周亮

上海叢麟環(huán)?？萍脊煞萦邢薰荆虾?，201102

0 引言

根據危險廢物處置工廠生產特點，所處置的物料種類多樣，物料處置方式調整頻繁，因此多套裝置為間歇運行，壓縮空氣用氣量大、波動大是該類工廠的顯著特點，合理規(guī)劃此類工廠的壓縮空氣系統(tǒng)、并且最大限度利用空壓機組產生的廢熱，一直是個難題。因此，該類工廠空壓站系統(tǒng)相關設施的規(guī)劃設計對全廠高效低耗運行具有重要意義。

1 空壓站的系統(tǒng)規(guī)劃

該工廠屬于綜合性危險廢物處置工廠，處理能力大，用氣量大，用氣量波動較大。該工廠部分裝置和罐區(qū)設置了氮封體系，設置了氣動閥門、氣動隔膜泵、布袋除塵器反吹、噴槍冷卻、激波吹灰、氣力輸送系統(tǒng)等。因此系統(tǒng)運行需要的氣源種類為干燥壓縮空氣、儀表空氣、高純氮氣。

根據各規(guī)劃裝置用氣情況，統(tǒng)計如下，干燥壓縮空氣消耗量為5294 Nm3/h（正常），最大6244 Nm3/min；儀表空氣消耗量為578 Nm3/h（正常），最大745 Nm3/min；氮氣消耗量為832 m3/h（正常），最大966 m3/min；原壓縮空氣正常消耗量約142.8 m3/min。

考慮綜合工況配置了3臺60Nm3/min的微油螺桿空壓機，利用原有的兩臺30Nm3/min微油螺桿空壓機（作為備用）。配制制氮機1套（1000Nm3/h），氮氣增壓機1臺（60Nm3/h），微熱吸附干燥機1臺（20Nm3/min），冷凍干燥機（60Nm3/min）2臺，冷凍干燥機（45Nm3/min，制氮機專用）1臺[1]。

2 空壓站的系統(tǒng)設計及控制方案

2.1 制氮系統(tǒng)設計

主要設備名稱：PSA制氮機組、空氣緩沖罐、氮氣緩沖罐，氮氣儲氣罐、風冷冷凍干燥機、氮氣壓縮機，與整個系統(tǒng)配套的管路和電控系統(tǒng)（含本系統(tǒng)所需的電氣柜、控制柜、控制開關、顯示屏等）。

氮氣（0.6MPa）用途：凈化后的壓縮氮氣，壓力0.6MPa（G），常壓露點不大于-40攝氏度，含油量不大于0.1ppm，為裝置各工段提供氮密封氣源、敏感物料轉運動力源以及吹掃氣源等。

氮氣（1.0MPa）用途：凈化后的壓縮氮氣，壓力1.0MPa（G），常壓露點-23攝氏度，含油量不大于0.1ppm，為裝置某些工段高壓部分提供氮密封氣源以及吹掃氣源等。

2.2 制氮系統(tǒng)運行方式

系統(tǒng)配置1臺PSA制氮機（1000Nm3/h，99.5%純度，進氣壓力0.7～0.8MPa），1臺壓縮空氣冷凍干燥機（60Nm3/min，排氣常壓露點-23攝氏度，進氣壓力0.8MPa），1臺氮氣工藝罐（碳鋼，5.0m3，0.6MPa）。1臺6公斤氮氣儲罐（碳鋼，5.0m3，0.6MPa），1臺10公斤氮氣儲罐（碳鋼，2.0m3，1.0MPa），1臺氮氣增壓機（1.0m3，進氣0.6MPa，排氣1.0MPa）。

空壓機制備的壓縮空氣粗濾后進入制氮裝置冷干機，干燥后的空氣通過精密過濾器后處理合格的氣體進入制氮機，經檢測純度合格的氮氣一部分通過儲罐進入廠區(qū)氮氣（0.6MPa）管網，另一部分通過氮壓機加壓后經過儲罐進入廠區(qū)氮氣（1.0MPa）管道。

2.3 空壓系統(tǒng)設計

設備名稱：空氣壓縮機組、儲氣罐、微熱吸附干燥機、冷干機以及與整個系統(tǒng)配套的管路和電控系統(tǒng)（含本系統(tǒng)所需的電氣柜、控制柜、控制開關、軟啟動器、變頻器等）。

壓縮空氣用途：從空壓機出來的壓縮空氣，壓力0.8MPa，常壓露點-25攝氏度，含油量不大于0.1ppm，為制氮系統(tǒng)和儀表空氣系統(tǒng)供氣，為噴槍霧化、布袋反吹、燃燒器霧化、氣動隔膜泵等供氣。

儀表空氣用途：氣源需求壓力0.7MPa，常壓露點-40攝氏度，含油量不大于0.01ppm，為氣動執(zhí)行機構供氣（如氣動調節(jié)閥、氣動開關閥等）。

2.4 空壓系統(tǒng)運行方式

空壓系統(tǒng)配置2 臺緩沖空氣罐（1 0 m3，0.8MPa），3套精密過濾器（包含C級、T級、A級，設計進氣壓力0.8MPa），2臺冷干機（70Nm3/min，0.8MPa），1套微熱吸附干燥機（0.8MPa，排氣量27Nm3/min），系統(tǒng)配置3臺空壓機，空壓機參數（排氣量64.5m3/min，0.8MPa），2臺工頻空壓機，1臺變頻空壓機，配置2臺軟啟動柜、1臺變頻柜。制氮裝置空氣預處理系統(tǒng)以及儀表空氣處理系統(tǒng)，處理合格的氣體分別進入廠區(qū)裝置空氣管網，儀表空氣管網以及制氮系統(tǒng)。具體方案詳見圖1空壓站各系統(tǒng)設計方案。

3 空壓機系統(tǒng)的節(jié)能設計

在我國，目前空壓機的總耗電量已接近3200億kWh，為了節(jié)能和減少二氧化碳排放，在技術和投資允許的情況下，降低空壓系統(tǒng)的能耗顯得尤為重要[2]。

對本項目的各空壓機進行自動節(jié)能控制是控制空壓機低水平能耗的有效手段，因此本系統(tǒng)配置了聯控功能組件（聯控柜）：本系統(tǒng)中的空壓機/冷干機/微熱吸附干燥機都具備聯控功能，并要求每一臺空壓機都可以作為主機控制其他空壓機/設備的運行。

對聯控基本功能說明如下：聯控的主要作用是控制2臺工頻和1臺變頻空壓機的啟停（加/卸載）和變速調節(jié)，可以手動調節(jié)壓力上限和下限，監(jiān)控三臺空壓機的運行狀態(tài)，具備存儲器，保存和實時監(jiān)控各機組運轉狀態(tài)信號，具備RS485通訊協議接口，可實現與其他空壓機或我方DCS系統(tǒng)遠程通信的功能。聯控功能和單機控制功能可切換。當系統(tǒng)負荷小的時候可以自動關閉1臺冷干機和進口開關閥，實現節(jié)能控制，并在系統(tǒng)負荷增加超過一臺干燥機干燥能力時，打開另一臺干燥機，兩臺干燥機可實現主機輔機切換。

a）在聯控狀態(tài)下，按下系統(tǒng)啟動按鈕，通過變頻器啟動A機組（變頻），變頻器輸出頻率由低至高逐級調節(jié)，直到達到壓力下限值，頻率根據氣量變化，自動調節(jié)。若變頻器調節(jié)到最大頻率，系統(tǒng)壓力仍未達到壓力下限值，一段延遲時間后，通過軟啟動系統(tǒng)啟動B機組（工頻），體系輸出壓力上升，若輸出壓力達到系統(tǒng)設置的上限值，則降低A機組配套的變頻器輸出頻率，直到達到系統(tǒng)設定的壓力下限值，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。若變頻器調節(jié)到最大頻率，系統(tǒng)壓力仍未達到壓力下限值，一段延遲時間后，通過軟啟動系統(tǒng)啟動C機組（工頻）后，系統(tǒng)輸出壓力上升，壓力達到上限值。調節(jié)A機組變頻器輸出頻率，頻率由高至低逐級調節(jié)，直到達到壓力下限值，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

b）廠區(qū)壓縮空氣消耗氣量減少時，降低變頻器的頻率，穩(wěn)定系統(tǒng)的壓力。當變頻器頻率降低到設定值時，系統(tǒng)壓力仍為上限值，一段延遲時間后，發(fā)出卸載指令，卸載其中1臺工頻空壓機（B/C）。自動調節(jié)A機組變頻器輸出頻率，直到達到壓力下限值，系統(tǒng)穩(wěn)定運行，一段延遲時間后，關閉已經卸載的1臺工頻空壓機（B/C）。當廠區(qū)壓縮空氣消耗氣量進一步減少時，降低變頻器的頻率，穩(wěn)定系統(tǒng)的壓力。當變頻器頻率降低到設定值時，系統(tǒng)壓力仍為上限值，發(fā)出卸載指令，卸載正在運行的1臺工頻空壓機（B/C）。同時自動調節(jié)A機組變頻器輸出頻率，直到達到壓力下限值，系統(tǒng)穩(wěn)定運行，一段延遲時間后，關閉已經在卸載狀態(tài)下的1臺工頻空壓機（B/C）。

通過以上的調節(jié)，空壓站內設備可以實現恒壓供氣的同時，最大限度使站內能耗達到較低水平。

4 空壓機組的余熱綜合利用

4.1 空壓機組余熱情況

本項目空壓站現有3臺型號為M355-8的水冷噴油螺桿空壓機，額定功率為355 kW，額定排氣壓力為0.8 MPa，額定產氣量為每臺62 m3/min，單臺空壓機滿負荷運行的熱量交換需求為1045 MJ/h，油流量為390L/min，經過油冷卻器和后冷卻器后的冷卻水壓降0.85 bar[3]。在水冷機組的冷卻水基礎上增加1套供熱的上回水管路，冬季切換為供暖線路，夏季切換為循環(huán)冷卻水。夏季工況：利用廠區(qū)800m3/h涼水塔，輸入的冷卻循環(huán)水流量最大為108m3/h，上水溫度25℃，回水溫度32℃[4]。

4.2 空壓機組余熱利用情況

1）供熱條件：根據空壓機組的熱交換需求和廠區(qū)現有房間供暖面積情況，本工程利用機組余熱對廠區(qū)供熱，廠區(qū)總供熱面積約為5800m2（含綜合辦公樓4600m2和輔助生產用房1200m2），室內配置的鋼制暖氣片600mm高（TLE-6，中心距600mm，高度645mm，片距80mm，每組7柱，最大供熱量每組840w），單組散熱面積約1.45m2，共計645組，散熱器的總安裝面積約935m2。

2）供熱系統(tǒng)介紹，供熱回水依次經過后冷卻器和油冷卻器溫度從34℃升溫到49℃，三臺空壓機的供熱回水并聯運行，設循環(huán)熱水罐1臺（安裝），循環(huán)泵2臺（60m2/h，45m，11kW，1用1備），實際總供水量為55m2/h，進出空壓機組換熱器的上水母管管徑150，上回水管道總長度570m，泵出口壓力0.49MPa。空壓機組的后冷卻器進水壓力為0.36MPa，出油冷卻器的水壓為0.28 MPa，系統(tǒng)總阻力0.34MPa，系統(tǒng)平穩(wěn)運行。

3）供熱效果介紹，管路采用30mm橡塑進行保溫，從空壓站至最遠端溫度損失為3℃，所供熱的建筑物都做了外墻保溫，室外溫度最低-10℃。在室內最冷的季節(jié)實測平均室內溫度18.5℃（陰面）以上。采暖期為11月初至次年4月初。供暖改造前冬季供暖采用中央空調，每年取暖季的電耗約為95500kWh。經過供熱改造，年節(jié)約空調電量8.6萬kWh，且循環(huán)水塔的出來循環(huán)冷卻水，每年可節(jié)約新鮮水6300t（循環(huán)水蒸發(fā)和排污后的補水）[5]。

本空壓機組余熱回收系統(tǒng)主要方案見圖2空壓機組余熱回收系統(tǒng)設計方案。

5 結語

國家各級能源部門、各生產企業(yè)等都對壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能技術的能源節(jié)約提出了要求，中大型空壓機組耗電量大，因此做好系統(tǒng)匹配和節(jié)能設計都具有重要的意義，從國內外壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能技術的發(fā)展可以看出，未來的節(jié)能研究方向主要趨于以下幾個方面：機組本身的節(jié)能設計及對余熱的綜合利用，需要根據每個空壓站的特點，針對性地全面考慮，同時還需要加強對相關技術的研究，確保所采用的節(jié)能措施能夠有效降低生產、生活能耗。