压缩机设置方案优化吴俊

压缩机设置方案优化吴俊

吴俊

(中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司陕西西安710054)

1.工程概述

国电咸阳西郊热电联产项目2×350MW工程位于陕西省咸阳市秦都区，咸阳高新开发区内。本项目由国电西北分公司投资建设。本期新建两台热电联产机组，预留扩建条件。

2.压缩空气系统的全生命周期成本构成

压缩空气是工业领域中应用最广泛的动力源之一，被称为现代工厂第四大能源，据统计，我国的压缩机耗电量约为全国用电总量的9.4%，，风机约为10.4%，国家《节能中长期专项规划》把电机系统节能工程作为十大重点节能工程。相关资料指出：我国压缩空气系统的节能有着10%~50%空间，因此，压缩空气站节能对我国的节能减排有着重要意义。

在设计压缩空气系统，对比方案节能效率时，需要对比的是压缩空气系统全生命周期的运行成本，而不只是项目的初投资，全生命周期运行成本包括：初投资、能耗、维修保养和冷却水费用。下图1.1给出了在全周期内各个成本的比例：

图1.1压缩空气生产成本

其中投资费用就是固定成本，由设备采购费用，建筑费用，安装与保险费用构成。它作为全部费用的一部分，和压缩空气品质和分摊回收期有关。

维修费用是指压缩装置的保养等，它只占装置总费用的最小部分，一般来说，影响维修保养费用和压缩机的形式，辅助设备，运行条件，安装条件等有关。

能耗占了系统全周期陈本的绝大部分，这里的能耗也就是设备运行使用电费，他和压缩机组、后处理装置有关。

3.火力发电厂压缩空气用途

火力发电厂压缩空气的用户主要有：锅炉仪用气、汽机仪用气、化水仪用气、废水仪用气、脱硫仪用气、脱硝仪用气、除灰仪用气、全厂杂用气、物料输送用气等。按其功能可分为热工控制用气、检修作业用气和物料输送用气三大类。

4.空压机形式选择

4.1活塞式空压机

往复式空压机是变容式压缩机，通常也称为活塞式空压机。这种压缩机是将封闭在一个密闭空间内的空气逐次压缩（缩小其体积）从而提高其气压。

喷油往复式空压机汽缸采用滑动密封，润滑油不循环，造成排气含油量和含尘量大，增大了后处理设备的符合；同时，润滑油带入管网系统，易产生积炭，当排气温度在160℃左右，可能发生燃烧和爆炸，影响设备的安全运行。

4.2螺杆空压机

回转式空压机也称为螺杆空压机，属于变容式压缩机。最普通的回转式空压机是单级喷油螺杆式空压机，这种压缩机在机腔内有两个转子，通过转子来压缩空气，内部没有阀门。这种空压机一般为油冷却，同时这种油起到了密封的作用。由于冷却在空压机内部进行，因此部件不会有很高的温度。由于结构简单易损件少，回转式螺杆空压机很容易维护、操作，并具有安装灵活的特点。

4.3离心式空压机

离心式空压机是速度式压缩机，它是利用高速旋转的叶轮使空气的流速来实现动能向压力的转换。离心式空压机的最高转速在40000rpm，线速度可达400m/s。采用柔性轴配合滑动轴承，需预热润滑启动。

离心式空压机是无油空压机，其运动件很少，特别适用于大气量无油的要求。离心式空压机气量调节范围小，在70%~100%之间，小流量易发生喘振现象。

4.4本工程空压机形式的选择

活塞式空压机运行可靠性较差，维修工作量较大，现有电厂一般很少采用活塞式空压机；因电厂所需的压缩空气量有限，采用离心式空压机的电厂较少，大多电厂仪用空压机一般均采用品质和调节性能优良的螺杆式空压机，故障率低。因此，本工程推荐采用螺杆式空压机。

5.后处理设备形式选择

5.1压缩空气品质要求

空压机出口的压缩空气为饱和或过饱和湿空气(含有一定量的游离水)，需根据空气品质要求进行处理。仪用压缩空气必须进行干燥、除油、除尘净化处理；检修用气主要用于机组大修和带有GGH的脱硫系统吹扫使用，空压机出口的（低温排气）压缩气不经处理即可满足要求。

5.2压缩空气干燥设备选择

5.2.1冷冻式干燥机

冷冻式干燥机是利用制冷原理制成的压缩空气除水设备，因其工作原理和结构所限，压力露点设置不允许低于2℃，而换热效率与分水效率决定了其出口真实露点不可能达到蒸发器的设定值，实测露点多在5~15℃之间。所以，冷冻式干燥机虽有运行费用低（约为1/3~1/5）之优点，但由于干燥度低，对于寒冷地区的室外用气和长距离管道输送（包括室外储气罐）的用气以及工艺要求深度干燥的应用场合，则大量使用吸附式干燥器。

5.2.2吸附式干燥机

吸附是因吸附质与吸附剂分子间相互作用而发生吸附质分子相际转移的一种现象。当待干燥的压缩空气与吸附剂充分接触时，空气中的水分子扩散到吸附剂上并因范德华引力而被吸附。与此同时，被吸附的水分子因本身的热运动及外界气态分子碰撞，有一部分离开吸附剂表面返回气相，即发生脱附。当同一时间内水分子的吸附量与脱附量相等时，就达到了一个动态吸附平衡，这种动态平衡是在一定温度及压力条件下建立的。当温度和压力改变时，系统原有的平衡关系将被打破而建立一个新的平衡关系。一定压力下，水的吸附量随温度升高而减少；即在低温或高压下水分被吸附，在高温或低压下水分被解吸。

5.2.3组合式干燥机

这种形式的干燥机指将冷冻式干燥机和吸附式干燥机组合使用。冬季冷冻式干燥机无法达到工艺要求的露点温度，而组合式干燥机扬长避短，既保证了用户所需的低露点，而又有较小的能耗，但组合式干燥机的成本是吸附式干燥机的约1.5倍。

5.3本工程压缩空气后处理设备的选择

根据本工程厂址的气象条件，所以本工程采用吸附式干燥机（用于仪表用气）和冷冻式干燥机（用于输送和杂用气）组合的方式。

6.本工程压缩空气系统的设计

本报告压缩空气供应系统拟采用全厂压缩空气站统一配气供气的方式,由压缩空气站向除灰、热控、热机、化学等各个专业提供压缩空气。通过全厂压缩空气站，可以有效连接设备，减少备用设备数量，提高供气可靠性，降低监控费用和维修费用。

当全厂压缩空气系统站房布局规划确定后，尽可能地根据发电机组的数量设置配套螺杆式压缩机的数量及容量。为便于设计、安装和维护管理，站内宜选用同类型的压缩机。

7.本报告主要优化内容

在输送距离不变的情况下，优化输灰管道的路径，以此来减小沿程阻力，以便在保证输送安全的情况下减少压缩空气用量；

由于检修用气为非常用用气，在保证检修用气用量的前提下，尽量减少此类用气的备用余量；

由于近年来空压机及其后处理的可靠性越来越高，在保证用气量的情况下，可以减少空压机及其后处理的备用台数，以此来降低初投资。

8.压缩空气量统计表

本工程2×350MW发电厂压缩空气用户气耗统计如下：

10.结论

（1）通过对全厂压缩空气量核算，全厂空压机的台数由6台减为5台，由此带来的设备及土建费初投资可减少约90万元；

（2）在实际运行当中，电厂运行对压缩空气压力等级要求较低且各用户要求空气压力不同，本报告提出了采用同一种类的压缩机，针对控制类与杂用类用户设置两根供气母管的“双母管切换”系统，以减少再生气耗，并计算机控制自由应对系统负荷的波动，而不是由人通过软手操来应对，真真做到无人值守。