空壓系統(tǒng)節(jié)能改造實例及推廣價值

朱水興 王文杰 楊 明 戴林祥 孫黎宏

杭州臨江環(huán)保熱電有限公司

0 引言

杭州臨江環(huán)保熱電有限公司目前已投產(chǎn)3臺130 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐、2臺15 MW背壓汽輪機(jī)組、1臺7.5 MW背壓汽輪機(jī)組及公用系統(tǒng)?？諌合到y(tǒng)按傳統(tǒng)設(shè)計，配置了5臺螺桿式空壓機(jī)供廠內(nèi)儀用氣和動力用氣。隨著國家節(jié)能減排政策的深度推行、節(jié)能技術(shù)的創(chuàng)新和企業(yè)內(nèi)部節(jié)能降耗的推進(jìn)，原空壓系統(tǒng)能耗過高的缺點(diǎn)得到充分的暴露。

1 改造前系統(tǒng)

1.1 供氣端

根據(jù)公司一期工程設(shè)計規(guī)模5爐4機(jī)的方案，為滿足廠內(nèi)壓縮空氣使用需求，原系統(tǒng)配置了5臺螺桿式空壓機(jī)、5臺冷干機(jī)、2臺吸附式干燥機(jī)及附屬管閥系統(tǒng)。儀表用氣和動力用氣空壓機(jī)共用，其中，儀表用氣通過吸附式干燥機(jī)處理，動力用氣通過冷干機(jī)處理。供氣端設(shè)備型號及參數(shù)見表1。

1.2 用氣端

1.2.1 動力用氣

動力用氣以輸送用氣（飛灰、石灰石的輸送）為主，吹掃、流化、檢修、雜用等為輔。動力用氣對壓力要求較低，只需≥0.35 MPa即可，為滿足此壓力，需在輸送用氣倉泵入口安裝減壓閥節(jié)流。動力輸送壓縮空氣品質(zhì)要求如下：

壓力露 2℃

含油量 ≤1 mg/m3

含塵粒徑 ≤1μm

1.2.2 儀表用氣

儀表用氣主要包括鍋爐儀表用氣和輸送控制用氣。儀表用氣系統(tǒng)壓力要求較高，需≥0.6Mpa。儀表用壓縮空氣品質(zhì)要求如下：

壓力露點(diǎn) -40℃

含油量 ≤1 mg/m3

含塵粒徑 ≤1μm

1.2.3 系統(tǒng)壓力

正常工況下，單臺爐運(yùn)行或兩臺爐運(yùn)行只需啟動1臺空壓機(jī)。空壓機(jī)設(shè)備為工頻運(yùn)行，平時加卸載頻繁，空壓系統(tǒng)壓力波動范圍在0.54～0.65 MPa。

1.3 能耗情況

1.3.1 耗電量統(tǒng)計

2018年1～9月空壓機(jī)耗電量統(tǒng)計見表2。

1.3.2 總流量、壓力監(jiān)測

總流量和壓力檢測見圖1。

表1 供氣端設(shè)備型號及參數(shù)一覽表

1.3 .3比功率計算及比較

空壓系統(tǒng)比功率見表3。

容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值和能效等級標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表2 2018年1～9月份空壓機(jī)耗電量統(tǒng)計表

圖1 總流量和壓力檢測

表3 空壓系統(tǒng)比功率

表4 《GB19153-2009容積式空氣壓縮機(jī)能效限定值和能效等級》標(biāo)準(zhǔn)

從上可見，本空壓系統(tǒng)實際比功率已超過3級能耗標(biāo)準(zhǔn)，證明了空壓系統(tǒng)電耗高的結(jié)論。

1.4 能耗高原因分析

1.4.1 根據(jù)實際情況計算出現(xiàn)有螺桿空壓機(jī)能耗比偏高，分析其原因，部分是由空壓機(jī)本身能耗高及空壓系統(tǒng)配置不合理引起。

1.4.2 外界用氣量不穩(wěn)定?？諌簷C(jī)為工頻運(yùn)行，外界用氣量不穩(wěn)定造成運(yùn)行中加卸載頻繁，使電機(jī)能耗過高。

1.4.3 動力輸送用氣系統(tǒng)存在減壓節(jié)流損失。由于在飛灰和石灰石輸送系統(tǒng)、倉泵壓縮空氣入口均安裝了減壓閥進(jìn)行節(jié)流，造成節(jié)流減壓能耗損失。

2 節(jié)能改造思路、方案及實施

2.1 節(jié)能改造思路

根據(jù)前期數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果分析及對可能造成的原因查找，公司技術(shù)人員基本確定了空壓系統(tǒng)節(jié)能改造思路：增加與系統(tǒng)用能要求相匹配的低能耗比變頻調(diào)節(jié)空壓設(shè)備。

2.1.1 新增2臺空壓機(jī)，分別用于壓縮空氣動力系統(tǒng)和儀用空氣系統(tǒng)，空壓機(jī)配置與系統(tǒng)壓力相匹配，減少減壓節(jié)流損失。

2.1.2 新增空壓機(jī)采用低能耗比的永磁變頻螺桿式空壓機(jī)。

2.1.3 適當(dāng)開大倉泵壓縮空氣減壓閥，減少節(jié)流損失。

2.1.4 將老空壓機(jī)系統(tǒng)與新系統(tǒng)聯(lián)通，老系統(tǒng)作為備用。

該改造方案雖存在由于系統(tǒng)用氣量的分配，致使新購置的空壓機(jī)出力變小、設(shè)備規(guī)模效應(yīng)減弱、抵消部分節(jié)能效果，但減少了空壓系統(tǒng)耗電量。此外，采用外包合同能源管理方式實施此次改造，既能達(dá)到節(jié)能增效效果，又降低公司固定資產(chǎn)投資，規(guī)避和降低了有關(guān)風(fēng)險。

2.2 節(jié)能改造方案

根據(jù)上述節(jié)能改造思路，公司通過招標(biāo)方式確定了合同能源管理實施承包方。雙方專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行了充分的溝通和交流，進(jìn)行了現(xiàn)場參數(shù)測試，依照改造思路，最終確定了改造方案并委托資質(zhì)單位出具施工設(shè)計圖。

2.3 節(jié)能改造實施

通過方案制定、前期設(shè)計、采購、土建、安裝、調(diào)試等階段的實施，在合同能源管理承包方和公司各部門協(xié)同配合下，空壓系統(tǒng)節(jié)能改造工程于2018年11月進(jìn)行了調(diào)試試運(yùn)行。由于空壓系統(tǒng)管道屬壓力管道，施工過程中需聯(lián)系地方特種設(shè)備檢測研究院全程做好壓力管道監(jiān)檢工作并取得使用證。

3 效果評估

3.1 壓縮空氣系統(tǒng)電耗調(diào)查表

空壓系統(tǒng)改造前后電耗表，見表5

表5 空氣系統(tǒng)電耗表

3.2 有形效益

改造前、后空壓機(jī)日平均電耗見圖2。

圖2 改造前后日平均電耗

改造后，每天節(jié)約電量2 788.54 kWh，一年節(jié)約電量：2 788.54＊365=101.78萬kWh，按0.5元/kWh計算，每年節(jié)約50.89萬元。

3.3 無形效益

1）年節(jié)約標(biāo)煤312.46 t，按供電標(biāo)煤耗307 g/kWh折算，減少CO2溫室氣體排放865 t。

2）增加了空壓機(jī)的備用，保障了安全運(yùn)行。

3）空壓機(jī)變頻改造后，電機(jī)使用壽命增加了3～5年，設(shè)備維護(hù)工作量減少了。

3.4 節(jié)能率計算

為更直觀地評估此次空壓系統(tǒng)改造在節(jié)能方面的成效，及合同能源管理模式實踐的需要，本次設(shè)計對新增空壓機(jī)用電單獨(dú)加裝了電量計量裝置以方便比較和計算。根據(jù)單臺爐和兩臺爐工況，對改造前、后運(yùn)行的最新用電數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，并采用節(jié)能率公式進(jìn)行計算：

1）節(jié)能技術(shù)改造前，單臺鍋爐運(yùn)行工況下空壓機(jī)平均每小時用電量為E’前1=295.00 kwh；兩臺鍋爐運(yùn)行工況下空壓機(jī)平均每小時用電量為E’前2=344.44 kwh；原空壓機(jī)系統(tǒng)單臺冷干機(jī)平均每小時用電量為E冷=6.6 kwh。

2）節(jié)能技術(shù)改造后，單臺鍋爐運(yùn)行工況下空壓機(jī)平均每小時用電量為E后1=219.98 kwh；兩臺鍋爐運(yùn)行工況下空壓機(jī)平均每小時用電量為E后2=238.75 kwh（已含冷干機(jī)用電）。

根據(jù)節(jié)能率計算公式：

計算結(jié)果為：

即單臺鍋爐運(yùn)行工況下節(jié)能率為27.06%,兩臺鍋爐運(yùn)行工況下節(jié)能率為30.68%。

3.5 項目成本收益分析

項目成本見表6。

表6 項目成本明細(xì)表

根據(jù)年節(jié)省電費(fèi)50.89萬元計算，該項目靜態(tài)投資回收期較短，在系統(tǒng)連續(xù)安全運(yùn)行3.34年后收回成本。

4 總結(jié)與推廣價值

本次空壓系統(tǒng)節(jié)能改造項目在節(jié)能減排方面取得了顯著成效，節(jié)電效益非常可觀。雖然對單個企業(yè)而言，總節(jié)電量不大，如能推廣到全國范圍，總量累積將相當(dāng)可觀。從國家推行深度節(jié)能減排政策和企業(yè)精益化管理角度看，能源轉(zhuǎn)換效率逐步接近極限是大勢所趨，建議新建熱電企業(yè)在設(shè)計階段應(yīng)充分考慮該項節(jié)能措施，推動企業(yè)節(jié)能減排工作不斷深化。