梅钢压缩空气系统运行方式优化实践

吴先吉

（梅山钢铁股份有限公司能源环保部，江苏南京 210039）

前言

空气压缩机在钢铁企业是耗电主要设备，在梅钢中耗电占总量5%左右。压缩空气主要有三大用途，一是作为能源完成做功，用于风动送样等。二是工艺用，让空气成为工艺流程一部分，用于现场生产冷却用气等。三是作为控制用仪表气源，用来停止、启动或调整机械设备的运行操作。总体上来说，在钢铁行业中，压缩空气应用范围广泛，为生产提供仪表、动力、除尘等气源，随着设备精度越来越高，自动化越来越先进，对压缩空气的品质要求也逐步提高。

1 空压站区装备情况

梅钢原共有3 座空压站，1#空压站（铁前空压站）、3#空压站（铁后空压站）、5#空压站（连铸空压站）。这3座空压站之间设置连通管，1#空压站与3#空压站设置一根DN300 的连通管及一根DN500 连通管，3#空压站与5#空压站设置一根DN250 连通管。1#、3#空压站主要向全公司提供生产用净化压缩空气，5#空压站主要向炼钢连铸提供普气。3#空压站多余的气体可以通过联通管向1#空压站、5#空压站补气供用户使用［1］。

各站区装备及运行模式如表1所列。

表1 机组设置及运行模式

净化压缩空气和普通压缩空气最大的区别是净化压缩空气经过干燥器进行净化，压力露点≤-20 ℃。

1#空压站主要用户为2#高炉、5#高炉、码头、焦炉以及3#、4#、5#烧结等。3#空压站主要用户为炼钢厂、冷轧厂、热轧厂以及4#高炉等，5#空压站主要供二炼钢连铸气雾冷却，示意图见图1。

图1 管网示意简图

2 压缩空气系统运行中存在的问题

梅钢1#空压站投用近11 年，3#空压站投用近12 年，从2019 年7 月份开始，3#空压站电机发生多起事故。前期结合公司主线生产情况，逐步安排3#空压站每台电机下线强化检修10～15天。根据电机的情况，1#空压站及3#空压站每台电机需下线大修45天，在此期间系统无备机，存在极大的风险。

随着公司产能及自动化的提升和环保设施增加，生产用压缩空气量逐步增加。高峰时段，1#空压站全开，3#空压站及5#空压站各只有一台备用机组，如有机组检修维护，备用机组更少。按照《压缩空气站设计规范》（GB50029-2014）规范建议，安装机组小于或等于5 台机组时，以其中1 台为备机，而实际难以达到，一旦一台机组出现故障跳机后则难以保证正常供应，保供风险极大。

对各主要用户用气情况进行分析，主要用户用气量大多超过实际设计值，原设计供应能力和运行方式已经无法满足实际生产需求。

4#、5#高炉压缩空气用量远超设计值，分别超过设计值约190 m3/min 和150 m3/min，4#、5#烧结超设计值分别为91 m3/min 和78 m3/min。二炼钢净气超设计值86 m3/min，二热轧超设计值78 m3/min。各主体用户超设计累计为673 m3/min，具体见表2，对系统运行提出极大的挑战，备机数量减少，风险变大。

表2 各主要用户设计用量与实际用量对比 单位：m³/min

3 改进措施

为了解决问题，保障压缩空气系统运行的稳定性，从供应侧和需求侧进行分析，提出了相应的改进措施［2］。

（1）在现场实际生产中，5#空压运行2台机组是有富裕量的，供应能力为600 m3/min，二炼钢连铸气雾冷却实际使用量约为400 m3/min，存在卸载现象。从节能和保供的角度出发，挖掘部分用户用气由净化压缩空气改为普通压缩空气极为重要。对炼铁厂、炼钢厂和热轧厂压缩空气现场使用情况调研、梳理和分析，存在不合理用气现象：

①一、二热轧用户用气大部分用于吹扫，对压缩空气品质要求不高，而在实际中由于供应问题，使用的为净化压缩空气。

②4#、5#高炉转鼓冲渣和皮带吹扫用气，对压缩空气的品质和压力要求也不高，而在实际供应中只有净化压缩空气。

③摄像头冷却的压缩空气可以采用普气进行冷却，而实际使用的是净化压缩空气。

优化措施：将现场部分用气由净化压缩空气改为普通压缩空气，具体见表3。

表3 净气改普气内容

在靠近大高炉区域的原一炼钢软水站现有站房，利旧修复2 台排气量167 m³/min，排气压力0.5 MPa 离心机，命名为4#空压站，压缩空气系统总的供气能力增加334 m³/min，但是用户用气量未变化。并新建DN250 压缩空气管道将4#空压站与5#空压站联通。形成普通站房的联通管，进一步提高普气管网供气系统的可靠性，用普通压缩空气替换净化压缩空气，减轻了净化压缩空气管网供气压力。

（2）优化除尘器运行方式，减少净气消耗。梅钢区域有各类除尘器60个左右，除尘器用气为间断用气，在实际使用过程中，为了追求高效往往将吹扫时间延长，而这种方式并不是最佳方式且浪费能源。

在现场与炼钢厂用户沟通，将二炼钢现场11个除尘器脉冲反吹间隔时间由6 s 调整为7 s，通过一段时间的运行观察，运行效果良好，随后逐步推广至一炼钢、新事业等用户，将反吹间隔时间延长，减少反吹用气。

（3）梳理公司压缩空气计量情况，对重点用户无表计及计量无法上传点进行现场查看，完善计量，提升系统用户用气量的分析和管控。

（4）炼铁厂大烧结配料生石灰共有4个仓，其中4#烧结机2 个仓，5#烧结机2 个仓，每台机2 个仓的输送点前配一个压缩空气储气罐，每个仓打灰时用气量约为1 500 m3/h，每个仓每天需打灰10 h 左右，一天消耗的压缩空气总量约为60 000 m3，并且2～4个仓同时打灰的情况约占50%，同时打灰时所需压缩空气耗量为3 000～6 000 m3/h，加上除尘等其它用气，大烧结区域压缩空气耗量峰值达到29 000 m3/h，对压缩空气管网冲击比较大。

在4#及5#配料生石灰压缩空气储气罐后各增加一台25 m3/min的空压机，储气罐进气管处增加一单向阀，并将4#烧结生石灰气包与5#烧结生石灰气包用DN100管道连通，满负荷运行2台机组，不足的气量经过单向阀由原有压缩空气系统补充，达到削减大烧结区域压缩空气峰值的目的，用气量波动峰值由现有的29 000 m3/h 降低至25 000 m3/h 以内，减少对压缩空气管网的冲击。

4 运行效果

通过以上措施的实施，极大的缓解了现有压缩空气系统运行的压力，降低了压缩空气系统运行单耗。

（1）正常运行时，1#、3#空压站各运行4台机组，增加了净气系统的备机率。普气系统由于新增的2台167 m3/min 离用气点近处于全开状态，5#空压站运行1 台机组，且中间有联通管通过调节阀作为应急保安用，极大的保障了系统的稳定性。

（2）所有空压站综合运行电单耗由原来的1 210 kWh/万m³下降为1 170 kWh/万m³，极大的节约了运营成本。

5 管理对策

在与压缩空气的用户侧不断的摸索和沟通过程中，针对现场生产用气要求也更加清晰、明了，在管理上形成了相应的管控措施：

（1）建立价格引导机制，区分净气和普气的使用价格，通过价格差，积极引导有条件的用户将生产的部分用气由净化压缩空气改为普通压缩空气。

（2）建立异常情况下用户侧快速管控点，将烧结区域PD 泵输灰大且反应速度快的用气点作为调节用户，并编制异常状况下各用户停机减量顺序，将对系统的影响降至最低。

（3）根据用户用气特点，划分不同的用气压力区域［3］，1#空压站供应用户的压力控制在0.45～0.5MPa，3#空压站供应用户的压力控制在0.56～0.64 MPa，普气系统供应用户的压力控制在0.4～0.5 MPa，在满足用户生产需求的前提下，极大的降低能源成本。

（4）编制各产线开停机管控标准，跟踪产线用气变化情况，产线定修对各检修用户开展压缩空气跑冒滴漏检查，对每日各主体用户用气情况进行跟踪，对异常波动进行分析，杜绝不正常用气。

6 结语

在这次运行优化后，极大的缓解了压缩空气系统遇到的供应不足的问题，参照用户需求品质，优化了净化压缩空气和普通压缩空气供应，一方面提高了系统供气能力和用气的效率，另一方面降低系统供气的生产成本，增强系统供应能力的安全冗余，满足大生产需求。