钢铁行业压缩空气系统的节能改造实践

期刊: 环球科学 2026年第08期 DOI: 10.67328/BT0444 PDF下载

汪洋洋

爱景节能科技（上海）有限公司 201802

引言

钢铁行业作为典型的高耗能大型工业，压缩空气系统在钢铁企业生产中起着不可替代的作用，但是它的能源利用率一般较低，压缩空气系统占企业总能耗的5%-15%，从几百立方米到上千立方米的用气量，且用气点遍布整个生产流程，是钢铁企业三大主要能耗系统之一。随着钢铁行业对节能降耗的要求不断提高，压缩空气系统的节能优化也成为了企业降低生产成本、提高能源效率的重要方式。本文通过分析钢铁企业压缩空气系统的能耗特点，研究其节能潜力，从系统运行优化、漏气检测与修复、管网优化、节能设备更新等方面提出具体的节能管理措施。在基础上，以某钢铁企业为例来展开节能实践的分析，得出实施效果及改进方向。据研究显示，建立科学的节能体系并进行合理的技改，可以明显改善压缩空气系统的能效，给钢铁企业开展绿色生产、实现可持续发展提供一定的参考。

压缩空气系统能耗特性分析
压缩空气系统组成

钢铁企业压缩空气系统一般由空压站房、空气后处理装置、储气装置、管网系统、终端用气设备等部分组成。空压机为整个系统的心脏，它的主要作用就是将空气压缩到生产需要的压力后输送到管网。后处理系统用冷干、吸干、油水分离等方法改善压缩空气的品质，以保证生产设备的安全可靠运行。储气装置用来稳定系统压力，吸收压力波动，减少空压机启停次数。管网系统由主管、支管组成，覆盖企业的各个工段，是压缩空气输送的重要通道。终端用气设备在炼铁、炼钢、动力、自动化等各个生产环节都存在，承担控制、驱动、辅助动力等任务。因为系统结构复杂、使用点多且分散，任何一环的效率波动都会对总能耗产生较大影响。

钢铁焦化工艺流程

钢铁行业用气特点分析

钢铁行业生产在不同工艺环节对压缩空气的品质要求差异显著，主要体现在压力、压力露点和洁净度三个方面。

动力用气

动力用气主要分为输送用气，喷吹用气和气动用气。在钢铁生产的煤灰输送结烧、高炉冶炼等工艺上使用。输送用气压力在0.5MPa左右这部分压缩空气用气量大，喷吹和气动用气压力在1.2MPa左右，动力用气用气品质低，不需要对空气进行品质处理。

设备用气

设备用气一般是现场的生产设备如轧机、仪表等需要压缩用气充当动力或者清扫作用，用气设备可分为一般设备如炼钢工艺用气压力在0.5MPa，露点温度要求不高约2-10℃，使用冷干机处理。冷、热轧工艺设备用气压力在0.8MPa，露点温度要求高约-40℃，部分场合需要使用吸附式干燥机处理。

仪表用气

仪表系统内含各种气动仪表阀、空气马达、脉冲袋式过滤器等用气压力在0.8MPa，露点温度要求高约-40℃，部分场合需要使用吸附式干燥机处理。

空压系统能耗特点

钢铁冶炼是我国工业最大的能源使用行业，《中国钢铁工业节能低碳发展报告2020》指出：2019年全国粗钢产量99634万吨，年度电力消费4533亿千瓦时（注：2019年全社会用电量72255亿千瓦时，钢铁行业消耗占比6.27%）。钢铁企业自发电量总计2403亿千瓦时，平均自发电率53%。在压缩空气能源使用方面，空压机用电量平均占钢铁厂总用电量的6-8.5%左右；全国钢铁压缩空气体量46万m³/min，全年压缩空气总用量2300亿m³。现阶段，我国钢铁厂空压站设备能效普遍低下，管理普遍粗放，产气单位能耗多在0.13-0.17kWh/Nm³左右（0.5-0.6MPa），存在较大的节能改造/管理空间。

压缩空气系统的能耗主要表现为能量转换效率低、运行负载变化大、输送损耗大、压力设置不合理等特点。空气压缩本身是高能耗的过程，能量利用率一般低于20%，电能大部分用于压缩、摩擦、散热等方面。另外，由于钢铁企业各个工序的用气需求波动剧烈，空压机经常在频繁的加载、卸载、启停之间切换，造成能耗进一步增加。大规模管网结构导致长距离输送、管道老化、接头松动等产生大量的漏损，有些企业甚至达到25%以上，造成严重的能源浪费。此外，部分企业为了保证终端用气可靠性而将系统压力设置得偏高，造成空压机输出压力超过实际需要，增加不必要的能耗负担。因此，压缩空气系统在钢铁行业中具有典型的高能耗特性，是节能改造的重点。

空压系统节能潜力评估

根据系统能耗特性可知，压缩空气系统有较大的节能空间。降低管网漏损可以明显提高能源利用率，漏损率降低1%，系统总能耗大约减少1.5%。其次，经由运行优化及群控调度，可以使得空压机依照需求进行启停和负荷分配，削减无效运行，大约可以节电8%～15%。另外，系统压力应该根据实际的生产需求来调节以保证供气安全，在保证供气安全的同时也可以减少压缩能耗。每降低0.1MPa的压力，电耗就会相应地减少大约7%至10%。最后采用高效的设备更新以及余热回收技术，可以使得综合能效再提高。综合评价得出，典型钢铁企业通过系统的节能改造能实现15%到30%的节能空间，节能潜力很大。

钢铁企业压缩空气系统的节能生产管理方法
空气系统的节能系统运行优化

压缩空气系统节能的首要途径就是优化节能运行。在实际生产中，钢铁企业的生产存在较大的波动，各个工段的用气量需求存在较大的差异，如果空压机的运行方式不合理，很容易造成能量的浪费。因此，改善运行模式就是达成空压机的智能协同控制，让各个机组依照实时压力的变化自动分担负荷。大容量空压机主要承担稳定输出的任务，小容量设备用来补偿波动，可以减少频繁启停，使系统压力稳定。通过集中控制系统实现群控管理，能根据管网压力自动调整空压机的启停状态，减少由于人工调节造成的延迟和误差。另外，科学设定供气压力，根据工艺的用气品质不同可以分开供气，按需供气，避免供气压力过高运行，不仅可以降低电能消耗，还能提高整个系统运行效率。经过这些优化措施后，系统能耗可大幅度降低，压缩空气供应的连续性、可靠性也可以得到有效增强。

空气系统漏气检测与修复

漏气是压缩空气系统能耗浪费中出现最多、危害也最严重的一种问题，所以对系统实施漏气检测并加以修复，就成了节能管理中的一项重要工作。钢铁企业管网复杂、环境多变，泄漏点常见于接头、阀门、软管、仪表管路等地方，并且漏气具有隐蔽性，不容易被及时发现。用超声波检漏仪可以快速定位泄漏点，也可以用分区隔离法或停机压力衰减法来评价整体的漏损率。发现泄漏点之后应立即更换密封件、软管或者阀芯，对易损部位加强保护和固定，减少以后重复漏气的风险。长期进行泄漏点治理可以很大程度上降低能耗，提高系统压力稳定性，减少空压机的负荷，延长设备使用寿命，如表1。

漏损位置	常见原因	修复措施	预期节能效果
管网接头、法兰	密封老化、振动松动	更换密封垫、紧固螺栓	降低漏损3%–8%
阀门、调压器	阀芯磨损、密封不严	更换阀芯、清理杂质	降低漏损2%–5%
软管连接处	老化开裂、安装不当	更换软管、规范安装	降低漏损1%–3%
仪表风管	长期疲劳、外力损坏	更换管路、加装保护	降低漏损1%–2%

表1 钢铁企业典型漏损位置与对应对策表

空气系统管网优化与储气管理

管网优化与储气管理都是提高压缩空气系统效率的主要环节。钢铁企业生产区广、装置多、用气点分散，如果管网结构设计不合理，就容易造成压力损失过大、供气不均，甚至产生气量瓶颈。因此在管网优化中，应尽量采用环形管网结构，使气体可以双向流动，提高供应稳定性；对长距离输送的管段，可以增大管径并减少不必要的弯头和阀门，降低沿程和局部阻力。另外通过增设储气罐，可以有效吸收用气波动，减少空压机频繁加卸载现象，使供气更加平稳。对于大型钢铁企业内设立多个空压站，满足不同区域用气需求，根据工艺产线就近管理。对管网进行清污、防腐和支架加固，可以减少内壁阻力、延长管路寿命。综合管网和储气之后，空气输送效率以及系统的响应能力将会得到明显的提高。

节能设备选型与更新

在压缩空气系统节能改造时，加入高效节能设备是提高整体能效的手段。永磁变频空压机能够根据实际负荷来调节输出功率，因此能够有效地降低耗电量。目前，钢铁企业在改造中应用最广泛的节能设备就是永磁变频空压机。同时高效冷干机和吸干机可以提高空气品质，减少后续管网和终端设备的能量损耗。空压机在运行过程中产生的大量热量，在未被充分利用的情况下就白白地散失掉了，通过安装余热回收系统，可以将热能转化为冬季采暖、职工洗浴或者工艺加热的能源，从而大幅提高能源利用率。智能控制系统对空气的压力、流量、温度、功率等参数实施自动监测与调度，以保证系统处于最佳工作状态。设备更新不仅可以提高节能效果，而且可以改善系统的稳定性和设备的可靠性。

节能技术实践案例分析
某钢铁企业压缩空气系统概况

该钢铁企业共有12台螺杆式空压机，总装机容量3800KW，主要给炼铁、炼钢、动力中心以及各种气动设备提供压缩空气。随着生产规模的扩大，原来压缩空气系统的压力不稳定，管网漏损严重，能耗越来越大，空压机经常处于高负荷运行状态，系统运行能效低，不能满足节能减排的要求。为了改善系统的运行情况，提高企业的能源利用效率，该企业决定实施压缩空气系统节能改造项目。

节能技术实施方案

该企业节能改造方案包含群控系统建立、管网检修与漏点治理、永磁变频空压机替换、储气容量调整以及管网分区供气等内容。首先采用先进的群控系统，把各个空压机纳入到同一个管理平台中，根据实时的压力来控制空压机的启停，并且使空压机之间相互配合。第二，管网全面排查发现300多处泄漏点，并进行修复。同时，对老旧管段进行更换和加固。企业将原有的固定频率空压机更换成高效永磁变频空压机，并新增了两座20立方米储气罐以提高缓冲能力。根据不同的生产区域对于气源压力的实际需要，企业实施了管网分区供气改造，使压缩空气的压力控制更加合理，减少不必要的高压运行。增加余热回收系统，在空压机内内置余热回收板换，代替原有空气源热泵做洗浴用水。经过以上系列技术措施的组合使用，压缩空气系统的整体运行状况得到明显改善。

实施效果分析

节能改造之后，该企业的压缩空气系统运行效率、能源消耗都有明显提升。系统压力稳定性提高了约35%，大大减少终端用气不足和压力波动造成的生产异常；管网漏损率由改造前的22%降低到7%，有效提高压缩空气的利用率；空压机功率负荷降低18%，运行能耗明显降低。经过计算，系统每年可节电约380万千瓦时，节能率为22.4%。另外，余热回收系统每年可以回收热量折算成标准煤大约1200吨，这不仅给企业降低了成本，而且提高了能源梯级利用水平。改造项目成功实施说明，压缩空气系统经合理优化与科学管理，在企业节能降耗方面可以发挥重要的作用。

问题与改进

尽管改造取得了很好的效果，但是还存在一些需要进一步完善的问题。如部分管网结构较为老旧，未来需对更大范围、更系统的管网进行更换升级；部分岗位人员节能意识不强，对异常漏气或压力波动反应速度不够，需要培训提高员工对节能管理的理解及重视。企业能源管理系统数据分析仍处于原始阶段，可进一步引入力控智能化系统进行全方位的空气系统能耗、流量、生产负荷等状况的监控及预测，实现系统智能化、自动化的发展。

钢铁企业节能管理体系建设
能耗监测与信息化管理

钢铁企业压缩空气系统节能管理中，建立能耗监测体系和信息化管理平台是很有必要的。通过安装流量计、压力传感器、能耗采集装置等可以对空压机的运行状态进行实时监控，然后将数据汇总到能源管理平台进行统一分析。系统能自动生成能耗报表，当出现压力异常、能耗突升或漏气情况时，会向管理人员发出预警，便于管理人员及时调整。信息化管理的引入，一方面提高了运行决策的科学性，另一方面也使节能管理由原来的依靠经验型向数据驱动型转变，为后续开展自动化优化奠定了基础。

节能培训与意识提升

人员的节能意识和行为对压缩空气系统的能效有直接影响，所以加强员工节能培训很有必要。组织专题培训、案例分享、现场教学可以提高员工对压缩空气成本、漏损危害、规范操作的认识，在日常巡检、设备操作中能够主动发现、处理异常。企业还可以开展节能竞赛、设立节能奖励制度等途径来提高员工的参与度，使节能行为逐渐成为岗位操作的标准，进而形成良好的节能文化氛围。

节能管理制度与流程

结束语

压缩空气系统是钢铁企业动力系统的重要组成部分，节能空间很大，是钢铁企业实现节能减排、降低能源成本的重要途径。对系统结构、运行模式、管网状况、设备状态进行综合优化，结合智能化管理与员工节能意识提高，可使压缩空气系统的综合能耗明显降低，运行效率显著提高。根据案例研究可知，系统性节能改造可以取得较好的经济效益，同时也可以改善运行稳定性以及设备利用率。未来钢铁企业还要继续推进数字化、智能化管理，建立更加完善的能源管理体系，实现压缩空气系统精细化、透明化运行，不断推进钢铁行业绿色低碳发展。

参考文献

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[8]《固定的空气压缩机安全规则和操作规程》GB/T 10892-2021.

钢铁行业压缩空气系统的节能改造实践