周亮

上海丛麟环保科技股份有限公司，上海，201102

0 引言

根据危险废物处置工厂生产特点，所处置的物料种类多样，物料处置方式调整频繁，因此多套装置为间歇运行，压缩空气用气量大、波动大是该类工厂的显著特点，合理规划此类工厂的压缩空气系统、并且最大限度利用空压机组产生的废热，一直是个难题。因此，该类工厂空压站系统相关设施的规划设计对全厂高效低耗运行具有重要意义。

1 空压站的系统规划

该工厂属于综合性危险废物处置工厂，处理能力大，用气量大，用气量波动较大。该工厂部分装置和罐区设置了氮封体系，设置了气动阀门、气动隔膜泵、布袋除尘器反吹、喷枪冷却、激波吹灰、气力输送系统等。因此系统运行需要的气源种类为干燥压缩空气、仪表空气、高纯氮气。

根据各规划装置用气情况，统计如下，干燥压缩空气消耗量为5294 Nm3/h（正常），最大6244 Nm3/min；仪表空气消耗量为578 Nm3/h（正常），最大745 Nm3/min；氮气消耗量为832 m3/h（正常），最大966 m3/min；原压缩空气正常消耗量约142.8 m3/min。

考虑综合工况配置了3台60Nm3/min的微油螺杆空压机，利用原有的两台30Nm3/min微油螺杆空压机（作为备用）。配制制氮机1套（1000Nm3/h），氮气增压机1台（60Nm3/h），微热吸附干燥机1台（20Nm3/min），冷冻干燥机（60Nm3/min）2台，冷冻干燥机（45Nm3/min，制氮机专用）1台[1]。

2 空压站的系统设计及控制方案

2.1 制氮系统设计

主要设备名称：PSA制氮机组、空气缓冲罐、氮气缓冲罐，氮气储气罐、风冷冷冻干燥机、氮气压缩机，与整个系统配套的管路和电控系统（含本系统所需的电气柜、控制柜、控制开关、显示屏等）。

氮气（0.6MPa）用途：净化后的压缩氮气，压力0.6MPa（G），常压露点不大于-40摄氏度，含油量不大于0.1ppm，为装置各工段提供氮密封气源、敏感物料转运动力源以及吹扫气源等。

氮气（1.0MPa）用途：净化后的压缩氮气，压力1.0MPa（G），常压露点-23摄氏度，含油量不大于0.1ppm，为装置某些工段高压部分提供氮密封气源以及吹扫气源等。

2.2 制氮系统运行方式

系统配置1台PSA制氮机（1000Nm3/h，99.5%纯度，进气压力0.7～0.8MPa），1台压缩空气冷冻干燥机（60Nm3/min，排气常压露点-23摄氏度，进气压力0.8MPa），1台氮气工艺罐（碳钢，5.0m3，0.6MPa）。1台6公斤氮气储罐（碳钢，5.0m3，0.6MPa），1台10公斤氮气储罐（碳钢，2.0m3，1.0MPa），1台氮气增压机（1.0m3，进气0.6MPa，排气1.0MPa）。

空压机制备的压缩空气粗滤后进入制氮装置冷干机，干燥后的空气通过精密过滤器后处理合格的气体进入制氮机，经检测纯度合格的氮气一部分通过储罐进入厂区氮气（0.6MPa）管网，另一部分通过氮压机加压后经过储罐进入厂区氮气（1.0MPa）管道。

2.3 空压系统设计

设备名称：空气压缩机组、储气罐、微热吸附干燥机、冷干机以及与整个系统配套的管路和电控系统（含本系统所需的电气柜、控制柜、控制开关、软启动器、变频器等）。

压缩空气用途：从空压机出来的压缩空气，压力0.8MPa，常压露点-25摄氏度，含油量不大于0.1ppm，为制氮系统和仪表空气系统供气，为喷枪雾化、布袋反吹、燃烧器雾化、气动隔膜泵等供气。

仪表空气用途：气源需求压力0.7MPa，常压露点-40摄氏度，含油量不大于0.01ppm，为气动执行机构供气（如气动调节阀、气动开关阀等）。

2.4 空压系统运行方式

空压系统配置2 台缓冲空气罐（1 0 m3，0.8MPa），3套精密过滤器（包含C级、T级、A级，设计进气压力0.8MPa），2台冷干机（70Nm3/min，0.8MPa），1套微热吸附干燥机（0.8MPa，排气量27Nm3/min），系统配置3台空压机，空压机参数（排气量64.5m3/min，0.8MPa），2台工频空压机，1台变频空压机，配置2台软启动柜、1台变频柜。制氮装置空气预处理系统以及仪表空气处理系统，处理合格的气体分别进入厂区装置空气管网，仪表空气管网以及制氮系统。具体方案详见图1空压站各系统设计方案。

3 空压机系统的节能设计

在我国，目前空压机的总耗电量已接近3200亿kWh，为了节能和减少二氧化碳排放，在技术和投资允许的情况下，降低空压系统的能耗显得尤为重要[2]。

对本项目的各空压机进行自动节能控制是控制空压机低水平能耗的有效手段，因此本系统配置了联控功能组件（联控柜）：本系统中的空压机/冷干机/微热吸附干燥机都具备联控功能，并要求每一台空压机都可以作为主机控制其他空压机/设备的运行。

对联控基本功能说明如下：联控的主要作用是控制2台工频和1台变频空压机的启停（加/卸载）和变速调节，可以手动调节压力上限和下限，监控三台空压机的运行状态，具备存储器，保存和实时监控各机组运转状态信号，具备RS485通讯协议接口，可实现与其他空压机或我方DCS系统远程通信的功能。联控功能和单机控制功能可切换。当系统负荷小的时候可以自动关闭1台冷干机和进口开关阀，实现节能控制，并在系统负荷增加超过一台干燥机干燥能力时，打开另一台干燥机，两台干燥机可实现主机辅机切换。

a）在联控状态下，按下系统启动按钮，通过变频器启动A机组（变频），变频器输出频率由低至高逐级调节，直到达到压力下限值，频率根据气量变化，自动调节。若变频器调节到最大频率，系统压力仍未达到压力下限值，一段延迟时间后，通过软启动系统启动B机组（工频），体系输出压力上升，若输出压力达到系统设置的上限值，则降低A机组配套的变频器输出频率，直到达到系统设定的压力下限值，系统稳定运行。若变频器调节到最大频率，系统压力仍未达到压力下限值，一段延迟时间后，通过软启动系统启动C机组（工频）后，系统输出压力上升，压力达到上限值。调节A机组变频器输出频率，频率由高至低逐级调节，直到达到压力下限值，系统稳定运行。

b）厂区压缩空气消耗气量减少时，降低变频器的频率，稳定系统的压力。当变频器频率降低到设定值时，系统压力仍为上限值，一段延迟时间后，发出卸载指令，卸载其中1台工频空压机（B/C）。自动调节A机组变频器输出频率，直到达到压力下限值，系统稳定运行，一段延迟时间后，关闭已经卸载的1台工频空压机（B/C）。当厂区压缩空气消耗气量进一步减少时，降低变频器的频率，稳定系统的压力。当变频器频率降低到设定值时，系统压力仍为上限值，发出卸载指令，卸载正在运行的1台工频空压机（B/C）。同时自动调节A机组变频器输出频率，直到达到压力下限值，系统稳定运行，一段延迟时间后，关闭已经在卸载状态下的1台工频空压机（B/C）。

通过以上的调节，空压站内设备可以实现恒压供气的同时，最大限度使站内能耗达到较低水平。

4 空压机组的余热综合利用

4.1 空压机组余热情况

本项目空压站现有3台型号为M355-8的水冷喷油螺杆空压机，额定功率为355 kW，额定排气压力为0.8 MPa，额定产气量为每台62 m3/min，单台空压机满负荷运行的热量交换需求为1045 MJ/h，油流量为390L/min，经过油冷却器和后冷却器后的冷却水压降0.85 bar[3]。在水冷机组的冷却水基础上增加1套供热的上回水管路，冬季切换为供暖线路，夏季切换为循环冷却水。夏季工况：利用厂区800m3/h凉水塔，输入的冷却循环水流量最大为108m3/h，上水温度25℃，回水温度32℃[4]。

4.2 空压机组余热利用情况

1）供热条件：根据空压机组的热交换需求和厂区现有房间供暖面积情况，本工程利用机组余热对厂区供热，厂区总供热面积约为5800m2（含综合办公楼4600m2和辅助生产用房1200m2），室内配置的钢制暖气片600mm高（TLE-6，中心距600mm，高度645mm，片距80mm，每组7柱，最大供热量每组840w），单组散热面积约1.45m2，共计645组，散热器的总安装面积约935m2。

2）供热系统介绍，供热回水依次经过后冷却器和油冷却器温度从34℃升温到49℃，三台空压机的供热回水并联运行，设循环热水罐1台（安装），循环泵2台（60m2/h，45m，11kW，1用1备），实际总供水量为55m2/h，进出空压机组换热器的上水母管管径150，上回水管道总长度570m，泵出口压力0.49MPa。空压机组的后冷却器进水压力为0.36MPa，出油冷却器的水压为0.28 MPa，系统总阻力0.34MPa，系统平稳运行。

3）供热效果介绍，管路采用30mm橡塑进行保温，从空压站至最远端温度损失为3℃，所供热的建筑物都做了外墙保温，室外温度最低-10℃。在室内最冷的季节实测平均室内温度18.5℃（阴面）以上。采暖期为11月初至次年4月初。供暖改造前冬季供暖采用中央空调，每年取暖季的电耗约为95500kWh。经过供热改造，年节约空调电量8.6万kWh，且循环水塔的出来循环冷却水，每年可节约新鲜水6300t（循环水蒸发和排污后的补水）[5]。

本空压机组余热回收系统主要方案见图2空压机组余热回收系统设计方案。

5 结语

国家各级能源部门、各生产企业等都对压缩空气系统节能技术的能源节约提出了要求，中大型空压机组耗电量大，因此做好系统匹配和节能设计都具有重要的意义，从国内外压缩空气系统节能技术的发展可以看出，未来的节能研究方向主要趋于以下几个方面：机组本身的节能设计及对余热的综合利用，需要根据每个空压站的特点，针对性地全面考虑，同时还需要加强对相关技术的研究，确保所采用的节能措施能够有效降低生产、生活能耗。