張 靜 王偉業(yè) 魏唐槐 安永軍
(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司)
摘 要：以某大型鋼鐵公司壓縮空氣系統(tǒng)為例，分析了一般鋼鐵企業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)存在的問題，通過提高設(shè)備管理水平、 壓力管控和降壓運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)大型鋼鐵企業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能降耗，對相關(guān)企業(yè)有一定的指導(dǎo)作用。
關(guān)鍵詞：成本管理；壓縮空氣系統(tǒng)；系統(tǒng)節(jié)能
鋼鐵行業(yè)是一個高耗能產(chǎn)業(yè)，在國家工業(yè)總能耗中占有相當(dāng)大的比重，同時能源成本一般占其制造總成本的20％ ~ 30％。 在鋼鐵企業(yè)中，壓縮空氣主要用于燒結(jié)輸灰、高爐噴吹、 連鑄霧化冷卻、轉(zhuǎn)爐底吹、帶鋼表面吹掃、氣動儀表閥門和脈沖袋式除塵器反吹等。壓縮空氣作為重要的動力能源，其能耗約占整個鋼鐵企業(yè)總能耗的10％ ~ 15％。因此，壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能降耗作為鋼鐵企業(yè)成本管理和能耗管理的重要部分，不僅關(guān)系到企業(yè)產(chǎn)品的競爭力，更關(guān)系到企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。
1 壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能措施
壓縮空氣系統(tǒng)由5空壓站、25臺壓縮機(jī)組構(gòu)成。 依據(jù)用戶對壓縮空氣品質(zhì)要求不同，合當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，選用 16 臺富盛 250m3 / min離心式空壓機(jī)，出口風(fēng)壓 0.85MPa，無油無水，壓力露點(diǎn) < －20℃，供應(yīng)管網(wǎng)儀表壓縮用風(fēng)、 燒結(jié)輸灰氣力、 高爐噴吹、 帶鋼表面吹掃和脈沖袋 式除塵器反吹；5 臺 400m3 /min 離心式空壓機(jī)，出口風(fēng)壓 0.55MPa，供應(yīng)煉鋼連鑄霧化用風(fēng)；4 臺 100m3 / min 離心式空壓機(jī)， 出口風(fēng)壓 0.55MPa，供應(yīng)煉鋼連鑄霧化用風(fēng)。 出口風(fēng)壓0.85MPa 的壓縮空氣管網(wǎng)壓力在0.65~0.72MPa。出口風(fēng)壓0.55MPa的壓縮空氣管網(wǎng)壓力一般在0.48—0.52MPa。壓縮空氣系統(tǒng)的供應(yīng)端與用戶端主要通過管網(wǎng)連接，空壓機(jī)站具有站所分散，點(diǎn)多面廣，操作迅速，運(yùn)行簡便，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)節(jié)性能良好和噪音低等優(yōu)點(diǎn)。
壓縮空氣系統(tǒng)自投產(chǎn)運(yùn)行以來，主要存在兩個問題。一是空壓機(jī)采用的是離心式壓縮機(jī)，做功存在冬季出力大夏季出力小的現(xiàn)象。冬季空壓機(jī)出力大，當(dāng)管網(wǎng)用戶用量減小時，會出現(xiàn)空壓機(jī)放散，夏季空壓機(jī)出力小，需要多開空壓機(jī)組以滿足用戶需求。二是壓縮風(fēng)設(shè)備故障率高，檢修頻繁，增加了運(yùn)行成本。
1.1 源頭控制系統(tǒng)穩(wěn)定
設(shè)備管理水平直接影響設(shè)備整體效能的發(fā)揮。突破傳統(tǒng)設(shè)備管理模式的根本出路，就是要全面創(chuàng)新設(shè)備管理的機(jī)制和體制[1]。一是深化 “以點(diǎn)檢為核心，以定修為基礎(chǔ)” 的生產(chǎn)維修模式，實(shí)施 “檢修前有方案，檢修中有管控，檢修后有評價” 的檢修管理體系，實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢修的PDCA閉環(huán)管控，同時明確檢修程序、 劃分檢修職責(zé)、 明確檢修責(zé)任，實(shí)現(xiàn)檢修過程的精益管控，切實(shí)把事故消滅在萌芽狀態(tài)，杜絕重大事故。二是提高職工的責(zé)任意識和點(diǎn)巡檢水平，加大獎懲力度，狠抓專業(yè)人員管理。同時，高度重視職工操作水平和緊急處理能力的提高，全面梳理可能對生產(chǎn)及安全造成重大影響的關(guān)鍵控制項(xiàng)目，注重操作實(shí)踐和效果檢驗(yàn)，貼近實(shí)際開展各種形式的應(yīng)急事故演練，綜合提升設(shè)備運(yùn)行水平，保證源頭控制系統(tǒng)穩(wěn)定。
1.2 管網(wǎng)壓力管控
鋼鐵工業(yè)節(jié)能理論和方法的創(chuàng)新研究中 ，采用系統(tǒng)的觀點(diǎn)，綜合考慮能源和物料的節(jié)約，從全流程的角度研究能量的最佳利用是非常必要的[2] 。
分析使用出口風(fēng)壓0.85MPa的壓縮空氣用戶的用氣特點(diǎn)，可知焦化、 煉鐵、 煉鋼、 熱軋、冷軋和原料等大部分用戶壓縮空氣壓力為0.6MPa即可滿足使用要求， 壓力要求在0.65MPa以下的用戶有三家： 燒結(jié)氣力輸灰、 煉鋼套筒窯控制閥門和質(zhì)檢冶煉分析中心試樣輸送， 占壓縮空氣總用量的 8％ 左右。故將壓縮空氣管網(wǎng)按壓力等級分0.7MPa和0.6MPa兩級運(yùn)行， 既滿足了用戶的用氣要求， 又降低了壓縮空氣系統(tǒng)耗電量。
通過對使用出口風(fēng)壓0.85MPa的壓縮空氣用戶的用氣規(guī)律進(jìn)行研究，在0.7MPa的高壓管網(wǎng)與0.6MPa的低壓管網(wǎng)之間采用聯(lián)通技術(shù)， 增設(shè)聯(lián)通裝置，如圖 1所示。該技術(shù)彌補(bǔ)了多開機(jī)器浪費(fèi)放散多、 少開不能滿足用戶的問題，也減少了不必要的開停機(jī)次數(shù)，同時當(dāng)高壓儀表壓縮空氣管網(wǎng)用量有富余時，連鑄霧化管網(wǎng)串風(fēng)，也可以減少儀表壓縮空氣的浪費(fèi)； 每天通過串風(fēng)可避免空壓機(jī)頻繁開停機(jī)，減少放散，節(jié)約能源。
出口風(fēng)壓0.55MPa的壓縮空氣主要是供應(yīng)煉鋼連鑄霧化，根據(jù)用戶的用氣特點(diǎn)，也采取了壓縮空氣串聯(lián)調(diào)節(jié)，即將其與0.7MPa 管網(wǎng)相連接，當(dāng)用戶需求用量低，多開一臺機(jī)組需低負(fù)荷運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)時，采取不開啟壓縮機(jī)組而是從0.7MPa管網(wǎng)串壓縮空氣進(jìn)行補(bǔ)充。
1.3系統(tǒng)降壓運(yùn)行
壓縮機(jī)功率計(jì)
式中: N為壓縮機(jī)功率， kW； P1 為壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力， MPa；qv 為進(jìn)氣條件下壓縮機(jī)的排氣量， m3 /min； Z1、Z2 為壓縮機(jī)進(jìn)、 排氣條件下的氣體壓縮系數(shù)。
由式 (1) 可知，壓縮機(jī)功率主要受壓力和流量影響。而對于空氣壓縮系統(tǒng)，在用戶用氣穩(wěn)定，壓縮機(jī)組正常運(yùn)行時，進(jìn)氣流量基本不變，且流量數(shù)量級很大，若將進(jìn)氣壓力微降，則壓縮機(jī)功率降低顯著，進(jìn)而節(jié)能顯著。壓縮空氣系統(tǒng)的降壓運(yùn)行主要通過對用戶的用氣規(guī)律和特點(diǎn)進(jìn)行分析，穩(wěn)定基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過用戶端和輸配端高效協(xié)同、 統(tǒng)一調(diào)度及鼓勵用戶降耗等手段降低用戶用氣量和放散量，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)降壓運(yùn)行。
2 應(yīng)用效果
通過對供應(yīng)端、 用能端和輸配端的優(yōu)化，影響壓縮機(jī)功率最主要的因素壓力和流量顯著降低，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。 第一實(shí)現(xiàn)了發(fā)生端穩(wěn)定運(yùn)行，故障率顯著降低，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用降低，同時機(jī)組穩(wěn)定間接延長了空壓機(jī)組使用壽命。 第二通過梳理用戶的用能特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)用戶用氣穩(wěn)定，同時通過高壓管網(wǎng)與低壓管網(wǎng)之間的串通閥連接，保證了管網(wǎng)壓力的穩(wěn)定，增強(qiáng)了壓縮風(fēng)系統(tǒng)的 穩(wěn)定性。
由近幾年高壓管網(wǎng)參數(shù)表1可知，壓縮空氣系統(tǒng)降壓效果明顯，尤其是出口風(fēng)壓0.85MPa的壓縮空氣，通過系統(tǒng)優(yōu)化由原來的管網(wǎng)壓力0.72MPa降至0.65MPa節(jié)能效果顯著。 壓縮空氣的用量相應(yīng)節(jié)省了5080萬m3 。將壓縮空氣串聯(lián)調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用于出口風(fēng)壓0.55MPa的壓縮空氣管網(wǎng)，節(jié)能同時保證了系統(tǒng)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)降壓運(yùn)行，達(dá)到了壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定高效的效果。
3 總結(jié)
壓縮空氣系統(tǒng)通過管理與技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)優(yōu)化。管理思路上，系統(tǒng)分析并梳理能源的發(fā)生端、 輸配端和用戶端的規(guī)律及特點(diǎn)。從源頭穩(wěn)定、 管網(wǎng)調(diào)控和系統(tǒng)降壓出發(fā)，在穩(wěn)定、 經(jīng)濟(jì)、高效、 資源配置方面實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)節(jié)能且效果顯著。降低了設(shè)備維護(hù)成本，技術(shù)手段上利用了不同壓力等級壓風(fēng)互備互調(diào)技術(shù)，提出空壓機(jī)機(jī)組儀表壓縮風(fēng)管網(wǎng)分壓力等級控制，將高壓用戶單獨(dú)供應(yīng)，降低了管網(wǎng)壓力，減少自身放散，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)公司壓縮風(fēng)系統(tǒng)的安全可靠、 高質(zhì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
參考文獻(xiàn)
[1] 劉保正 創(chuàng)新設(shè)備管理增強(qiáng)企業(yè)支撐力 [J] 中 國設(shè)備工程， 2007， (10): 24
[2] 張 琦， 蔡九菊，沈峰滿. 鋼鐵企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能減排過程集成研究進(jìn)展 [J] 中國冶金，2011， (1):