降低空分設備能耗運行實踐

長孫峰，廖嘉鋒

（廣西柳州鋼鐵集團有限公司氣體公司，廣西柳州 545002）

前言

空分設備的能耗是一項重要的經濟技術指標，它是一套空分設備各項指標優劣的一個綜合體現，反映了空分設備運行的經濟性。近些年，各空分單位對空分能耗越來越重視，但不同行業的生產模式對空分能耗影響很大，冶金行業由于工藝限制，外部用氧比較不穩定，氧氣壓力波動大，氧氣放散時有發生，因此對于鋼鐵行業而言如何更好地降低空分能耗就顯得更加重要。廣西柳州鋼鐵集團有限公司（以下簡稱∶柳鋼）現有空分設備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機組為外壓縮，其他機組為內壓縮），氧氣產量和氮氣產量為150000 m3/h，由于公司管控嚴格，認真開展降成本工作，經過幾年的摸索，在降低空分設備能耗方面積累了一些經驗。

1 根據用氧需求，合理組織開停機和減負荷生產

冶金行業，由于冶煉用氣不均衡，管網壓力變化很大，主要的原因有幾個方面：一是設備故障導致波動大，比如高爐休風，轉爐爐翼檢修或鑄機檢修等。二是工藝條件決定波動大，轉爐煉鋼生產是不連續的，經常存在幾個爐子同時停吹和同時用氧的情況。因此，及時地了解冶煉的生產變化對降低設備能耗，減少氧氣放散率十分重要。柳鋼氣體公司根據生產情況，制定了嚴格的管理制度，調度每2 h與冶煉單位溝通一次用氧變化，根據冶煉生產情況及時調整，如果用氣變化較大，超過4個小時，則通過開停機來調整；如果時間少于4個小時，則通過各機組及時加減負荷來調整，而每臺機組的變負荷操作時間制定有嚴格的管理規定。通過以上措施，近年來，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，達到了同行業的先進水平，從總體上控制了空分設備的運行能耗。

表1 氧氣利用率和氧氣放散率變化情況

2 推行標準化作業，盡可能地縮短空分開停機時間

空分設備的運行對電能消耗較大，大約占整個鋼鐵企業電能消耗總量的1/5以上?？辗珠_機與停機后的時間有關，如果停機后的時間過長，設備復熱，開機時間就會成倍增加。一般來說，少則幾個小時，多則幾十個小時，而且這個過程中，只有電能消耗，沒有產品，因此如何減少開停機電耗尤為重要。公司根據多年來開停機的經驗，制定了各臺機組開停機操作票，每次開停機，操作人員都按照操作票的步驟進行標準化作業，一是提高了崗位人員每一步操作的準確性，有效減少了誤操作；二是優化了每一步工作的銜接，提高了開停機的效率，節約了能耗。此外，公司對開停機過程進行嚴格考核，制定了細化的考核標準，確保每臺機組都能按考核標準完成。以柳鋼四萬等級的機組為例，空分每小時運行的能耗大約是30000 kW，每減少1 h就可以降低成本18000元。由于鋼鐵行業空分開停機頻繁，因此長期積累效益比較可觀，多年來各機組都能嚴格按照規范作業，通過不斷優化作業過程，開停機時間得到有效降低，節能降耗顯著。

表2 各空分機組開停機時間考核表 h

3 開展精細化操作，從空分系統各個方面挖潛降耗

3.1 對空壓機進口導葉限位

空分在夏天運行時能耗較高，由于空氣中的含水量增加（干空氣量減少），空壓機的進口導葉開度比較大，在分子篩充壓時甚至會全開，以4萬機組為例，空壓機進口導葉全開時的電流會比85%時增加近30 A，每小時電耗大約是513 kW，因此在分子篩充壓時，我們對進口導葉進行限位，雖然充壓時間會增加，但長期運行來看，節能效果明顯。

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，分子篩解吸時的加溫時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，一般來說超過100℃就可以解吸，但實際運行中如果控制不好冷吹峰值常常會達到110℃以上，甚至更高，電耗浪費較大。根據長期運行數據來看，分子篩的冷吹峰值每增加10℃，每臺電加熱器的電流就會增加20～30 A，根據這個情況，公司規定各臺機組操作中冷吹峰值要控制在100～105℃，通過規定冷吹峰值溫度，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能耗影響也較大，熱端溫差過大，冷損就越大，損失的這部分冷量就需要通過增加膨脹機的制冷量來彌補，膨脹機量增加了，空分整體能耗也會增加。根據計算，熱端溫差每升高2℃，空壓機的能耗就會增加3%～5%，因此在日常操作中我們會盡可能減少熱端溫差，以減少冷損，公司規定各機組要將熱端溫差控制在1℃以內，此項措施較好地控制了各臺機組的能耗損失。

3.4 空壓機減負荷過程中，同時關小空氣進下塔閥門并降低膨脹量

外部不用氧時，空分通常操作是減少空壓機出口壓力，從而降低空壓機流量，但這樣操作空氣量減少有限，通過不斷摸索，我們在降低空壓機出口壓力時，同時關小空氣進下塔閥門并適當降低膨脹量，以4萬機組為例，空壓機最小負荷空氣量為187000 m3，電流是875 A左右，但如果進一步關小空氣進下塔閥門并減少膨脹量，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

污氮含氧量關系氧氣利用率，利用率高則機組單耗就低，正常情況污氮含氧量一般在1%以下，但通過精細操作可以將含氧量控制在0.5%以下，實際生產中，公司根據機組實際運行特點，進一步挖潛，將污氮含氧量控制0.3%～0.35%之間，根據日常計算，污氮含氧量每下降0.3%，機組單耗就下降0.002 kW·h/m3，以4萬機組為例，每月可節能電耗63360 kW。

3.6 及時更換空氣過濾器的濾筒

空壓機進口過濾器的濾筒一般使用時間為15～18個月，但日常使用過程中，各空分廠由于生產原因濾筒更換時間常常拖延，有些單位甚至3年還不更換，進口阻力甚至達到2 kPa，長期來看能耗損失較大?？諌簷C在新的濾筒運行時，一般進口阻力只有400～500 Pa左右，如果阻力增長至800～900 Pa左右就應該更換濾筒，濾筒的使用期限只能作為一個參考值。從日常運行數據來看，空壓機的進口阻力從400 Pa增長至900 Pa時，空壓機電流要增加10 A左右，以4萬等級空壓機為例，更換一次濾筒的費用大約是10.5萬元，但更換濾筒后每個月可降低成本7萬余元，不到一個半月就可以收回成本，因此長期來看及時更換空氣過濾器濾筒對降低能耗也很關鍵。

3.7 做好空壓機日常的維護保養

空壓機日常的維護保養對能耗影響也很大?？諝庵写嬖诤芏喙腆w顆粒物，盡管通過過濾器已除去了大部分，但是長期運行后空壓機的中間冷卻器仍然會附著有大量灰塵，影響換熱器的效率。此外循環水也會對冷卻器造成影響，日常生產中，雖然對水質有嚴格的控制，但是隨著時間的累積，鈣鎂離子還是會附著在冷卻器表面，結垢或者板結影響冷卻器的換熱效果，因此定期清洗壓縮機中間冷卻器對壓縮機的效率影響很大。從日常運行情況來看，同等氣溫下，連續運行1年以上的空壓機，其進口導葉開度比剛維護過的空壓機至少大5%，電流至少增加5～10 A，因此定期維護中間冷卻器能很好地降低空壓機的電耗。

4 結束語

柳鋼6套空分設備由于建設時間跨度較大，其中3套機組都是20世紀90年代末或21世紀初，裝置在設備和流程方面都存在很多不足，與現在建設的空分設備相比在單耗水平差距較大，但這并不能說明沒有挖潛的空間，相反在空分操作和設備的日常維護方面還是有很多可以優化的地方，如果做好了這些方面，其實能耗也能得到較大程度的降低?？辗衷O備的節能降耗不但應該抓住主要矛盾——電耗，更應該注意全系統全過程的節能，從細節著手，從工藝、設備的每個環節入手，只有這樣才能使空分設備的效率最優，達到最佳的節能效果。