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基于中心空压站的余热节能系统

发表时间：2021/5/10 来源：《基层建设》2021年第1期作者：黄复兴

[导读] 摘要：国家十三五规划纲要指出：大力倡导循环经济节约能源，建立生态环境友好型社会，实现人与社会、环境的和谐发展，以造福整个人类社会。

        中车齐齐哈尔车辆有限公司黑龙江齐齐哈尔 161002
        摘要：国家十三五规划纲要指出：大力倡导循环经济节约能源，建立生态环境友好型社会，实现人与社会、环境的和谐发展，以造福整个人类社会。在这样的大背景下，节能技术的广泛应用得到了公司层面的高度重视，以中心空压站余热节能系统改造项目最为引人注目，该项目实施后，降低人工成本支出的同时，实现节电节能，取得了良好的社会经济效益。
        关键词：中心空压站；余热节能系统
        1 压缩机工作原理
        1.1组成结构
        空气压缩机由以下7部分组成：
        1) 油循环系统[2]
        在启动前，首先启动油泵控制系统，保证空压机各润滑部件润滑良好，内置的温控阀调节内部油压和油温。
        2) 气路循环系统[2]
        空气压缩机工作时，空气经过自洁式空气过滤器被吸入，通过PLC自动清洗过滤器，空气由导叶自动调节后进入一级压缩，压缩后的高温气体进入中间冷却器冷却（水走管内，气走管外，中冷器的水流量要求为110m/h）之后进入二级压缩系统，为避免气体倒入压缩腔内（避免带压起动），在排气管道安装有一只悬挂全启式止回阀，压缩机排出的气体推开止回阀进入排气消声器，然后进入一级后冷器，二级后冷器，再进入排气主管道。
        3) 水路循环系统[2]
        冷却水通过管道进入空压机中间冷却器对一级压缩排出的气体进行冷却降温，再进入后冷器对排气进行冷却，另一路冷却水进水管道经过主电机上部的两组换热器冷却电机绕组，还有一路对油冷却器进行冷却。
        4) 配电系统[2]
        空压机为高压电机（6kV）采用全压启动，控制柜为户内交流、金属铠装抽出式开关设备，实现控制、保护、监测的目的，具有“五防”功能。
        5) 屏保护系统[2]
        中央信号装置分为事故信号和预告信号两种。
        6) 直流电源系统[2]
        PZ32系列全自动免维护铅酸蓄电池直流电源成套设备，由充电装置屏，直流馈电屏和蓄电池组成，具有自动稳流、稳压、调压等功能，为中央信号屏和高压控制系统提供电源。
        7) DTC控制系统[2]
        DTC控制屏是空压机的“大脑”，采集现场传感器的数值，并在控制屏上显示各类运行参数，监控整机运行状态，并具有报警或自动使空压机停机。
        1.2 特征特点
        电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，引起气缸容积变化。由于气缸内压力的变化，通过进气阀使空气经过空气滤清器（消声器）进入气缸，在压缩行程中，由于气缸容积的缩小，压缩空气经过排气阀的作用，经排气管，单向阀（止回阀）进入储气罐，当排气压力达到额定压力0.7MPa时由压力开关控制而自动停机。当储气罐压力降至0.5--0.6MPa时压力开关自动联接启动[2]。
        而空气压缩机就是提供气源动力，是气动系统的核心设备，机电引气源装置中的主体，它是将原动（通常是电动机或柴油机）的机械能转换成气体压力能的装置，是压缩空气的气压发生装置[2]。
        2 工程现状
        目前，以锻工热泵房、中心空压站二处余热作为公司浴池专用热水的热源，实际运行过程中，主要存在以下三方面的问题：
        （一）冬季公司浴池专用热水供应量不足且成本高，主要原因：
 锻工分厂冬季基本无余热可用，热源不足，致使锻工热泵房水源热泵工作效率极低，基本以电加热为主。
        （二）中心空压站冷却水系统能耗较高，主要原因：
         冷却水系统流量偏大
         目前使用的设备大多为国家规定淘汰的高耗能设备
         空压机余热未充分有效利用，致使冷却塔运行时间过长
        （三）锻工热泵房及中心空压站二个场所供热水
         投入运行操作人员较多，人工成本高且不便于管理
        3 改造实施方案
        3.1 调整浴池专用热水供应方式
        锻工热泵房、中心空压站二处供应热水，既多投入3个运行操作人员又浪费能源，必须改变运行方式。经调研论证，延长中心空压站热泵的运行时间，增加热水供应量的方式，能够满足全公司浴池热水供应。因此，停运锻工热泵房，减少运行操作人员且节约电能。

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        3.2 离心式空压机余热利用[1]
        3.2.1三级冷却器作为热水循环加热器的创新设想
        近二个月的实际应用证明，三级冷却器作为循环加热器的设想是成立的，理论可行，实际运行过程对设备无任何不良影响。用事实证明设备厂家对三级冷却器进口温度不能超过35°C的要求是伪命题。为进一步利用空压机的余热打下了坚实的理论和实践基础。
        3.2.2一、二级冷却器余热利用的思考和大胆的实践，做第一个敢于吃螃蟹的人
        一、二级冷却器的热量远大于三级冷却器，不但无法利用而且还要用冷却塔降温，能源的浪费巨大。如何通过工艺改造实现余热利用降低水温，取消冷却塔环节，是一举二得的极佳方案。
        对诸多先进余热利用设备及方案的研究总结，发现余热利用设施投入巨大且投资回报率极低，显然是不可取的。需要另外寻求投入少见效快的方案，但是风险极大。具体构想是：直接利用一、二级冷却循环水，在三级冷却器循环加热，达到45°C后作为浴池热水供应，余热利用充分，大大减少冷却系统的运行时间，是最佳的节能方案！
        水质能否达标是项目的风险所在，首先，一、二级冷却循环水并非密闭环境，冷却时冷却水在冷却塔处与空气接触，对水质产生影响；其次是冷却器材质对水质的影响。针对上诉问题，经深入研究，提出一整套解决方案：1）定期对水库进行清洗消毒；2）确保水库水处于循环流动更新状态；3）水库按照水源地标准进行日常管理；4）由专业部门对水质进行定期检验。经检验该方案能够有效控制水质达到洗浴标准，防范意外发生。
        4 空压站冷却水系统与专用热水供应系统融合的工艺改造
        按照技改项目进度安排，将对以下系统实施改造
        1) 对2#、4#离心式空压机、95#螺杆空压机进行改造，回收更多的余热
        2) 进一步改造余热循环加热系统，提高循环效率
        3) 空压机冷却系统改造，包括：
         淘汰高耗能水泵；
         电控系统改进，采用变频系统根据设备运行负荷调整冷却水量，节省大量电能并减少控制系统故障；
        4）拆除原有废旧管道，按照新方案重新设计管路
        5 项目经济效益分析
        5.1 目前已取得效益[3]
        1) 锻工热泵房停用，减设3个运行操作岗位，节约人工费支出20万元/年。
        2) 锻工热泵停用节电：原有250kW热泵、37kW循环泵每天24小时持续运行，37kW供水泵每天运行1.5小时，现全部停运，节电4000度/天。
        3) 中心空压站节电：
         余热利用循环泵由22kW替换为5.5kW水泵运行，节电300度/天；
         132kW热泵每天至少运行7小时以上，节电700度/天以上；
         15kW冷却塔循环泵减少运行时间16小时/天，节电200度/天；
        综上，节约人工成本20万元/年；节电5200度/天，按年运行时间300天计算，每年节约电能119.25万元，合计年节约费用达到139.25万元，节能效果显著，成绩斐然。目前改造的材料成本在2万元以内，人工成本待项目全部完成后在预算中加以核算。
        5.2 改造全部完成后经济效益分析（每年按300天计算）
        1) 目前已取得的经济效益：年节约费用139.25万元；
        2) 热泵132kW每天还可减少运行2小时以上，节电200度/天；
        3) 空压机37 kW冷却水泵减少一台运行，节电700度/天以上；
        4) 冷却塔风扇22 kW每天减少运行时间4小时以上，每年运行90天；冷却塔循环泵15 kW每天减少运行4小时以上，每年按300天计算，合计每年节电21000度；
        5) 节约锻工热泵维保费用14万元，中心空压站除垢剂20万元，合计34万元。
        6 结语
        综上，改造完成后年节约总价值高达195.075万元以上，空压站节能改造项目费用预算为45万元，投入产出比相当可观。
        参考文献：
        [1]祁大同编著，《离心式压缩机原理》，机械工业出版社，2018年
        [2]周文编著，《流体机械结构与维护》，化学工业出版社，2017年
        [3]王志魁编著，《化工原理》，化学工业出版社，2018年