黃文華

(紫金銅業(yè)有限公司， 福建 龍巖 362004)

0 前言

某銅冶煉廠采用國際先進工藝蒸汽干燥、閃速爐熔煉、PS轉(zhuǎn)爐吹煉、陽極爐火法精煉及電解精煉工藝生產(chǎn)99.00%陽極銅和99.39%陰極銅。生產(chǎn)過程中，需要使用大量壓縮空氣作為動力源[1]，需配套空壓站進行供氣。在近年的運行中，空壓站暴露出壓縮空氣單耗高、排空浪費、管道壓力損失大、維修費用高等諸多問題。本文主要介紹該冶煉廠空壓站在運行過程中采取的各項節(jié)能降耗措施及取得的成效，旨在為同行業(yè)提供一定的參考。

1 空壓站

1.1 空壓站機組配置

空壓站主要配備有離心空壓機4臺、壓縮熱干燥機4臺、無油螺桿機1臺、微熱干燥機1臺，具體配置見表1。根據(jù)生產(chǎn)需要，離心空壓機3用1備，無油螺桿機作為事故(停電)應急使用。

表1 空壓站配置

1.2 空壓站工藝

空壓機站采用三級壓縮、二級中冷工藝[1]。原料空氣經(jīng)自潔式空氣過濾器過濾后，進入第一級壓縮機進行壓縮(由自動運行的進氣閥門控制)。初次壓縮后，氣體進入第一級中間冷卻器，去除其中的熱量和冷凝水。冷卻干燥后，氣體進入第二級壓縮機進行壓縮，然后進入第二級中間冷卻器，再次進行冷卻和干燥。最后，氣體進入第三級壓縮機，壓縮至設計排氣壓力后，進入干燥機系統(tǒng)進行除濕處理，經(jīng)緩沖儲氣罐后進入工廠用氣系統(tǒng)，詳細工藝如圖1所示。

1.3 空壓站運行存在問題

因冶煉企業(yè)的生產(chǎn)特性，空壓站的供氣具有不穩(wěn)定性，總供氣流量波動大(19 500～32 500 Nm3/h)，且無規(guī)律可言。離心空壓機主要作用是為主線提供合格的壓縮風供生產(chǎn)使用，為保證主線的生產(chǎn)，離心空壓機必須采用3用1備的運行模式。根據(jù)實時統(tǒng)計，離心空壓機每天約1/3時間處于23 000 Nm3/h低流量供應時間，造成主設備放空閥打開，大量空氣放空，致使能源浪費。同時由于冶煉企業(yè)空氣中帶酸性氣體，離心空壓機故障率高，維修成本增加?？諌赫境杀痉治鋈鐖D2所示。

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，運行成本在離心空壓機長周期生產(chǎn)成本中占據(jù)決定性的地位，占比高達79%。因此，如何通過精細化管理，對空壓站能耗深入挖潛，提高能源使用效率，全方位降低空壓站運行費用是急需解決的問題。

2 節(jié)能降耗措施

為了進一步對空壓站開源節(jié)流，降低能耗，通過統(tǒng)計生產(chǎn)數(shù)據(jù)，針對壓縮設備特性，從工藝、設備等方面進行調(diào)控。

2.1 工藝方面

2.1.1 采用恒壓進氣節(jié)流模式

結(jié)合壓縮設備運行模式多樣性，合理利用離心空壓機設計的產(chǎn)氣能力調(diào)節(jié)范圍(75%～105%)，減少不必要的滿載浪費。壓縮機的運行模式包括恒壓基本模式、恒壓進氣節(jié)流模式、空- 重車(間歇或稱ON-OFF)模式、 自動雙重模式。針對外網(wǎng)用氣量大幅波動的情況，將3臺150 Nm3/min離心空壓機的運行模式由恒壓基本模式改成恒壓進氣節(jié)流模式，使設備額定電流由69 A降低至設定的最低電流59 A，電機負荷從1 100 kW降至960 kW，減少壓縮機在低流量供應時間的空氣放空浪費，并能在用氣量增加時自動調(diào)節(jié)入口的導葉開度，增加產(chǎn)氣量。

恒壓進氣節(jié)流模式是在滿足廠用空氣系統(tǒng)需求情況下，通過控制進氣閥開度，實現(xiàn)進氣節(jié)流，以減少馬達電流消耗。這種控制模式與恒壓基本模式類似。進氣控制閥可以實現(xiàn)空氣節(jié)流直到達到最小電流設定點。假如此時廠用系統(tǒng)需求量繼續(xù)下降，卸荷閥將自動調(diào)節(jié)以保持設定壓力。該控制模式原理如圖3所示。

2.1.2 調(diào)整最小運行電流

調(diào)整運行模式后，主線生產(chǎn)所需的壓縮空氣量波動范圍仍在設備可調(diào)節(jié)范圍之外，在低流量運行時，仍存在較大放空現(xiàn)象。對離心空壓機設計的產(chǎn)氣能力調(diào)節(jié)范圍(75%～105%)繼續(xù)深入挖潛，在保證設備無損傷、不喘振的前提下，將最低運行電流從59 A緩慢降至53 A，使最低電機負荷從960 kW降至840 kW。

2.1.3 降低離心空壓機排氣壓力

通過降低離心空壓機的壓力值來實現(xiàn)空壓機的節(jié)能減排。大量的數(shù)據(jù)表明，離心空壓機排氣壓力每降低0.1 MPa，總運行能耗可降低8%。在不影響壓縮空氣管網(wǎng)壓力的前提下，將出口壓力設定值由0.85 MPa降至0.79 MPa，由此可降低4.8%總運行能耗，即對于總運行能耗1 000 kW·h，可降低能耗48 kW·h。這對于大功率設備來說，節(jié)能效果相當顯著。

2.1.4 采用機組群控節(jié)能

在用氣量大并且負荷波動大的場合，使用多臺離心空壓機并列運行，多采用統(tǒng)一調(diào)配單臺設備產(chǎn)氣能力，實現(xiàn)多臺機組均衡產(chǎn)氣的節(jié)能方式[2]。由于受管道布置、壓縮機效率等影響，多臺離心空壓機同時運行時，有些負荷高，有些負荷低，導致負荷高的離心空壓機拼命做功，負荷低的離心空壓機排空浪費。由于現(xiàn)場無集控裝置，必須采取一些管控措施：1)將1#離心空壓機的出口管由U型走向改成直接走向，消除最大管阻；2)利用排氣壓力設定，針對多臺設備的阻力情況，設置不同的排氣壓力來消除出口管阻和壓阻，使多臺離心空壓機負荷均勻，達到節(jié)能的效果；3)調(diào)整閥門動作速率，改造多臺設備的反應設備，均衡負荷。

以2018年生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例，按電費0.5元/kW·h，計算采取上述4項工藝措施后3臺離心空壓機連續(xù)生產(chǎn)355 d節(jié)省的電能：(1 100-840)×3×24×355×80%×0.5=265.8萬元。

2.1.5 安裝中冷器自動疏水裝置

有效做好中冷器的管理工作，以及循環(huán)水質(zhì)水溫管理，控制離心空壓機能耗。壓縮空氣經(jīng)中冷器冷卻產(chǎn)生的冷凝水[3]常年通過排水閥排放，排水閥為手動閥，須靠人工調(diào)整，運行人員無法準確調(diào)整冷凝水排放開度，造成大量的壓縮空氣浪費，因此對中冷器排水安裝零損耗自動疏水裝置進行改造[4]，實現(xiàn)自動疏水。

根據(jù)現(xiàn)場實際統(tǒng)計，自動疏水裝置每40 min排放一次，排放一次的時間為5 s，每天排放36次，共排放180 s，也就是3 min?？諌赫緣嚎s空氣成本按0.08元/Nm3計，經(jīng)核算，中冷器自動疏水改造每年可減少約1 634 Nm3壓縮空氣排放，節(jié)省成本約14.3萬元。

2.1.6 調(diào)整干燥機運行模式

為充分利用離心空壓機的排氣熱能，在設計選型時，壓縮站選用了壓縮熱吸附式干燥機。利用干燥機設備特性，調(diào)整干燥機運行模式，減少氣量浪費。針對外網(wǎng)所需空氣露點為-40 ℃，而干燥機露點長時間處于-60 ℃以下，將干燥機運行模式更改為露點模式，大大延長了干燥機單塔干燥時間，冬天空氣干燥時效果尤為明顯，切換時間由原來的240 min延長至600 min以上，干燥劑的再生頻率降低，由原來的每天6次減少到平均2.4次，一方面減少了干燥劑再生時的壓縮空氣浪費，另一方面節(jié)約電加熱器的耗能。

據(jù)核算，調(diào)整干燥機的運行模式可節(jié)省費用約7.4萬元。

2.2 設備方面

2.2.1 做好基礎管理工作

建立健全空壓站設備管理制度，包括技術(shù)臺賬、點檢制度、檢修標準化、備品備件管理等；按規(guī)范全面實行計劃檢修，編制空壓設備檢修保養(yǎng)項目，做好檢修全過程質(zhì)量驗收及對檢修效果總結(jié)分析，對不合理的地方進行改造提升，確保設備穩(wěn)定安全可靠運行。

2.2.2 更換機械式過濾器

現(xiàn)有離心空壓機入口過濾器為機械式過濾器，由于廠區(qū)空氣常年含有酸性氣體，而機械式過濾器只能去除顆粒雜質(zhì)，無法過濾酸性物質(zhì)。機組運行時，空氣在壓縮后析出水分，酸性氣體遇水后形成弱酸，對機組內(nèi)管道、零配件造成酸性腐蝕，情況比較嚴重?？諝饬髯邥r將銹渣剝落，形成機械雜質(zhì)沖擊，導致葉輪局部受損，葉輪在短周期內(nèi)積碳[5]，引起轉(zhuǎn)子振動上升，需對離心空壓機壓縮部分進行解體、清洗葉輪(清洗周期成倍縮短)，最終導致離心空壓機平衡失效，需返廠做動平衡試驗，修復不平衡量。離心空壓機保養(yǎng)費用較高，每臺保養(yǎng)一次的費用約為10萬元。且葉輪與蝸殼間隙逐漸增大，導致離心空壓機效率下降明顯，能耗增大。

針對上述問題，進行銅銀測試片腐蝕試驗，確認空氣成分，將離心空壓機入口的機械式過濾器改造為干式化學過濾器。其主要原理是在過濾器中間段增加化學填料以過濾空氣中的H2S、SO2等硫化物，即形成初效空氣過濾+化學過濾+中效空氣過濾的干式三級過濾方式，將空氣中的酸性氣體去除，減緩酸性氣體對內(nèi)部管道和設備本體的腐蝕，保證設備的安全可靠運行，延長設備的維修周期，同時保證為外網(wǎng)提供不含酸性氣體、合格的壓縮空氣。

2.2.3 外接干燥氣源

離心空壓機蝸殼及附屬管道受酸性氣體的侵蝕，產(chǎn)生銹垢，銹垢容易被吸入葉輪，在葉輪上粘結(jié)，造成葉輪積碳問題[5]，導致主設備轉(zhuǎn)子動平衡破壞，振動上升，不利于設備安全運行，且造成主設備維修成本增加。通過外接干燥氣源對葉輪反吹加溫，防止停機后潮濕空氣殘留在葉輪上造成的積碳問題，大大延長了離心空壓機的檢修周期，減少設備的維修成本。

3 結(jié)束語

空壓站節(jié)能措施實施后，既節(jié)省電耗，節(jié)約電費，還降低了設備故障率和維修成本，使空壓站系統(tǒng)更加安全可靠地運行。在大力提倡節(jié)約能源的今天，這些措施的實施推廣對企業(yè)“碳達峰”和“碳中和”工作開展具有重要的意義，有利于提高企業(yè)的核心競爭力。