導(dǎo)語：火電廠空壓機系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1空壓機系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計方法探討

1.1空壓機系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的主要方法?？諌簷C系統(tǒng)可通過優(yōu)化系統(tǒng)選擇，對空壓機和后處理設(shè)備進行合理選型來達到節(jié)能設(shè)計的目的。在系統(tǒng)選擇上突破“同型式、同容量的空氣壓縮機”的限制，按壓力的不同需求分別選擇高、低壓壓縮空氣分流的系統(tǒng)；重視空壓機設(shè)備能效水平，根據(jù)比功率參數(shù)選擇節(jié)能型空壓機；根據(jù)不同壓力露點選擇合適的后處理設(shè)備，減小后處理設(shè)備的壓縮空氣損耗量。1.1.1選擇高、低壓壓縮空氣分流系統(tǒng)。根據(jù)工程不同用氣壓力要求，分別設(shè)置常規(guī)的高壓空壓機系統(tǒng)和低壓空壓機系統(tǒng)，系統(tǒng)分開，分別備用。根據(jù)多個工程資料收集，濃相氣力除灰系統(tǒng)和石灰石氣力輸送系統(tǒng)的輸送壓損一般在0.2～0.3MPa，個別電廠接近0.4MPa(見圖1)，故對于這兩種用氣可以采用排氣壓力為0.3～0.55MPa的低壓空壓機。離心式空壓機在額定負荷穩(wěn)定不變運行時，能效一般優(yōu)于螺桿機[2]，而螺桿機在變負荷工況下的性能明顯優(yōu)于離心機(如調(diào)節(jié)范圍和方式、啟停響應(yīng)時間、靈活性和節(jié)能性等)，在大氣量系統(tǒng)選擇時應(yīng)注意到系統(tǒng)氣量隨負荷變化的特點，選擇離心式空壓機為主力機穩(wěn)定運行，螺桿空壓機調(diào)節(jié)運行。一般來說，對于排氣壓力為0.7MPa的空壓機，排氣壓力每降低0.1MPa，能耗可以降低7%左右。故采用低壓空壓機系統(tǒng)可以有效降低系統(tǒng)能耗。根據(jù)工程經(jīng)驗，對于低壓耗氣量超過300m3/min的大型空壓機站系統(tǒng)，推薦采用高低壓系統(tǒng)分開設(shè)計，儀用氣系統(tǒng)推薦采用高壓螺桿系統(tǒng)，輸送用氣系統(tǒng)推薦采用低壓離心＋低壓螺桿方案。1.1.2對空壓機進行合理選型。根據(jù)工程用氣條件及系統(tǒng)選擇要求，選擇合適的空壓機，不僅要求對儀用高壓螺桿式空壓機選用較高能效的產(chǎn)品，并且低壓空壓機的主力運行機選擇低壓離心式空壓機，運行能耗更低。國家非常重視設(shè)備的節(jié)能，從行業(yè)規(guī)范和政策上對節(jié)能設(shè)備進行引導(dǎo)和扶持。而能源效率等級是判斷產(chǎn)品是否節(jié)能的最重要指標。目前在空壓機行業(yè)已經(jīng)對容積式空壓機能效等級進行了分級，空壓機能效等級分為3級，其中1級能效最高。對于噴油螺桿式空壓機，單從設(shè)備的電耗來說，2級能效的空壓機比3級能效的空壓機節(jié)能10％以上[3]。1臺40m3/min，排氣壓力0.7MPa的空壓機，運行電耗大約是250kW，如果按年運行5500h，電價按0.4元/度計算，每年節(jié)約10％的電耗大約節(jié)省5.5萬元，相當(dāng)于5年內(nèi)節(jié)約的電費可以再買一臺相同的設(shè)備，所以節(jié)能效果相當(dāng)可觀。理論上能效等級越高越好，但是目前能達到1級能效的空壓機還非常少，為了便于設(shè)備招標，可以要求設(shè)備能效等級達到1級或2級，杜絕使用不節(jié)能設(shè)備。對于低壓空壓機，目前常用的有離心式空壓機、噴油螺桿式空壓機和無油螺桿式空壓機。需要注意的是，螺桿式空壓機一般是定型產(chǎn)品，低壓噴油螺桿機存在跑油問題。另外也需要重視低壓空壓機的能效水平，由于目前低壓空壓機還沒有統(tǒng)一的能效等級規(guī)范，但仍應(yīng)根據(jù)其比功率水平進行選取。目前市場上排氣壓力為0.3～0.5MPa低壓噴油螺桿空壓機比功率可以達到4.1～4.8kW/(m3/min)。而低壓離心式空壓機一般是根據(jù)工況點設(shè)計，并且是全無油的機型，沒有低壓噴油機遇到的問題，一般能夠保證較好的運行效率和較高的可靠性，適合大容量穩(wěn)定運行的場合。1.1.3對后處理設(shè)備進行合理選型。根據(jù)壓力露點[4]要求選用零氣耗壓縮熱和外加熱后處理設(shè)備，減小空壓機選型容量。由于低壓空氣體積增大，流速增加，其后處理設(shè)備選型需要加大，再生耗氣量也會增大，但是選用零氣耗后處理設(shè)備后，則減少了再生耗氣量的損耗，節(jié)約了用氣，反應(yīng)到空壓機上就是可以降低空壓機的容積流量，則相應(yīng)的空壓機運行能耗降低。1.2其他節(jié)能方式。1.2.1空壓機站的余熱回收。[5]空壓機在壓縮過程中產(chǎn)生大量的熱能，但是由于這些熱能回收溫度不高，在電廠中能利用的地方不多，主要方向是生活熱水利用、寒冷地區(qū)冬季取暖，后處理設(shè)備還可以利用了離心式空壓機的壓縮熱等。1.2.2空壓機系統(tǒng)及管網(wǎng)的精確計算通過對系統(tǒng)管網(wǎng)及布置的優(yōu)化設(shè)計，降低系統(tǒng)的壓降，從而在選擇空壓機時選擇合適的壓力。1.2.3空壓機站宜采用集散控制系統(tǒng)。(distributedcontrolsystem,DCS)或群控的節(jié)能控制方式空壓機系統(tǒng)主要管道宜裝設(shè)露點儀及流量計，用于實時監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)并及時進行調(diào)控?？刂葡到y(tǒng)除了具備基本的邏輯控制外，還應(yīng)具備數(shù)據(jù)的紀錄、儲存以及分析的功能，通過對長期運行數(shù)據(jù)的分析以及通過優(yōu)化的算法，達到最優(yōu)控制的目的。1.2.4針對系統(tǒng)的波動選擇大容量儲氣罐系統(tǒng)。一般來說，火電廠的用氣比如除灰輸送用氣是波動的，可能造成空壓機系統(tǒng)空壓機頻繁啟停。有效的氣量消峰可以避免備用機的啟停次數(shù)。1.3火電廠空壓機站節(jié)能的判定標準。衡量一個電廠空壓機站是否節(jié)能，主要是看單位氣量下的動力消耗指標(或單位動力下的產(chǎn)氣指標)。前面設(shè)備部分已提到設(shè)備的能效等級的概念，但個別設(shè)備的節(jié)能僅僅指設(shè)備本身，對于空壓機系統(tǒng)，影響節(jié)能的因素很多。所以對于火力發(fā)電廠的空壓機系統(tǒng)，特別是大容量空壓機系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的系統(tǒng)能效指標來衡量系統(tǒng)的節(jié)能是非常有必要的。系統(tǒng)能效作為有一定超前性的指標，能夠比較直觀地衡量系統(tǒng)的節(jié)能性，其與設(shè)備初投資和全壽命期優(yōu)等標準所側(cè)重的方面不同，因為設(shè)備價格、檢修維護價格等是動態(tài)的，隨技術(shù)進步長期來說是不斷降低的，而能源價格長期是不斷上漲的，故能效指標在全壽命期優(yōu)的各種指標中更具有前瞻性，其重要性是不斷增加的。目前來看，在空壓機系統(tǒng)中設(shè)備初投資僅占全壽命期投資的10％左右，而系統(tǒng)運行費用所占的比重在85％以上，故系統(tǒng)能效與全壽命期優(yōu)有高度的符合性，即系統(tǒng)能效的高低基本反應(yīng)了全壽命期經(jīng)濟性的情況。目前空壓機行業(yè)的空壓機站能效標準正在制訂之中，推薦按綜合輸功效率標準來判斷空壓機站的節(jié)能水平，但其中熱能回收占很大比例，不能較好地反映當(dāng)前火電廠空壓機站的實際情況。故在現(xiàn)階段我們暫不采用綜合輸功效率，系統(tǒng)能效仍然參照空壓機設(shè)備的能效表示方法，即采用系統(tǒng)比功率：產(chǎn)出的有效氣量和輸入功率的比。

2空壓機系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計實例

以越南某電廠為例，通過大容量壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化的典型案例比較，說明經(jīng)過優(yōu)化后的節(jié)能效果：該電廠為2×600MW循環(huán)流化床鍋爐(circulatingfluidizedbedboiler,CFB)機組，四爐兩機，全廠采用集中空壓機站。1)主要氣象資料當(dāng)?shù)?996年～2007年主要氣象資料平均值見表1。2)工程用氣量資料經(jīng)過除灰、熱控、熱機等專業(yè)統(tǒng)計，全廠需要的壓縮空氣用量見表2。3)原設(shè)計方案全廠耗氣量合計為580Nm3/min，考慮到后處理選用組合式干燥機，在壓力露點為－20℃時再生耗氣量為4%，用氣點壓縮余量修正后的標準容積流量Qe為：Qe=580×(1+4%)=603.2Nm3/min。根據(jù)全廠耗氣量合計，計算空壓機自由出風(fēng)量(freeairdelivery，F(xiàn)AD，指經(jīng)過壓縮機壓縮后的空氣體積以入氣口的自由空氣狀況(溫度，壓力，濕度等)來表示)[6]：Qfad＝(PN/P)×[(273＋t)/(273＋tN)]×Qe(1)式中：Qfad為空壓機FAD流量(m3/min)；PN為標準大氣壓，絕對壓力(MPa)，取0.1013；P為空壓機工作環(huán)境壓力，絕對壓力(MPa)，忽略空氣中水蒸氣分壓，近似取當(dāng)?shù)卮髿鈮?.1013；t為空壓機工作環(huán)境溫度(℃)，取40.7；tN為標準狀態(tài)溫度(℃)，取0；Qe為用氣點壓縮余量修正后的標準容積流量(Nm3/min)，計算得603.2。將數(shù)值代入，計算得Qfad＝693m3/min。原設(shè)計方案按全廠集中方案擬定，采用同容量，同型號空壓機。設(shè)備配置見表3。表3原設(shè)計方案設(shè)備配置表編號項目原設(shè)計方案備注1空壓機設(shè)備配置12臺70m3/min，0.75MPa噴油螺桿機10臺運行，2臺備用螺桿式空壓機選擇3級能效以上產(chǎn)品2后處理設(shè)備配置12臺85Nm3/min組合式干燥機10臺運行，2臺備用4)優(yōu)化設(shè)計方案優(yōu)化設(shè)計方案采用高低壓分開方案，高壓空壓機部分采用噴油螺桿式空壓機，低壓空壓機部分推薦采用低壓離心式空壓機＋低壓螺桿式空壓機組合的方案。通過計算，低壓空壓機出口壓力選用0.55MPa；后處理設(shè)備選用零氣耗鼓風(fēng)外加熱干燥機和零氣耗壓縮外加熱干燥機；經(jīng)過流量修正計算，空壓機的FAD選型流量降低。根據(jù)公式(1)高壓部分FAD流量計算結(jié)果為：75m3/min。低壓部分FAD流量計算結(jié)果為：595m3/min。優(yōu)化后的方案配置見表4。5)初投資和運行費比較見表5。6)小結(jié)本案例中，優(yōu)化后的系統(tǒng)綜合比功率降低了1.73kW/(m3/min)，年運行電費節(jié)約270萬元(約占原設(shè)計方案年運行電費的28％)，優(yōu)化成果顯著，詳見圖2。雖然初投資有所增加，但優(yōu)化設(shè)計方案的全壽命期總價仍比原設(shè)計方案節(jié)約25%左右。

3結(jié)論

本文的案例表明，優(yōu)化后的系統(tǒng)節(jié)能效果顯著。對于火電廠大容量空壓機站的節(jié)能設(shè)計可采用如下方法：1)當(dāng)火電廠低壓耗氣量超過300Nm3/min時，空壓機站系統(tǒng)推薦按高、低壓壓縮空氣系統(tǒng)分流設(shè)計，儀用氣系統(tǒng)采用高壓螺桿機，輸送用氣系統(tǒng)采用低壓離心＋低壓螺桿機供氣的方案。2)空壓機設(shè)備合理選型，選擇能效等級高、比功率較低的空壓機產(chǎn)品。3)后處理設(shè)備優(yōu)化配置，根據(jù)壓力露點需求選用零氣耗或低氣耗的后處理設(shè)備。4)除了單個設(shè)備選擇節(jié)能產(chǎn)品，同時要滿足系統(tǒng)能效高的要求。5)宜對系統(tǒng)及管網(wǎng)進行精確計算，滿足系統(tǒng)在穩(wěn)定負荷以及負荷波動情況下的最優(yōu)控制要求。6)在有條件的情況下可對空壓機站的余熱回收利用。

作者:萬屹 毛永龍 潘莉 馬愛萍 許華 單位:中國電力工程顧問集團西南電力設(shè)計院有限公司