梅鋼壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行方式優(yōu)化實(shí)踐

吳先吉

（梅山鋼鐵股份有限公司能源環(huán)保部，江蘇南京 210039）

前言

空氣壓縮機(jī)在鋼鐵企業(yè)是耗電主要設(shè)備，在梅鋼中耗電占總量5%左右。壓縮空氣主要有三大用途，一是作為能源完成做功，用于風(fēng)動(dòng)送樣等。二是工藝用，讓空氣成為工藝流程一部分，用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)冷卻用氣等。三是作為控制用儀表氣源，用來(lái)停止、啟動(dòng)或調(diào)整機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行操作。總體上來(lái)說(shuō)，在鋼鐵行業(yè)中，壓縮空氣應(yīng)用范圍廣泛，為生產(chǎn)提供儀表、動(dòng)力、除塵等氣源，隨著設(shè)備精度越來(lái)越高，自動(dòng)化越來(lái)越先進(jìn)，對(duì)壓縮空氣的品質(zhì)要求也逐步提高。

1 空壓站區(qū)裝備情況

梅鋼原共有3 座空壓站，1#空壓站（鐵前空壓站）、3#空壓站（鐵后空壓站）、5#空壓站（連鑄空壓站）。這3座空壓站之間設(shè)置連通管，1#空壓站與3#空壓站設(shè)置一根DN300 的連通管及一根DN500 連通管，3#空壓站與5#空壓站設(shè)置一根DN250 連通管。1#、3#空壓站主要向全公司提供生產(chǎn)用凈化壓縮空氣，5#空壓站主要向煉鋼連鑄提供普氣。3#空壓站多余的氣體可以通過(guò)聯(lián)通管向1#空壓站、5#空壓站補(bǔ)氣供用戶使用［1］。

各站區(qū)裝備及運(yùn)行模式如表1所列。

表1 機(jī)組設(shè)置及運(yùn)行模式

凈化壓縮空氣和普通壓縮空氣最大的區(qū)別是凈化壓縮空氣經(jīng)過(guò)干燥器進(jìn)行凈化，壓力露點(diǎn)≤-20 ℃。

1#空壓站主要用戶為2#高爐、5#高爐、碼頭、焦?fàn)t以及3#、4#、5#燒結(jié)等。3#空壓站主要用戶為煉鋼廠、冷軋廠、熱軋廠以及4#高爐等，5#空壓站主要供二煉鋼連鑄氣霧冷卻，示意圖見圖1。

圖1 管網(wǎng)示意簡(jiǎn)圖

2 壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題

梅鋼1#空壓站投用近11 年，3#空壓站投用近12 年，從2019 年7 月份開始，3#空壓站電機(jī)發(fā)生多起事故。前期結(jié)合公司主線生產(chǎn)情況，逐步安排3#空壓站每臺(tái)電機(jī)下線強(qiáng)化檢修10～15天。根據(jù)電機(jī)的情況，1#空壓站及3#空壓站每臺(tái)電機(jī)需下線大修45天，在此期間系統(tǒng)無(wú)備機(jī)，存在極大的風(fēng)險(xiǎn)。

隨著公司產(chǎn)能及自動(dòng)化的提升和環(huán)保設(shè)施增加，生產(chǎn)用壓縮空氣量逐步增加。高峰時(shí)段，1#空壓站全開，3#空壓站及5#空壓站各只有一臺(tái)備用機(jī)組，如有機(jī)組檢修維護(hù)，備用機(jī)組更少。按照《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50029-2014）規(guī)范建議，安裝機(jī)組小于或等于5 臺(tái)機(jī)組時(shí)，以其中1 臺(tái)為備機(jī)，而實(shí)際難以達(dá)到，一旦一臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)故障跳機(jī)后則難以保證正常供應(yīng)，保供風(fēng)險(xiǎn)極大。

對(duì)各主要用戶用氣情況進(jìn)行分析，主要用戶用氣量大多超過(guò)實(shí)際設(shè)計(jì)值，原設(shè)計(jì)供應(yīng)能力和運(yùn)行方式已經(jīng)無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。

4#、5#高爐壓縮空氣用量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，分別超過(guò)設(shè)計(jì)值約190 m3/min 和150 m3/min，4#、5#燒結(jié)超設(shè)計(jì)值分別為91 m3/min 和78 m3/min。二煉鋼凈氣超設(shè)計(jì)值86 m3/min，二熱軋超設(shè)計(jì)值78 m3/min。各主體用戶超設(shè)計(jì)累計(jì)為673 m3/min，具體見表2，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行提出極大的挑戰(zhàn)，備機(jī)數(shù)量減少，風(fēng)險(xiǎn)變大。

表2 各主要用戶設(shè)計(jì)用量與實(shí)際用量對(duì)比 單位：m3/min

3 改進(jìn)措施

為了解決問(wèn)題，保障壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，從供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施［2］。

（1）在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中，5#空壓運(yùn)行2臺(tái)機(jī)組是有富裕量的，供應(yīng)能力為600 m3/min，二煉鋼連鑄氣霧冷卻實(shí)際使用量約為400 m3/min，存在卸載現(xiàn)象。從節(jié)能和保供的角度出發(fā)，挖掘部分用戶用氣由凈化壓縮空氣改為普通壓縮空氣極為重要。對(duì)煉鐵廠、煉鋼廠和熱軋廠壓縮空氣現(xiàn)場(chǎng)使用情況調(diào)研、梳理和分析，存在不合理用氣現(xiàn)象：

①一、二熱軋用戶用氣大部分用于吹掃，對(duì)壓縮空氣品質(zhì)要求不高，而在實(shí)際中由于供應(yīng)問(wèn)題，使用的為凈化壓縮空氣。

②4#、5#高爐轉(zhuǎn)鼓沖渣和皮帶吹掃用氣，對(duì)壓縮空氣的品質(zhì)和壓力要求也不高，而在實(shí)際供應(yīng)中只有凈化壓縮空氣。

③攝像頭冷卻的壓縮空氣可以采用普氣進(jìn)行冷卻，而實(shí)際使用的是凈化壓縮空氣。

優(yōu)化措施：將現(xiàn)場(chǎng)部分用氣由凈化壓縮空氣改為普通壓縮空氣，具體見表3。

表3 凈氣改普氣內(nèi)容

在靠近大高爐區(qū)域的原一煉鋼軟水站現(xiàn)有站房，利舊修復(fù)2 臺(tái)排氣量167 m3/min，排氣壓力0.5 MPa 離心機(jī)，命名為4#空壓站，壓縮空氣系統(tǒng)總的供氣能力增加334 m3/min，但是用戶用氣量未變化。并新建DN250 壓縮空氣管道將4#空壓站與5#空壓站聯(lián)通。形成普通站房的聯(lián)通管，進(jìn)一步提高普氣管網(wǎng)供氣系統(tǒng)的可靠性，用普通壓縮空氣替換凈化壓縮空氣，減輕了凈化壓縮空氣管網(wǎng)供氣壓力。

（2）優(yōu)化除塵器運(yùn)行方式，減少凈氣消耗。梅鋼區(qū)域有各類除塵器60個(gè)左右，除塵器用氣為間斷用氣，在實(shí)際使用過(guò)程中，為了追求高效往往將吹掃時(shí)間延長(zhǎng)，而這種方式并不是最佳方式且浪費(fèi)能源。

在現(xiàn)場(chǎng)與煉鋼廠用戶溝通，將二煉鋼現(xiàn)場(chǎng)11個(gè)除塵器脈沖反吹間隔時(shí)間由6 s 調(diào)整為7 s，通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行觀察，運(yùn)行效果良好，隨后逐步推廣至一煉鋼、新事業(yè)等用戶，將反吹間隔時(shí)間延長(zhǎng)，減少反吹用氣。

（3）梳理公司壓縮空氣計(jì)量情況，對(duì)重點(diǎn)用戶無(wú)表計(jì)及計(jì)量無(wú)法上傳點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)查看，完善計(jì)量，提升系統(tǒng)用戶用氣量的分析和管控。

（4）煉鐵廠大燒結(jié)配料生石灰共有4個(gè)倉(cāng)，其中4#燒結(jié)機(jī)2 個(gè)倉(cāng)，5#燒結(jié)機(jī)2 個(gè)倉(cāng)，每臺(tái)機(jī)2 個(gè)倉(cāng)的輸送點(diǎn)前配一個(gè)壓縮空氣儲(chǔ)氣罐，每個(gè)倉(cāng)打灰時(shí)用氣量約為1 500 m3/h，每個(gè)倉(cāng)每天需打灰10 h 左右，一天消耗的壓縮空氣總量約為60 000 m3，并且2～4個(gè)倉(cāng)同時(shí)打灰的情況約占50%，同時(shí)打灰時(shí)所需壓縮空氣耗量為3 000～6 000 m3/h，加上除塵等其它用氣，大燒結(jié)區(qū)域壓縮空氣耗量峰值達(dá)到29 000 m3/h，對(duì)壓縮空氣管網(wǎng)沖擊比較大。

在4#及5#配料生石灰壓縮空氣儲(chǔ)氣罐后各增加一臺(tái)25 m3/min的空壓機(jī)，儲(chǔ)氣罐進(jìn)氣管處增加一單向閥，并將4#燒結(jié)生石灰氣包與5#燒結(jié)生石灰氣包用DN100管道連通，滿負(fù)荷運(yùn)行2臺(tái)機(jī)組，不足的氣量經(jīng)過(guò)單向閥由原有壓縮空氣系統(tǒng)補(bǔ)充，達(dá)到削減大燒結(jié)區(qū)域壓縮空氣峰值的目的，用氣量波動(dòng)峰值由現(xiàn)有的29 000 m3/h 降低至25 000 m3/h 以內(nèi)，減少對(duì)壓縮空氣管網(wǎng)的沖擊。

4 運(yùn)行效果

通過(guò)以上措施的實(shí)施，極大的緩解了現(xiàn)有壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行的壓力，降低了壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行單耗。

（1）正常運(yùn)行時(shí)，1#、3#空壓站各運(yùn)行4臺(tái)機(jī)組，增加了凈氣系統(tǒng)的備機(jī)率。普氣系統(tǒng)由于新增的2臺(tái)167 m3/min 離用氣點(diǎn)近處于全開狀態(tài)，5#空壓站運(yùn)行1 臺(tái)機(jī)組，且中間有聯(lián)通管通過(guò)調(diào)節(jié)閥作為應(yīng)急保安用，極大的保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（2）所有空壓站綜合運(yùn)行電單耗由原來(lái)的1 210 kWh/萬(wàn)m3下降為1 170 kWh/萬(wàn)m3，極大的節(jié)約了運(yùn)營(yíng)成本。

5 管理對(duì)策

在與壓縮空氣的用戶側(cè)不斷的摸索和溝通過(guò)程中，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)用氣要求也更加清晰、明了，在管理上形成了相應(yīng)的管控措施：

（1）建立價(jià)格引導(dǎo)機(jī)制，區(qū)分凈氣和普氣的使用價(jià)格，通過(guò)價(jià)格差，積極引導(dǎo)有條件的用戶將生產(chǎn)的部分用氣由凈化壓縮空氣改為普通壓縮空氣。

（2）建立異常情況下用戶側(cè)快速管控點(diǎn)，將燒結(jié)區(qū)域PD 泵輸灰大且反應(yīng)速度快的用氣點(diǎn)作為調(diào)節(jié)用戶，并編制異常狀況下各用戶停機(jī)減量順序，將對(duì)系統(tǒng)的影響降至最低。

（3）根據(jù)用戶用氣特點(diǎn)，劃分不同的用氣壓力區(qū)域［3］，1#空壓站供應(yīng)用戶的壓力控制在0.45～0.5MPa，3#空壓站供應(yīng)用戶的壓力控制在0.56～0.64 MPa，普氣系統(tǒng)供應(yīng)用戶的壓力控制在0.4～0.5 MPa，在滿足用戶生產(chǎn)需求的前提下，極大的降低能源成本。

（4）編制各產(chǎn)線開停機(jī)管控標(biāo)準(zhǔn)，跟蹤產(chǎn)線用氣變化情況，產(chǎn)線定修對(duì)各檢修用戶開展壓縮空氣跑冒滴漏檢查，對(duì)每日各主體用戶用氣情況進(jìn)行跟蹤，對(duì)異常波動(dòng)進(jìn)行分析，杜絕不正常用氣。

6 結(jié)語(yǔ)

在這次運(yùn)行優(yōu)化后，極大的緩解了壓縮空氣系統(tǒng)遇到的供應(yīng)不足的問(wèn)題，參照用戶需求品質(zhì)，優(yōu)化了凈化壓縮空氣和普通壓縮空氣供應(yīng)，一方面提高了系統(tǒng)供氣能力和用氣的效率，另一方面降低系統(tǒng)供氣的生產(chǎn)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)供應(yīng)能力的安全冗余，滿足大生產(chǎn)需求。