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壓縮機多方面為鋼鐵行業能效助力

發表時間:2023-10-11 08:55
 能效提升是鋼鐵工業實現綠色低碳高質量發展的核心舉措?!半p碳”目標提出以來,我國鋼鐵產業結構持續優化,節能工作取得積極成效。中國鋼鐵工業協會數據顯示,重點統計鋼鐵企業噸鋼綜合能耗由2012年的602.7千克標準煤/噸下降至2022年的551.4千克標準煤/噸。國家相關部委以及《“十四五”現代能源體系規劃》等政策文件對能源轉型提出了新要求;2022年12月9日,《鋼鐵行業能效標桿三年行動方案》正式啟動,第三大鋼鐵改造工程——**能效工程進入實質性實施階段。結合國家要求及行業形勢,鋼鐵企業應當堅定不移地發揮自身的能源轉換功能優勢及能效潛力,創新優化能源結構,突出原料用能導向,實現綠色低碳高質量發展。
  此外,國家發展改革委發布的《關于嚴格能效約束推動重點領域節能降碳的若干意見》提出:到2025年,通過實施節能降碳行動,鋼鐵等重點行業達到標桿水平的產能比例超過30%,行業整體能效水平明顯提升,碳排放強度明顯下降,綠色低碳發展能力顯著增強。到2030年,重點行業能效基準水平和標桿水平進一步提高,達到標桿水平企業比例大幅提升,行業整體能效水平和碳排放強度達到國際先進水平。
  針對國家推進的能效標桿、能效約束、**能效工程,《鋼鐵行業能效標桿三年行動方案》啟動開展“雙碳**實踐能效標桿示范廠”培育工作,以及“三清單、兩標準、一系統”組合設計,有序推動鋼鐵行業重點工序能效達到標桿,促進鋼鐵工業綠色低碳高質量發展。
  招式一:構建液化空氣儲能系統
  當前,鋼鐵行業處于向“多能互補”用能新格局轉型的時期,多數鋼鐵企業仍比較迷茫,僅進行了屋頂光伏、鋼化聯產、余熱供暖等方面的探索。在傳統管理模式下,鋼鐵能量流基本無序,且運行效率低、耗散損失大。為此,鋼鐵行業亟須構建以儲能為核心的閉環運行網絡,提高現有能源流系統能效。
  在鋼鐵企業,有一定應用場景的新型儲能系統包括儲熱系統、電化學儲能系統、液化空氣儲能系統等。在新的發展形勢下,新型儲能將有更大的發展空間,有助于解決能源供求時空不匹配問題。
  比如液化空氣儲能??辗盅b置是一種以消耗電能為主,生產大規模氧氣、氮氣、氬氣等工業氣體的設備??諝夥蛛x工序在鋼鐵企業中通常消耗1/5~1/4的電力,具備很大的調峰潛力??辗盅b置本身具備一定的變負荷生產能力,可利用分時電價進行錯峰生產,在電價高時低負荷生產,在電價低時高負荷生產,大幅降低生產用電成本;還可以通過調節壓縮機在不同時間段的功耗,控制空氣液化量和存儲量,利用液化空氣儲能實現用電負荷的調節。
  液化空氣儲能技術的原理是通過低溫液化技術利用過剩電能,將常溫常壓空氣液化存儲在貯槽,將電能轉化成深冷能;發電時,液化空氣經過增壓加熱氣化后輸入到發電膨脹機,深冷能轉化成電能補充到電網系統中。
  鋼鐵企業具備液化空氣儲能所需的空分裝置,通過液化空氣儲能與空分設備有機耦合,可以**化節約設備投資成本,提高儲能經濟效益。此外,鋼鐵企業有大量低品位余熱,也可以與液化空氣儲能實現多能互補,提高儲能的綜合效率。右圖為液化空氣儲能與空氣分離耦合流程示意圖。
  招式二:打造高能效空壓站
  大型鋼鐵行業的壓縮空氣系統應用廣泛,常用的工藝多種多樣,如掃吹、冷卻、氣缸動力、保壓、水霧化、儀器儀表、燒結氣力輸送、高爐噴吹、連鑄汽霧冷卻、轉爐底吹、各種氣動儀表閥門、氣動馬達、脈沖袋式除塵器等多種用氣工藝,壓縮空氣系統中空氣壓縮機是主要的氣源設備,而空氣壓縮機的耗電量也是驚人的,壓縮空氣系統的電能消耗占整個工廠總耗能的15%~30%,耗能巨大。采取適宜的節能技術,加強在鋼鐵行業空壓站中的應用,降低能源消耗,對提高整個生產過程的效率和可持續性意義重大。
壓縮機多方面為鋼鐵行業能效助力
  現在的鋼鐵行業的壓縮空氣系統,通常具有以下特點:廠區的供氣范圍大、系統管網復雜、管網老化嚴重、多數管網存在不同程度的泄漏。系統多次變更、設備種類不統一。排水點多,排水時也把壓縮空氣一起排出,造成浪費。一般由多空壓站組成,靠近負荷區域,不便于整體負荷調節。用氣工藝繁多,壓力需求和用氣品質不統一,不利于集中供氣??諌赫镜墓芾硪话悴捎枚嗖块T管理模式,不利于統一管理。系統監控不完善,信息化程度低,智能運行水平不高。
  針對鋼鐵行業的壓縮空氣系統以上各個特點,整體思路為盡量采取整體優化,局部調整的策略進行優化:
  1.干氣、濕氣分開供應,因為壓縮空氣質量越高,壓縮空氣的成本也越高,而鋼鐵廠有些工藝如煉鋼連鑄汽霧冷卻用壓縮空氣,對壓縮空氣的質量要求并不是很高;
  2.高壓、低壓用氣分開供應,因為壓縮空氣壓力越高,壓縮空氣的成本也越高;
  3.改造老舊管網,避免壓縮空氣泄漏,優化各系統之間的安全串氣調節;
  4.設備排污和儲氣罐排水需要采用專業的冷凝液排除器,建議使用電子排水器;
  5.根據系統運行特點配置供氣端集中控制系統,實現系統均衡負載控制,消除機組的不必要浪費;
  6.更換低效率及老舊設備,淘汰氣電比嚴重超出正常值的設備;
  7.解決局部高壓的用氣工藝,盡量降低系統的供氣壓力;
  8.盡量采用空氣壓縮機預熱回收利用。
  案例:首鋼股份能源部空壓機七站正式掛牌“一級能效壓縮空氣站”,成為全國鋼鐵行業首個符合一級能效標準的空壓機站。
  空壓機七站是首鋼股份新能源汽車電工鋼配套建設項目。項目伊始,首鋼股份就按照“綠色節能、低碳、可持續”發展理念,致力于打造行業領先的低能耗空壓機站。在設備選型方面,嚴謹科學、多方調研考察,與諸多行業技術領先的空壓機廠商進行深入技術交流。綜合考慮干燥器的體積、壓差、效率等因素,搭配節能型轉鼓式壓縮熱干燥器,做到真正的零氣耗。在優化工藝方面通過設計和施工時優化布置方案,優化管道路由,由原來一臺空壓機對一臺干燥器的單管制改成母管制。母管制的優點是管網內多臺機組能夠壓力均衡,風壓高時可實現多臺機組不滿載、不放風以最經濟的方式供風。公司能源部組成項目專班,從項目調研、立項、設計、施工、調試各方面落實責任、層層把關,不放過每一個細節,最終打造出了全國鋼鐵行業**所符合一級能效標準的空壓機站。
  空壓機七站投運后,打破了首鋼股份供風管網原有的壓縮風平衡。能源部組織專業人員不斷調試、測量、計算、分析,重新確定壓力設定點和調節站所,保證空壓機七站長期滿載運行,發揮設備**性能,空壓機每千立風耗電量降低0.81千瓦時,全年節電143萬千瓦時,節省電費71萬元狠抓精益管理,梳理空壓機七站操作流程,制定新的崗位規程,指導崗位人員根據空氣濕度和露點將干燥器運行模式做動態調整,以節約每一滴水、每一度電。經過第三方檢測機構鑒定,空壓機實際輸功效率達到58%,超過了一級能效55%的標準線,空壓機七站達到一級能效站所標準。
  招式三:借用壓縮機打破能源轉化壁壘
  現有鋼鐵生產流程中的焦化副產品化產利用、副產煤氣及余熱發電、高溫熔渣制備水泥及其他建材等技術已實現規?;a,具有跨冶金、化工、電力、建材等行業聯產的特征??缧袠I協同與碳氫元素原料耦合利用將成為鋼鐵工業實現更大范圍系統節能的重要途徑和運營模式。
  煤氣、蒸汽用于周邊企業燃料及熱源。從能效及經濟性角度考慮,對于附近有其他產業的鋼鐵企業而言,把副產煤氣、蒸汽外售的經濟性要優于發電利用。如鞍鋼鲅魚圈通過外銷煤氣給華能、外銷蒸汽給嘉里糧油,每年創效近8000萬元;南京鋼鐵通過華潤壓縮空氣等能源保供模式創新,實現區域能源供應有效協同。
  副產煤氣用于化產,實現降碳、固碳和高價值利用。副產煤氣中含有CO、H2和CH4等成分,可以作為化工合成的基本原料氣。焦爐煤氣制備的化工產品主要有天然氣、甲醇、乙醇、乙二醇等。此外,焦爐煤氣還可以用于合成氨進而生產尿素化肥等,從焦爐煤氣中分離提取的氫也是重要的氫能來源。轉爐煤氣提純的CO可與焦爐煤氣分離的H2結合,合成乙醇、乙二醇或者生產草酸、甲酸等化工產品,也可以采取發酵蒸餾的方式,通過加入氨制成燃料乙醇,同時產生副產沼氣和蛋白粉飼料。目前,已有很多鋼企在這方面開展了應用,如山鋼日照、河北安豐等企業建有焦爐煤氣制天然氣裝置,滄州中鐵、達州鋼鐵、黑龍江建龍等建設了焦爐煤氣聯合高爐煤氣制甲醇裝置,晉南鋼鐵建設了焦爐煤氣聯合轉爐煤氣制乙二醇裝置,石橫特鋼建設了轉爐煤氣制甲酸裝置。
  顯然,上述工藝環節,離不開各類壓縮機的參與。比如,福建龍鋼智能化鋼鐵工業4.0定制化生產示范項目,新建1臺300m2燒結機及相應配套設施、燒結機燒結礦的設計生產能力為260.9萬t/a,燒結礦實際生產規模為139.79萬t/a;1臺120萬t/a球團鏈篦機-回轉窯及相應配套設施、球團鏈篦機-回轉窯球團礦的設計生產能力為120萬t/a,球團礦的實際生產規模為61.12萬t/a,另有煉鐵、煉鋼等設施。
  以上需要建設1座全廠集中空壓站、1套40000Nm3/h制氧機組(氧氣40000m3/h、氮氣40000m3/h、壓力氮氣1000m3/h、液氧500m3/h、液氮500m3/h、液氬1450m3/h),供全廠使用。其中,連鑄二冷用壓縮空氣由連鑄單元的獨立空壓站供應。全廠普通壓縮空氣由全廠集中空壓站供應。新建全廠集中空壓站站房一次建成,站內設有5臺離心式空壓機(4用1備),流量350m3/min(標),壓力0.85MPa。40000Nm3/h制氧機組主要生產設備設施就包括1臺空氣壓縮機流量約210000Nm3/h、氧氣壓縮機組1臺,中壓流量:20000Nm3/h,低壓流量:20000Nm3/h、中壓氮氣壓縮機組1臺,流量:30000Nm3/h、低壓氮氣壓縮機組1臺,流量:15000Nm3/h。
壓縮機多方面為鋼鐵行業能效助力
  招式四:電機系統節電技術
  鋼鐵企業電機的應用非常廣泛,其電機耗電量占總耗電量的60%~70%,節能潛力很大。
  電機系統能效提升的主要措施包括:一是更新淘汰低效電動機及高耗電設備,推廣高效節能電動機、稀土永磁電動機,高效風機、泵、壓縮機,高效傳動系統等。二是提高電機系統效率,推廣變頻調速、永磁調速等先進電機調速技術,改善風機、泵類電機系統調節方式,逐步淘汰閘板、閥門等機械節流調節方式,合理匹配電機系統,消除“大馬拉小車”現象。三是以先進的電力電子技術傳動方式改造傳統的機械傳動方式,如電動機智能模糊控制器,根據負載改變電動機的做功大小滿足生產的需要,逐步采用交流調速取代直流調速,采用高新技術改造拖動裝置等。四是優化電機系統的運行和控制,推廣軟啟動裝置、無功補償裝置、計算機自動控制系統等,通過過程控制合理配置能量,實現系統經濟運行。


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