空壓系統節能改造實例及推廣價值

朱水興 王文杰 楊 明 戴林祥 孫黎宏

杭州臨江環保熱電有限公司

0 引言

杭州臨江環保熱電有限公司目前已投產3臺130 t/h高溫高壓循環流化床鍋爐、2臺15 MW背壓汽輪機組、1臺7.5 MW背壓汽輪機組及公用系統。空壓系統按傳統設計，配置了5臺螺桿式空壓機供廠內儀用氣和動力用氣。隨著國家節能減排政策的深度推行、節能技術的創新和企業內部節能降耗的推進，原空壓系統能耗過高的缺點得到充分的暴露。

1 改造前系統

1.1 供氣端

根據公司一期工程設計規模5爐4機的方案，為滿足廠內壓縮空氣使用需求，原系統配置了5臺螺桿式空壓機、5臺冷干機、2臺吸附式干燥機及附屬管閥系統。儀表用氣和動力用氣空壓機共用，其中，儀表用氣通過吸附式干燥機處理，動力用氣通過冷干機處理。供氣端設備型號及參數見表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流。動力輸送壓縮空氣品質要求如下：

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。儀表用氣系統壓力要求較高，需≥0.6Mpa。儀表用壓縮空氣品質要求如下：

壓力露點 -40℃

含油量 ≤1 mg/m3

含塵粒徑 ≤1μm

1.2.3 系統壓力

正常工況下，單臺爐運行或兩臺爐運行只需啟動1臺空壓機。空壓機設備為工頻運行，平時加卸載頻繁，空壓系統壓力波動范圍在0.54～0.65 MPa。

1.3 能耗情況

1.3.1 耗電量統計

2018年1～9月空壓機耗電量統計見表2。

1.3.2 總流量、壓力監測

總流量和壓力檢測見圖1。

表1 供氣端設備型號及參數一覽表

1.3 .3比功率計算及比較

空壓系統比功率見表3。

容積式空氣壓縮機能效限定值和能效等級標準見表4。

表2 2018年1～9月份空壓機耗電量統計表

圖1 總流量和壓力檢測

表3 空壓系統比功率

表4 《GB19153-2009容積式空氣壓縮機能效限定值和能效等級》標準

從上可見，本空壓系統實際比功率已超過3級能耗標準，證明了空壓系統電耗高的結論。

1.4 能耗高原因分析

1.4.1 根據實際情況計算出現有螺桿空壓機能耗比偏高，分析其原因，部分是由空壓機本身能耗高及空壓系統配置不合理引起。

1.4.2 外界用氣量不穩定。空壓機為工頻運行，外界用氣量不穩定造成運行中加卸載頻繁，使電機能耗過高。

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

2 節能改造思路、方案及實施

2.1 節能改造思路

根據前期數據統計結果分析及對可能造成的原因查找，公司技術人員基本確定了空壓系統節能改造思路：增加與系統用能要求相匹配的低能耗比變頻調節空壓設備。

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

2.1.2 新增空壓機采用低能耗比的永磁變頻螺桿式空壓機。

2.1.3 適當開大倉泵壓縮空氣減壓閥，減少節流損失。

2.1.4 將老空壓機系統與新系統聯通，老系統作為備用。

該改造方案雖存在由于系統用氣量的分配，致使新購置的空壓機出力變小、設備規模效應減弱、抵消部分節能效果，但減少了空壓系統耗電量。此外，采用外包合同能源管理方式實施此次改造，既能達到節能增效效果，又降低公司固定資產投資，規避和降低了有關風險。

2.2 節能改造方案

根據上述節能改造思路，公司通過招標方式確定了合同能源管理實施承包方。雙方專業技術人員進行了充分的溝通和交流，進行了現場參數測試，依照改造思路，最終確定了改造方案并委托資質單位出具施工設計圖。

2.3 節能改造實施

通過方案制定、前期設計、采購、土建、安裝、調試等階段的實施，在合同能源管理承包方和公司各部門協同配合下，空壓系統節能改造工程于2018年11月進行了調試試運行。由于空壓系統管道屬壓力管道，施工過程中需聯系地方特種設備檢測研究院全程做好壓力管道監檢工作并取得使用證。

3 效果評估

3.1 壓縮空氣系統電耗調查表

空壓系統改造前后電耗表，見表5

表5 空氣系統電耗表

3.2 有形效益

改造前、后空壓機日平均電耗見圖2。

圖2 改造前后日平均電耗

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

3.3 無形效益

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

2）增加了空壓機的備用，保障了安全運行。

3）空壓機變頻改造后，電機使用壽命增加了3～5年，設備維護工作量減少了。

3.4 節能率計算

為更直觀地評估此次空壓系統改造在節能方面的成效，及合同能源管理模式實踐的需要，本次設計對新增空壓機用電單獨加裝了電量計量裝置以方便比較和計算。根據單臺爐和兩臺爐工況，對改造前、后運行的最新用電數據進行統計和分析，并采用節能率公式進行計算：

1）節能技術改造前，單臺鍋爐運行工況下空壓機平均每小時用電量為E’前1=295.00 kwh；兩臺鍋爐運行工況下空壓機平均每小時用電量為E’前2=344.44 kwh；原空壓機系統單臺冷干機平均每小時用電量為E冷=6.6 kwh。

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

根據節能率計算公式：

計算結果為：

即單臺鍋爐運行工況下節能率為27.06%,兩臺鍋爐運行工況下節能率為30.68%。

3.5 項目成本收益分析

項目成本見表6。

表6 項目成本明細表

根據年節省電費50.89萬元計算，該項目靜態投資回收期較短，在系統連續安全運行3.34年后收回成本。

4 總結與推廣價值

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