導(dǎo)語(yǔ)：火電廠(chǎng)空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀(guān)點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

1空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方法探討

1.1空壓機(jī)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的主要方法。空壓機(jī)系統(tǒng)可通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)選擇，對(duì)空壓機(jī)和后處理設(shè)備進(jìn)行合理選型來(lái)達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)的目的。在系統(tǒng)選擇上突破“同型式、同容量的空氣壓縮機(jī)”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(jī)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(jī)；根據(jù)不同壓力露點(diǎn)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(jī)系統(tǒng)和低壓空壓機(jī)系統(tǒng)，系統(tǒng)分開(kāi)，分別備用。根據(jù)多個(gè)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(gè)別電廠(chǎng)接近0.4MPa(見(jiàn)圖1)，故對(duì)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(jī)。離心式空壓機(jī)在額定負(fù)荷穩(wěn)定不變運(yùn)行時(shí)，能效一般優(yōu)于螺桿機(jī)[2]，而螺桿機(jī)在變負(fù)荷工況下的性能明顯優(yōu)于離心機(jī)(如調(diào)節(jié)范圍和方式、啟停響應(yīng)時(shí)間、靈活性和節(jié)能性等)，在大氣量系統(tǒng)選擇時(shí)應(yīng)注意到系統(tǒng)氣量隨負(fù)荷變化的特點(diǎn)，選擇離心式空壓機(jī)為主力機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，螺桿空壓機(jī)調(diào)節(jié)運(yùn)行。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于排氣壓力為0.7MPa的空壓機(jī)，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(jī)系統(tǒng)可以有效降低系統(tǒng)能耗。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于低壓耗氣量超過(guò)300m3/min的大型空壓機(jī)站系統(tǒng)，推薦采用高低壓系統(tǒng)分開(kāi)設(shè)計(jì)，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(duì)空壓機(jī)進(jìn)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(jī)，不僅要求對(duì)儀用高壓螺桿式空壓機(jī)選用較高能效的產(chǎn)品，并且低壓空壓機(jī)的主力運(yùn)行機(jī)選擇低壓離心式空壓機(jī)，運(yùn)行能耗更低。國(guó)家非常重視設(shè)備的節(jié)能，從行業(yè)規(guī)范和政策上對(duì)節(jié)能設(shè)備進(jìn)行引導(dǎo)和扶持。而能源效率等級(jí)是判斷產(chǎn)品是否節(jié)能的最重要指標(biāo)。目前在空壓機(jī)行業(yè)已經(jīng)對(duì)容積式空壓機(jī)能效等級(jí)進(jìn)行了分級(jí)，空壓機(jī)能效等級(jí)分為3級(jí)，其中1級(jí)能效最高。對(duì)于噴油螺桿式空壓機(jī)，單從設(shè)備的電耗來(lái)說(shuō)，2級(jí)能效的空壓機(jī)比3級(jí)能效的空壓機(jī)節(jié)能10％以上[3]。1臺(tái)40m3/min，排氣壓力0.7MPa的空壓機(jī)，運(yùn)行電耗大約是250kW，如果按年運(yùn)行5500h，電價(jià)按0.4元/度計(jì)算，每年節(jié)約10％的電耗大約節(jié)省5.5萬(wàn)元，相當(dāng)于5年內(nèi)節(jié)約的電費(fèi)可以再買(mǎi)一臺(tái)相同的設(shè)備，所以節(jié)能效果相當(dāng)可觀(guān)。理論上能效等級(jí)越高越好，但是目前能達(dá)到1級(jí)能效的空壓機(jī)還非常少，為了便于設(shè)備招標(biāo)，可以要求設(shè)備能效等級(jí)達(dá)到1級(jí)或2級(jí)，杜絕使用不節(jié)能設(shè)備。對(duì)于低壓空壓機(jī)，目前常用的有離心式空壓機(jī)、噴油螺桿式空壓機(jī)和無(wú)油螺桿式空壓機(jī)。需要注意的是，螺桿式空壓機(jī)一般是定型產(chǎn)品，低壓噴油螺桿機(jī)存在跑油問(wèn)題。另外也需要重視低壓空壓機(jī)的能效水平，由于目前低壓空壓機(jī)還沒(méi)有統(tǒng)一的能效等級(jí)規(guī)范，但仍應(yīng)根據(jù)其比功率水平進(jìn)行選取。目前市場(chǎng)上排氣壓力為0.3～0.5MPa低壓噴油螺桿空壓機(jī)比功率可以達(dá)到4.1～4.8kW/(m3/min)。而低壓離心式空壓機(jī)一般是根據(jù)工況點(diǎn)設(shè)計(jì)，并且是全無(wú)油的機(jī)型，沒(méi)有低壓噴油機(jī)遇到的問(wèn)題，一般能夠保證較好的運(yùn)行效率和較高的可靠性，適合大容量穩(wěn)定運(yùn)行的場(chǎng)合。1.1.3對(duì)后處理設(shè)備進(jìn)行合理選型。根據(jù)壓力露點(diǎn)[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(jī)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(huì)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(jī)上就是可以降低空壓機(jī)的容積流量，則相應(yīng)的空壓機(jī)運(yùn)行能耗降低。1.2其他節(jié)能方式。1.2.1空壓機(jī)站的余熱回收。[5]空壓機(jī)在壓縮過(guò)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(chǎng)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(jī)的壓縮熱等。1.2.2空壓機(jī)系統(tǒng)及管網(wǎng)的精確計(jì)算通過(guò)對(duì)系統(tǒng)管網(wǎng)及布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)的壓降，從而在選擇空壓機(jī)時(shí)選擇合適的壓力。1.2.3空壓機(jī)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(jī)系統(tǒng)主要管道宜裝設(shè)露點(diǎn)儀及流量計(jì)，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)并及時(shí)進(jìn)行調(diào)控。控制系統(tǒng)除了具備基本的邏輯控制外，還應(yīng)具備數(shù)據(jù)的紀(jì)錄、儲(chǔ)存以及分析的功能，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析以及通過(guò)優(yōu)化的算法，達(dá)到最優(yōu)控制的目的。1.2.4針對(duì)系統(tǒng)的波動(dòng)選擇大容量?jī)?chǔ)氣罐系統(tǒng)。一般來(lái)說(shuō)，火電廠(chǎng)的用氣比如除灰輸送用氣是波動(dòng)的，可能造成空壓機(jī)系統(tǒng)空壓機(jī)頻繁啟停。有效的氣量消峰可以避免備用機(jī)的啟停次數(shù)。1.3火電廠(chǎng)空壓機(jī)站節(jié)能的判定標(biāo)準(zhǔn)。衡量一個(gè)電廠(chǎng)空壓機(jī)站是否節(jié)能，主要是看單位氣量下的動(dòng)力消耗指標(biāo)(或單位動(dòng)力下的產(chǎn)氣指標(biāo))。前面設(shè)備部分已提到設(shè)備的能效等級(jí)的概念，但個(gè)別設(shè)備的節(jié)能僅僅指設(shè)備本身，對(duì)于空壓機(jī)系統(tǒng)，影響節(jié)能的因素很多。所以對(duì)于火力發(fā)電廠(chǎng)的空壓機(jī)系統(tǒng)，特別是大容量空壓機(jī)系統(tǒng)，采用統(tǒng)一的系統(tǒng)能效指標(biāo)來(lái)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(biāo)，能夠比較直觀(guān)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(biāo)準(zhǔn)所側(cè)重的方面不同，因?yàn)樵O(shè)備價(jià)格、檢修維護(hù)價(jià)格等是動(dòng)態(tài)的，隨技術(shù)進(jìn)步長(zhǎng)期來(lái)說(shuō)是不斷降低的，而能源價(jià)格長(zhǎng)期是不斷上漲的，故能效指標(biāo)在全壽命期優(yōu)的各種指標(biāo)中更具有前瞻性，其重要性是不斷增加的。目前來(lái)看，在空壓機(jī)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(yùn)行費(fèi)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(jì)性的情況。目前空壓機(jī)行業(yè)的空壓機(jī)站能效標(biāo)準(zhǔn)正在制訂之中，推薦按綜合輸功效率標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷空壓機(jī)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(chǎng)空壓機(jī)站的實(shí)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(jī)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(jī)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

以越南某電廠(chǎng)為例，通過(guò)大容量壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化的典型案例比較，說(shuō)明經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的節(jié)能效果：該電廠(chǎng)為2×600MW循環(huán)流化床鍋爐(circulatingfluidizedbedboiler,CFB)機(jī)組，四爐兩機(jī)，全廠(chǎng)采用集中空壓機(jī)站。1)主要?dú)庀筚Y料當(dāng)?shù)?996年～2007年主要?dú)庀筚Y料平均值見(jiàn)表1。2)工程用氣量資料經(jīng)過(guò)除灰、熱控、熱機(jī)等專(zhuān)業(yè)統(tǒng)計(jì)，全廠(chǎng)需要的壓縮空氣用量見(jiàn)表2。3)原設(shè)計(jì)方案全廠(chǎng)耗氣量合計(jì)為580Nm3/min，考慮到后處理選用組合式干燥機(jī)，在壓力露點(diǎn)為－20℃時(shí)再生耗氣量為4%，用氣點(diǎn)壓縮余量修正后的標(biāo)準(zhǔn)容積流量Qe為：Qe=580×(1+4%)=603.2Nm3/min。根據(jù)全廠(chǎng)耗氣量合計(jì)，計(jì)算空壓機(jī)自由出風(fēng)量(freeairdelivery，F(xiàn)AD，指經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)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(lái)表示)[6]：Qfad＝(PN/P)×[(273＋t)/(273＋tN)]×Qe(1)式中：Qfad為空壓機(jī)FAD流量(m3/min)；PN為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，絕對(duì)壓力(MPa)，取0.1013；P為空壓機(jī)工作環(huán)境壓力，絕對(duì)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(jī)工作環(huán)境溫度(℃)，取40.7；tN為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度(℃)，取0；Qe為用氣點(diǎn)壓縮余量修正后的標(biāo)準(zhǔn)容積流量(Nm3/min)，計(jì)算得603.2。將數(shù)值代入，計(jì)算得Qfad＝693m3/min。原設(shè)計(jì)方案按全廠(chǎng)集中方案擬定，采用同容量，同型號(hào)空壓機(jī)。設(shè)備配置見(jiàn)表3。表3原設(shè)計(jì)方案設(shè)備配置表編號(hào)項(xiàng)目原設(shè)計(jì)方案?jìng)渥?空壓機(jī)設(shè)備配置12臺(tái)70m3/min，0.75MPa噴油螺桿機(jī)10臺(tái)運(yùn)行，2臺(tái)備用螺桿式空壓機(jī)選擇3級(jí)能效以上產(chǎn)品2后處理設(shè)備配置12臺(tái)85Nm3/min組合式干燥機(jī)10臺(tái)運(yùn)行，2臺(tái)備用4)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)方案采用高低壓分開(kāi)方案，高壓空壓機(jī)部分采用噴油螺桿式空壓機(jī)，低壓空壓機(jī)部分推薦采用低壓離心式空壓機(jī)＋低壓螺桿式空壓機(jī)組合的方案。通過(guò)計(jì)算，低壓空壓機(jī)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(jī)和零氣耗壓縮外加熱干燥機(jī)；經(jīng)過(guò)流量修正計(jì)算，空壓機(jī)的FAD選型流量降低。根據(jù)公式(1)高壓部分FAD流量計(jì)算結(jié)果為：75m3/min。低壓部分FAD流量計(jì)算結(jié)果為：595m3/min。優(yōu)化后的方案配置見(jiàn)表4。5)初投資和運(yùn)行費(fèi)比較見(jiàn)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(yùn)行電費(fèi)節(jié)約270萬(wàn)元(約占原設(shè)計(jì)方案年運(yùn)行電費(fèi)的28％)，優(yōu)化成果顯著，詳見(jiàn)圖2。雖然初投資有所增加，但優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的全壽命期總價(jià)仍比原設(shè)計(jì)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(duì)于火電廠(chǎng)大容量空壓機(jī)站的節(jié)能設(shè)計(jì)可采用如下方法：1)當(dāng)火電廠(chǎng)低壓耗氣量超過(guò)300Nm3/min時(shí)，空壓機(jī)站系統(tǒng)推薦按高、低壓壓縮空氣系統(tǒng)分流設(shè)計(jì)，儀用氣系統(tǒng)采用高壓螺桿機(jī)，輸送用氣系統(tǒng)采用低壓離心＋低壓螺桿機(jī)供氣的方案。2)空壓機(jī)設(shè)備合理選型，選擇能效等級(jí)高、比功率較低的空壓機(jī)產(chǎn)品。3)后處理設(shè)備優(yōu)化配置，根據(jù)壓力露點(diǎn)需求選用零氣耗或低氣耗的后處理設(shè)備。4)除了單個(gè)設(shè)備選擇節(jié)能產(chǎn)品，同時(shí)要滿(mǎn)足系統(tǒng)能效高的要求。5)宜對(duì)系統(tǒng)及管網(wǎng)進(jìn)行精確計(jì)算，滿(mǎn)足系統(tǒng)在穩(wěn)定負(fù)荷以及負(fù)荷波動(dòng)情況下的最優(yōu)控制要求。6)在有條件的情況下可對(duì)空壓機(jī)站的余熱回收利用。

作者:萬(wàn)屹 毛永龍 潘莉 馬愛(ài)萍 許華 單位:中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司