電廠智慧型壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能改造

李方春，楊關(guān)保

（山西瑞光熱電有限責(zé)任公司，山西 榆次 030600）

0 引言

壓縮空氣是具有多種用途的工藝氣源，其應(yīng)用范圍遍及石油、化工、冶金、電力等各個(gè)行業(yè)。瑞光熱電公司的壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在設(shè)備配置和系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式不合理的問題，呈現(xiàn)出“大馬拉小車”的現(xiàn)象，系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式落后，有必要對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造[1-2]。2017年，瑞光熱電公司進(jìn)行了壓縮空氣系統(tǒng)智慧型控制節(jié)能改造，改造后取得了良好的效果。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

山西瑞光熱電公司設(shè)有專門的空壓機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要給儀表控制裝置、輸灰及布袋噴吹等系統(tǒng)提供壓縮空氣動(dòng)力源?？諌簷C(jī)房位于2臺(tái)機(jī)組電袋除塵器的中間，系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器PLC(programmable logic controller)集中控制，作為輔控系統(tǒng)的一部分。目前共有空壓機(jī)9臺(tái)，其中儀用空壓機(jī)4臺(tái)，除灰空壓機(jī)5臺(tái)。設(shè)備主要參數(shù)如表1所示。

表1 空壓機(jī)設(shè)備主要參數(shù)

2 存在的問題

a)各空壓機(jī)運(yùn)行處于非智能控制運(yùn)行模式，機(jī)群中各空壓機(jī)缺乏統(tǒng)一優(yōu)化運(yùn)行管控，機(jī)群運(yùn)行效率無法得到保證。

b)儀用空壓機(jī)2臺(tái)運(yùn)行無法維持儀用母管壓力，3臺(tái)運(yùn)行造成氣源過剩，導(dǎo)致螺桿空壓機(jī)頻繁加、卸載，使用不經(jīng)濟(jì)，對(duì)空壓機(jī)設(shè)備本體的磨損比較嚴(yán)重。

c)正常運(yùn)行儀用母管壓力存在±0.04 MPa波動(dòng)，導(dǎo)致一臺(tái)空壓機(jī)加載，同時(shí)另一臺(tái)空壓機(jī)卸載。

d)部分氣源品質(zhì)要求不高的用戶接入儀用壓縮氣源系統(tǒng)，如脫銷聲波吹灰器使用儀用壓縮空氣，造成浪費(fèi)。

e)用氣端控制運(yùn)行方式不合理，氣源浪費(fèi)嚴(yán)重，如電除塵布袋為定時(shí)吹灰，當(dāng)布袋差壓不高時(shí)不需進(jìn)行清灰，可以減少氣源的浪費(fèi)。

f)灰管輸送過程設(shè)置不合理，供氣流量過大，輸送能效（灰氣比）偏低：輸灰系統(tǒng)在無論是否有灰或是否滿泵的情況下，均定時(shí)噴吹，不能滿泵輸灰造成浪費(fèi)。

3 節(jié)能改造方案

壓縮空氣系統(tǒng)運(yùn)行效率低，能耗高，在滿足安全穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下，按照壓縮空氣節(jié)能理念系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，優(yōu)化目前系統(tǒng)的運(yùn)行方式并最大限度地減少耗氣量、降低能耗。改造方案如下。

3.1 對(duì)用戶進(jìn)行分類優(yōu)化

儀用壓縮空氣壓力高、品質(zhì)好，主要給儀表控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)只需一定的壓力保持執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣缸壓力；對(duì)氣源品質(zhì)要求不高的用戶，進(jìn)行整合優(yōu)化，減少對(duì)儀用壓縮空氣的使用，將聲波吹灰器和廠用壓縮空氣氣源由原儀用壓縮空氣改為除灰空壓機(jī)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行供氣。

3.2 優(yōu)化控制方式，合理使用氣源

對(duì)布袋除塵器噴吹控制策略進(jìn)行優(yōu)化，將定時(shí)噴吹改為定壓噴吹，當(dāng)布袋差壓超過1 100 Pa時(shí)開始自動(dòng)噴吹，當(dāng)差壓低于650 Pa時(shí)停止噴吹，減少噴吹次數(shù)。

將脫硝聲波吹灰器的噴吹改為定壓噴吹，系統(tǒng)按照差壓進(jìn)行自動(dòng)吹灰，減少噴吹次數(shù)，減少不合理的用氣量。目前脫硝聲波吹灰器運(yùn)行方式為每組2臺(tái)每次噴吹40 s間隔40 s，6組1個(gè)循環(huán)480 s，每天噴吹180次，對(duì)壓縮空氣消耗過大。

將氣力輸灰系統(tǒng)改為料位輸灰方式，通過灰斗料位進(jìn)行輸灰控制，保證滿泵輸灰提高灰氣比，避免半管輸灰造成壓縮空氣的浪費(fèi)。

3.3 增加壓力穩(wěn)定控制系統(tǒng)

將儀用氣源和除灰氣源通過調(diào)節(jié)閥進(jìn)行互聯(lián)，將儀用多余的氣體輸送給除灰系統(tǒng)中，使儀用空壓機(jī)不卸載、不停機(jī)、不頻繁啟動(dòng)，達(dá)到節(jié)能的效果。壓力穩(wěn)定控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示。具體實(shí)施方案如下。

a)采用直徑89 mm的管道40 m，把儀用氣源出口主管與除灰氣源出口主管進(jìn)行連通，中間加2個(gè)手動(dòng)門和1個(gè)壓力流量調(diào)節(jié)閥（氣源壓力高于0.7 MPa時(shí)打開，壓力低于0.62 MPa時(shí)自動(dòng)關(guān)閉），根據(jù)儀用氣源量的壓力自動(dòng)調(diào)整閥門的開度。

b)在連通管路上安裝1個(gè)流量孔板，保證壓力流量調(diào)節(jié)閥全部打開，不會(huì)影響儀用壓縮空氣的壓力，同時(shí)為保證安全，管路上增加1道氣動(dòng)快關(guān)門，當(dāng)儀用壓力低于0.55 MPa時(shí)自動(dòng)關(guān)閉該氣動(dòng)門。

圖1 壓力穩(wěn)定控制系統(tǒng)示意圖

3.4 增加空壓站節(jié)能管控系統(tǒng)模塊

該模塊根據(jù)空壓機(jī)群配置信息，在保障最低供氣壓力的前提下，運(yùn)用負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)空壓機(jī)群運(yùn)行的優(yōu)化控制，把系統(tǒng)壓力控制在設(shè)定的很小范圍內(nèi)，降低空壓機(jī)群運(yùn)行能耗。

4 改造效果及經(jīng)濟(jì)效益

4.1 儀用壓縮空氣系統(tǒng)

高壓側(cè)管網(wǎng)的盈余氣體自動(dòng)補(bǔ)償至低壓管網(wǎng)，高壓側(cè)管網(wǎng)壓力波動(dòng)范圍由±0.04 MPa降到±0.01 MPa以內(nèi)，減少了空壓機(jī)頻繁調(diào)節(jié)，降低能耗及日常備件消耗。

儀用壓縮空氣多余的氣源能夠輸送至除灰系統(tǒng)使用，且不會(huì)對(duì)儀用壓縮空氣系統(tǒng)的壓力造成影響，平均每小時(shí)可向除灰系統(tǒng)輸送115 m3的氣量，儀用空壓機(jī)能耗下降約4%。

改造后2臺(tái)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)儀用空壓機(jī)就能夠滿足運(yùn)行要求，不需啟動(dòng)第三臺(tái)儀用空壓機(jī)，每天可節(jié)約電能約3 100 kW·h。

4.2 除灰壓縮空氣系統(tǒng)

優(yōu)化氣力輸灰系統(tǒng)在不同時(shí)段輸送單元的運(yùn)行組合，降低了系統(tǒng)工作過程中用氣負(fù)荷波動(dòng)，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率，改善現(xiàn)有系統(tǒng)控制方式的性能；輸灰系統(tǒng)滿倉泵輸送，不存在堵灰和浪費(fèi)氣源的情況，減少對(duì)管道的磨損，提高灰氣比，降低輸灰頻次20%，降低輸灰流速20%，降低能耗10%。

優(yōu)化布袋噴吹和脫硝噴吹系統(tǒng)吹灰方式，將定時(shí)噴吹改為定壓噴吹方式，減少氣源浪費(fèi)。

2臺(tái)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，3臺(tái)空壓機(jī)就能夠滿足用氣要求，每天可節(jié)約電能約7 200 kW·h。

綜上所述，全廠壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能改造后經(jīng)測(cè)算每天可節(jié)約電能約10 000 kW·h，每kW·h電價(jià)以0.32元計(jì)算，1個(gè)月可節(jié)約費(fèi)用9.6萬元，1個(gè)供熱期（5個(gè)月）可節(jié)約費(fèi)用48萬元。

5 結(jié)論

利用工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)將壓縮空氣系統(tǒng)的源頭和用戶有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)智慧型的控制，達(dá)到節(jié)能的目的，投資少、見效快，值得推廣。