壓力，保證壓縮空氣在各壓力管網(wǎng)間的有效分配和利用，減少供氣管網(wǎng)的壓力波動(dòng)及供氣盈余所造成的浪費(fèi)。采用智能氣體泄漏點(diǎn)掃描槍、智能氣體泄漏檢測儀來檢測泄漏設(shè)備。

2.4 基于現(xiàn)場總線的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求和技術(shù)指標(biāo)，以具有高度智能化的現(xiàn)場儀表和設(shè)備為基礎(chǔ)，把企業(yè)中的所有空壓機(jī)、干燥機(jī)、流量計(jì)等用線路進(jìn)行連接，并將這些現(xiàn)場分散的測量點(diǎn)、控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成控制網(wǎng)絡(luò)，配備標(biāo)準(zhǔn)型分控單元和節(jié)能輔控單元，形成整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，對用氣現(xiàn)場和空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與安全保護(hù)，監(jiān)控系統(tǒng)可以就企業(yè)內(nèi)部用氣狀況、空壓機(jī)以及附屬的設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)納入系統(tǒng)中，對整個(gè)空壓機(jī)組群進(jìn)行集中管理?？諌簷C(jī)組群監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)配備先進(jìn)的自學(xué)習(xí)功能，通過對歷史用氣量的分析，系統(tǒng)可對供氣管網(wǎng)的用氣量進(jìn)行預(yù)測，進(jìn)而控制空壓機(jī)的加卸載，省時(shí)省電，更智能有效。

3 節(jié)能成果

鋁電解空壓機(jī)的節(jié)能改造可提高空壓機(jī)的工作穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)空壓機(jī)的近程和遠(yuǎn)程監(jiān)控，使操作人員便于操作、管理和維護(hù)。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）有利于提高壓縮空氣管網(wǎng)自動(dòng)監(jiān)控水平，增加系統(tǒng)的可靠性、靈活性、安全性，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

2）有利于貫徹國家的節(jié)能減排政策，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。

3）通過監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對空壓機(jī)組集中監(jiān)控，提高了企業(yè)自動(dòng)化水平和生產(chǎn)設(shè)備的維護(hù)管理水平，并能合理的為企業(yè)配置人力資源。

4）運(yùn)用遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以做到分散于集中控制的相結(jié)合，即各監(jiān)控點(diǎn)不僅能正常的獨(dú)立運(yùn)行，出現(xiàn)問題還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決，并能保證控制中心信息的實(shí)時(shí)性，有利于提高系統(tǒng)的工作效率。

5）監(jiān)控系統(tǒng)功能強(qiáng)大，系統(tǒng)穩(wěn)定，安全容錯(cuò)，高度自動(dòng)化，降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少操作工人。

6）節(jié)能減排效果顯著。根據(jù)節(jié)能前后的用氣量數(shù)據(jù)分析得出，節(jié)能后可節(jié)約8%的用氣量，年節(jié)約壓縮空氣量達(dá)163 987 200m3，轉(zhuǎn)換成標(biāo)煤為6 559.488t。

4 結(jié)語

通過對鋁電解空壓機(jī)進(jìn)行一系列節(jié)能策略，能夠?qū)崿F(xiàn)對空壓機(jī)組智能化監(jiān)控，提高壓縮空氣管網(wǎng)的自動(dòng)監(jiān)控水平和工作穩(wěn)定性，增加管網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性、靈活性、安全性，降低能源成本，提高企業(yè)自動(dòng)化水平和生產(chǎn)設(shè)備的管理水平，做到分散于集中控制相結(jié)合，保證控制中心信息的實(shí)時(shí)性，有利于提高系統(tǒng)的工作效率以及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

[1]孫輅，王桂芝.電解鋁廠對壓縮空氣品質(zhì)的要求及車間管路的設(shè)計(jì)[J]，輕金屬，2007年增刊

[2]唐勇奇，趙葵銀，伍萍輝.智能控制在工廠空氣壓縮機(jī)站的應(yīng)用[J]，新技術(shù)新工藝，2001年02期

[3]杜虹.變頻器PID控制在空壓機(jī)節(jié)能恒壓控制中的應(yīng)用[J]，機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2008.21(5)：171-172

X781.1

B

1008-0899（2017）02-0047-02