浅析钢铁企业空压站的节能设计

浅析钢铁企业空压站的节能设计

摘要：空压站的设计合理与否，直接关系到空压站的能源消耗指标。文章从空压机选型、干燥系统的确定、管道设计三个方面对钢铁厂空压站的节能设计进行了分析。

关键词：空压站；吸附式干燥器；节能

引言

压缩空气站 (简称空压站) 为工厂生产、自动控制提供生产、动力用气，是钢铁企业的一项重要动力设施，其能源消耗在全厂消耗中占很大比例。空压站的设计合理与否，直接关系到空压站的能源消耗指标。在降低钢铁行业能耗的大形势下, 钢铁厂空压站的节能尤为重要。

一、空压站系统设备的合理选型

（一）空压机类型及容量的选择

（1）空压机类型选择

常用的空压机有往复式活塞空压机、离心式空压机、双螺杆压缩机。其中，双螺杆式空压机随着螺杆的加工工艺的进步，其整体性能得到了显著地提高，螺杆式空压机具有以下优点：1）可靠性高。双螺杆压缩机零部件少，没有易损件，运转可靠，寿命长，大修间隔期达4～8 万h；2）操作维护方便；3）动力平衡性好。没有不平衡惯性力，机器可平稳地高速工作，可实现无基础运转，重量轻，占地面积少；4）适应性强。排气量几乎不受排气压力的影响，在宽广的范围内能保持较高的效率；5）多相混输。双螺杆压缩机的转子齿面间实际上留有间隙，能耐液体冲击，可压送含液气体、含粉尘气体、易聚合气体等。

双螺杆压缩机适用于中、低压范围，在钢铁企业中，所使用的压缩空气压力一般在0.3～1.0MPa，因此，由于上述双螺杆空压机的优点，在设计钢铁企业空压站时，应优先考虑选用螺杆式压缩机。

（2）空压站容量确定及控制

在确定空压站供气能力时，需要对工艺条件中的用气量、用气制度进行校验，避免空压机选型过大、空压站配置不合理，造成能耗过高。空压机台数的确定可参见文献[1]。

在空压机组确定后，可由压缩机厂家或设计单位设计一套机组智能控制系统，根据末端负荷优化机组运行工况，根据系统需要运行1台或某几台空压机，其余空压机备用。当用气量增加时，再将备用空压机投入运行。智能控制系统可以减少由于多余空压机的运行以及人为设置压力过高而造成不必要的能源消耗。

二、压缩空气干燥系统的节能设计

目前广泛使用的干燥器类型有冷冻式和吸附式。受出口露点温度影响，冷冻式干燥器的应用受到一定限制。吸附式干燥器是利用吸附剂吸收空气中的水分，达到干燥目的，其露点温度可达-20℃～-80℃，是目前空压站干燥技术的主流。吸附式干燥器根据再生方法的不同，可分为无热再生、加热再生、微热再生、余热再生等几种形式。

影响吸附式干燥器选型的因素主要有：空压站的规模、空压机的类型、产品露点的要求等。空压站干燥器的处理量在0.3～20Nm3/h范围内时，宜选用无热再生式干燥器；处理量在10～200Nm3/h范围内时，可选用微热或余热再生式干燥器；处理量大于200Nm3/h时，建议选择余热再生式干燥器。对于有油压缩机，建议选用无热再生式或微热再生式干燥器；无油螺杆空压机适合选用无热再生式或微热再生式干燥器；离心式空压机选用余热再生式干燥器。无热再生式干燥器的产品产品常压露点可达-40℃～-60℃，微热、加热或余热再生式干燥器的产品常压露点温度为-40℃～-80℃，对于露点较低的产品，倾向于选择微热或余热再生式干燥器。余热再生式干燥器耗电量、再生耗气量最低，但是余热再生式干燥器要求压缩机排气温度＞110℃，一般只适用于离心式空压机。

空压站设3台200Nm3/h离心式空压机，两开一备，排气压力0.8MPa，电机功率1250kW，产品露点要求为-40℃。配套3台吸附式再生干燥器，两运一备。以此工程为例，下表对无热再生、微热再生和余热再生三种形式的吸附干燥器的耗能和运行费用进行了比较分析[2]。

表 不同类型吸附式再生干燥器的能耗和运行费用比较

注: 按照年操作时间7920h，电价0.5元/度计。

通过表中比较可知，在大气量时，在相同的工作条件下，余热再生式干燥器的能耗和运行费用最少。对于前端为无油空压机且处理气量大的工况，余热再生式干燥器具有显著的节能效果，它将充分地利用压缩热，降低了电耗。

三、压缩空气干燥系统的节能设计

（1）合理设计压缩空气管路

空压站内管道布置要尽可能减小进气阻力。空压站内系统管路系统在设计时，要力求短直，空气过滤器高置, 进气管与空滤器采用类似箱体设计,以减小进气阻力, 提高进气压力,提高了排气量，从而达到节能降耗的目的。

管路设计要做到根据用户小时最大耗量选择合适的管径。压缩空气主管路过细，是许多企业用户的通病。一是在空压机站设计时就没有考虑好；二是随着企业生产规模的扩大新增加了空压机，而主管路改造却被人忽略。由于末端压力不够，导致很多人往往以为是空压机供气不足，故再增加空压机，反而加大了能耗。在设计空压站时，选择合适的管径，是降低能耗的一种有效途径。

（2）室外吸气

20 世纪90 年代以来，喷油螺杆式空气压缩机逐渐成为市场主流。而多数喷油螺杆式空气压缩机箱体吸气口均无加接管道的考虑，致使一些使用喷油螺杆式空压机的压缩空气站采用室内吸气。室内吸气有如下缺点：( 1) 吸气温度高由于电机及空气压缩机散热，压缩空气站室内温度长年比室外温度高大约3～5℃。有关实验表明: 进口温度每升高3℃，压缩机的排气量将减少1%。采用室内吸气将使压缩机的排气量降低1%～15%，造成能量浪费。( 2) 在采暖地区，空气压缩机室内吸气量将由室外空气补充，在采暖季节补充空气量必须由采暖设施将室外温度加热到室内采暖温度，在北方寒冷地区这种采暖室内外温差会有30℃以上，这种情况下浪费的能量，比非采暖季节情况下浪费的能量还要多。

因此在设计喷油螺杆式空压机站及其它空压站时，为降低能耗，应将吸气管置于室外。

四、结语

空压站的节能潜力很大, 尤其在降低钢铁行业能耗的大形势下, 钢铁厂空压站的节能亦显重要。为了取得良好的节能效果和收益, 除了加强空压站的日常管理、保持经济运行外, 工程设计尤为重要, 设计过程中所采取的节能方法和措施务必结合实际情况, 将节能效果的可实施性与成本比较, 综合考虑, 在保障供气满足生产需要,达到节能的效果。

参考文献：

[1] 压缩空气站设计手册编写组. 压缩空气站设计手册[M].北京：机械工业出版社，1993.

[2] 雷霁霞，杨亚芝等. 空压站吸附式干燥器的选型和能耗分析[J].化工设计，2013，23（6）.