東林煤礦壓風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能改造優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

上海自動(dòng)化儀表四廠為降低東林煤礦竟成壓風(fēng)機(jī)房空壓機(jī)的比功率（電單耗）22%以上，大幅度降低運(yùn)行與維護(hù)成本，礦在合理選型的基礎(chǔ)上，采用一級(jí)能效螺桿壓縮機(jī)替代能耗高的機(jī)型，結(jié)合變頻與多機(jī)組群控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)非常優(yōu)的供需匹配，達(dá)到非常優(yōu)的節(jié)能效果。

引言

東林煤礦空壓站的空壓系統(tǒng)包含英格索蘭、復(fù)盛螺桿空壓機(jī)各 2 臺(tái)，運(yùn)行 2-3 臺(tái)，都是10 年前的空壓機(jī)；空壓機(jī)采用了單級(jí)壓縮，螺桿轉(zhuǎn)子采用 4:6 傳統(tǒng)型線螺桿型線，使得空壓機(jī)的能耗水平很高，運(yùn)行效率較低；工藝流程：空壓站內(nèi)螺桿空壓機(jī)把空氣壓縮成 0.7Mpa壓縮空氣，壓縮空氣管道把空壓站生產(chǎn)的壓縮空氣輸送至礦井管網(wǎng)。

1 技術(shù)路線

對(duì)于螺桿空壓機(jī)而言，國(guó)家能效標(biāo)準(zhǔn)共分為三級(jí)，能效級(jí)別越高，輸入比功率越低，運(yùn)行起來就更為節(jié)能，早期的螺桿空壓機(jī)能效級(jí)別普遍不高，導(dǎo)致輸入比功率偏大，且隨著長(zhǎng)期使用，螺桿空壓機(jī)出現(xiàn)較大的衰減，從而推高了壓縮空氣生產(chǎn)成本。 為降低東林煤礦竟成壓風(fēng)機(jī)房空壓機(jī)的比功率（電單耗）22%以上，大幅度降低運(yùn)行與維護(hù)成本。礦在合理選型的基礎(chǔ)上，采用一級(jí)能效螺桿壓縮機(jī)替代能耗高的機(jī)型，結(jié)合變頻與多機(jī)組群控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)非常優(yōu)的供需匹配，才能非常終達(dá)到非常優(yōu)的節(jié)能效果。

項(xiàng)目擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試與理論分析，按運(yùn)行非常佳工況運(yùn)行的原則，首先建立專業(yè)的氣體數(shù)學(xué)模型和參數(shù)采集標(biāo)準(zhǔn)，通過檢測(cè)復(fù)核當(dāng)前運(yùn)行的工況參數(shù)和設(shè)備額定參數(shù)，準(zhǔn)確判斷引起高能耗的原因，準(zhǔn)確找到非常佳工況點(diǎn)，提出非常佳匹配方案；然后通過整改不利因素，按非常佳運(yùn)行工況參數(shù)定做高效節(jié)能空壓系統(tǒng)，替換目前處于不利工況、低效運(yùn)行的設(shè)備，消除因系統(tǒng)配置不合理引起的高能耗，結(jié)合智能化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，滿足安全生產(chǎn)運(yùn)行的條件下達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

為確保節(jié)能效果分析，礦井現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方案如下：為了真實(shí)、準(zhǔn)確評(píng)估節(jié)能改造效果，通過兩種方法分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與計(jì)算。

（1）在總管上安裝了 0#流量計(jì)，通過總管流量計(jì)進(jìn)行對(duì)比，即在一段時(shí)間內(nèi)比較改造前后的總產(chǎn)氣量和總耗電量，計(jì)算平均單耗；

（2）安裝了 2#和 3#出口流量計(jì)，通過 2#和 3#出口流量計(jì)進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋丛谝欢螘r(shí)間內(nèi)分別統(tǒng)計(jì)新/原空壓機(jī)的單耗。通過采用變頻或變?nèi)菡{(diào)節(jié)氣量，提高壓縮機(jī)滿載率（礦井安裝一臺(tái) GR280-63-7-II 型一級(jí)能效定頻螺桿機(jī)及一臺(tái) GR200-46-7-II 型一級(jí)能效變頻螺桿機(jī)）《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50029－2014)要求當(dāng)用戶為間歇性用氣時(shí)，壓氣站應(yīng)采用變頻或變?nèi)菡{(diào)節(jié)氣量。實(shí)踐證明，采用氣量調(diào)節(jié)技術(shù)后，原有的進(jìn)氣門加卸載調(diào)節(jié)耗能現(xiàn)象基本消除，對(duì)于機(jī)組滿載率在80% 、用氣量波動(dòng)的用戶，可節(jié)電 10% 以上；同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明：變頻調(diào)節(jié)有效應(yīng)速度快的優(yōu)勢(shì)，而變?nèi)菡{(diào)節(jié)有成本低的優(yōu)勢(shì)。

2 改造效果分析

2.1 改造前基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的采集

1）對(duì)每臺(tái)空壓機(jī)加裝電表計(jì)量耗電量，電量單位為 kwh，一號(hào)機(jī)、二號(hào)機(jī)及三號(hào)機(jī)電表倍率為 600，四號(hào)機(jī)電表倍率為1200；

2)在空壓站總管上加裝流量計(jì)，計(jì)量壓縮空氣量，氣量單位為 Nm3；

3)電單耗由采集期的總電量/總氣量計(jì)算，電單耗單位為 kWh/Nm3；

4)采集時(shí)間為 15 天，始于 2018 年 6 月 26 日 13:30，止于 2018 年 7 月 11 日 13:30

2.2 改造后數(shù)據(jù)的采集

1）數(shù)據(jù)的采集方案與使用儀表均與改造前相同。

2）采集時(shí)間為 14 天，始于 2018 年 9 月 1 日 7:30，止于 2018 年 9 月 15 日 7:30。

2.3 改造前后的對(duì)比

過改造前后數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，總結(jié)改造前后的電單耗見下表 1。通過電單耗的對(duì)比，節(jié)能率=（改造前電單耗-改造后電單耗）/改造前電單耗=22.4%。

在高效節(jié)能 2 號(hào)空壓機(jī)未投運(yùn)時(shí)，井下掘進(jìn)面為 4 個(gè)，采煤面 2 個(gè)，共計(jì) 6 個(gè)工作面，日均用風(fēng) 67592 Nm3，高峰期運(yùn)行三臺(tái)壓力為 0.61-0.65MPa；2 號(hào)空壓機(jī)投運(yùn)后，井下掘進(jìn)面恢復(fù)至 7 個(gè)，采煤面 2 個(gè)，共計(jì) 9 個(gè)工作面，日均用風(fēng)86109Nm3。因此，改造后空壓機(jī)系統(tǒng)的供氣能力增加，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

2.4 分管流量計(jì)測(cè)電單耗對(duì)比

此外，新增工頻空壓機(jī)由于產(chǎn)氣能力更高，存在約 11%的空載率，另一臺(tái)變頻壓縮機(jī)投入運(yùn)行后，預(yù)計(jì)進(jìn)一步提高節(jié)能率至28%以上。

3 效益分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

通過對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能改造，當(dāng)前工頻單機(jī)對(duì)比能耗下降 22%以上，變頻機(jī)器運(yùn)行后節(jié)能率預(yù)計(jì)可達(dá) 28%以上。正常生產(chǎn)情況下，預(yù)計(jì)年節(jié)約電量 160 萬 kW.h 以上，按電價(jià) 0.607 元計(jì)算，每年節(jié)約電費(fèi) 97.12 萬元以上。

3.2 社會(huì)效益分析

空壓機(jī)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于煤礦、鋼鐵、水泥、化工、石化、冶金等行業(yè)，通過空壓機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備更新?lián)Q代和技術(shù)升級(jí)，提高了空壓系統(tǒng)的運(yùn)行效率，可降低企業(yè)的運(yùn)行成本，提高我礦在煤炭行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)也響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的號(hào)召。

3.3 環(huán)保效益分析

目前，我國(guó)的火電、水電、風(fēng)電、核電、光伏占有率分別為 70%、18%、5%、4%、3%。火電主要是通過燃燒煤炭，產(chǎn)生電力，煤炭在燃燒的過程中，產(chǎn)生的主要污染物是煙塵、SO2、CO2、NOx 等，煙塵會(huì)危及人類健康，SO2 產(chǎn)生酸雨，CO2 是溫室效應(yīng)的主要誘因，NOx 會(huì)在紫外線照射下，形成光化學(xué)煙霧。所以提高設(shè)備運(yùn)行效率，降低電力消耗，是當(dāng)務(wù)之急。每年節(jié)約電量 160 萬 kW.h，每年可節(jié)約 640 噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少排放 435 噸碳粉塵、1595噸 CO2，48 噸 SO2，24噸 NOx，環(huán)境效益非常可觀。

4 結(jié)論

通過更換非常新一級(jí)能效的空壓機(jī)，提高了空壓機(jī)運(yùn)行效率；采用工頻加變頻的供氣模式，提高了空壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率。上海自動(dòng)化儀表四廠并通過實(shí)際測(cè)試研究發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)節(jié)能改造產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)保效益。