摘要：對平朔660MW循環(huán)流化床鍋爐機組空壓機系統(tǒng)的設(shè)備選型及運行特性進(jìn)行分析。通過分析螺桿機和離心機的工作原理，分析這2種空壓機的優(yōu)缺點，提出較為合理的空壓機系統(tǒng)選型技術(shù)方案。結(jié)果表明，單獨采用離心機作為壓縮空氣來源，較聯(lián)合采用螺桿機和離心機，系統(tǒng)更為簡單、可靠，且運行維護(hù)費用大幅降低，能夠有效提高機組運行的安全性和經(jīng)濟性，同時也可為同類型機組空壓機系統(tǒng)的選型提供參考。

1 引言

隨著CFB機組逐漸向高參數(shù)、大型化發(fā)展，各種系統(tǒng)及設(shè)備所需的用氣量也在相應(yīng)增加，空壓機數(shù)量也相對較多。作為電力生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵供氣設(shè)備，目前市場上空壓機主要有螺桿機和離心式壓縮機兩大類產(chǎn)品，此類設(shè)備不僅功率大， 而且能耗高。CFB機組廠用電率相對較高，而空壓機所占電耗比例也相對較高。為了降低耗電量， 根據(jù)機組實際所需用氣量，對空壓機的設(shè)備選型進(jìn)行優(yōu)化，可有效降低CFB機組發(fā)電成本，提高機組運行的經(jīng)濟性。全廠儀用、雜用、脫硫系統(tǒng)用氣、除飛灰系統(tǒng)輸送用氣、煤泥噴槍用氣、石灰石粉輸送用氣及密封罐車輸送用氣都由空壓機供給。為保證輸送空氣的品質(zhì)，采用干燥和過濾等后處理設(shè)備進(jìn)行除油、除水、除雜質(zhì)處理。全廠設(shè)集中空壓機 站，原設(shè)計方案空壓機站共設(shè)置規(guī)格為60 m3/min、0.75MPa的螺桿空壓機6臺，其中4臺運行、2臺備用，規(guī)格為215 m3/min、0.75 MPa的離心空壓機4臺， 其中3臺運行、一臺備用，如圖1所示。



2 空壓機選型分析



常用的空壓機主要有活塞式、螺桿式以及離心式?；钊娇諌簷C噪聲大，性能不好，產(chǎn)氣品質(zhì)不良，運行可靠性差，相對于螺桿式和離心式空壓機，具有能耗相對較高、設(shè)備運行及維護(hù)較為復(fù)雜、出氣含油量較高、噪聲相對較大的缺點，而螺桿式以及離心式空壓機具有活塞式空壓 機無可比擬的優(yōu)點，不僅降低了能源消耗、設(shè)備維護(hù)及管理費用，而且使設(shè)備工作環(huán)境得到改善， 設(shè)備運行更加穩(wěn)定、可靠。市場上目前燃煤發(fā)電站用大排量空壓機(排量在42.5 m3/min以上)主要有離心式和螺桿機空壓機兩大類。為了保證電站燃煤機組空壓機運行的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性，需對這兩類空壓機進(jìn)行分析，以優(yōu)化選取合理的空壓機類型。表1為螺桿式空壓機和離心式空壓機的優(yōu)缺點及適用范圍。由表1可知，離心式空壓機具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、排氣量大、高效節(jié)能、易于實現(xiàn)自動化和大型化并且可靠性高等優(yōu)點，但也存在負(fù)荷變化大時操作適應(yīng)性差以及排氣變化量大等缺點，主要適用于大中流量、中低壓力的場合。 螺桿式空壓機具有可靠性高、操作維護(hù)方便、適應(yīng)性強、可多相混輸?shù)葍?yōu)點，但也存在運轉(zhuǎn)噪聲高需消聲降噪，長期運轉(zhuǎn)后螺桿間隙變大，需定期修復(fù)或更換費用較大以及養(yǎng)護(hù)費用較高等缺點， 主要適用于中高壓力的場合。



3 空壓機選型方案

根據(jù)全廠各專業(yè)壓縮空氣用量，本工程全廠空壓機站總?cè)萘繛?25m3/min，采用集中設(shè)置一套空壓站的方案供全廠各專業(yè)用氣?，F(xiàn)設(shè)計3種空壓機選型方案所用螺桿壓縮機和離心壓縮機的排氣壓力都為0.75MPa，對于方案A(原方案)，儀表用氣由4臺180 m3/min離心式壓縮機(3用1備)提供，除灰用氣由6臺69.2m3/min離心式壓縮機(4用2備) 提供，總供氣量為816.8 m3/min;對于方案B，儀表和除灰用氣，由6臺210 m3/min離心式壓縮機 (4用2備)提供，總供氣量為840 m3/min，如圖2所示;對于方案C，儀表用氣由4臺180 m3/min離心式壓縮機(3用1備)提供，除灰用氣由4臺90 m3/min離心式壓縮(3用1)備提供。




4 方案優(yōu)化分析

表3為3種設(shè)計方案的經(jīng)濟性對比。由表3可知，3個方案都可滿足空壓機站設(shè)計總?cè)萘?，其中，方案B的設(shè)計總?cè)萘枯^高，方案A和方案C的設(shè)計總?cè)萘枯^低。對于表3中的設(shè)計對比結(jié)果表明，方案A設(shè)備功率較高，為4350kW，方案B和C的設(shè)備功率較低分別為4240kW和3990kW 其中，方案B的備機功率較高，總功率也較高。3個方案按8000h/a計算年能耗，方案C年能耗最低為3192kW˙h，方案A能耗最高為3480kW˙h，相對于方案A，采用方案B和C節(jié)約年能耗分別為88萬和288萬，方案C節(jié)能效果顯著;對于投資總額， 方案B最高，為1080萬，方案A最低，為980萬，相對于方案A，采用方案B和C，投資總額分別增加100萬和20萬;若電價按照0.6元/kW˙h計算，相對于方案A，采用方案B和C，年節(jié)約電費分別為52.8萬元和172.8萬元。

此外，離心機末級排氣溫度約140℃，如降溫到 40℃，每年可回收熱能約4.5×105kJ/h， 折合2×106kW˙h/a，對于方案B，4臺離心機共可回收熱能8×106kW˙h/a，熱能回收年收益折合人民 幣480×106元;對于方案C，6臺離心機共可回收熱能1.2×107kW˙h/a，熱能回收年收益折合人民幣720萬元。由此可以看出，方案C相對于原設(shè)計方案A， 采購總價增加20萬元，但每年節(jié)約電費以及回收 熱能產(chǎn)生的收益總計為892.8萬元，節(jié)能降耗效果明顯。

表4為螺桿機和離心機維護(hù)成本對比。由表4可知，空壓機按照每年運行8000h運行，螺桿機所需備件數(shù)量為14項，而離心機僅需4項，表明離心機在運行過程中，維護(hù)較為簡單且所需備件相對很少。通過計算，單臺螺桿機每年維護(hù)費用為10 萬元，單臺離心機每年維護(hù)費用為2萬元。以10a計算，6臺螺桿機比離心機維修維護(hù)成本高480萬以上，足夠買全套新設(shè)備。此外，螺桿式空壓機的使用壽命在10a左右，一般每5a左右要進(jìn)行一次機頭維修或者更換，費用約為整機成本的50% 以上。離心式空壓機的使用壽命在25a以上，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，故障率低。



5 注意事項

(1) 在流量較小，壓比較小，壓縮機選型計算時，如只計算氣體力，初選機型時，壓縮機機型需要適當(dāng)升檔;

(2) 循環(huán)氫壓縮機的安全閥起跳工況，安全閥壓力設(shè)定值設(shè)為1.1倍時，如電機功率增加過多， 定壓值可考慮適當(dāng)降低;

(3) 壓縮機的選材，加氫裝置循環(huán)氫中一般含有硫化氫，壓縮機和輔機部分的選材要考慮硫 化氫腐蝕;

(4) 在加氫裂化、渣油加氫等高壓加氫裝置中，新氫壓縮機如選用雙三級壓縮，也可能會出現(xiàn)反向角過小，旋轉(zhuǎn)切向力的不均勻度過大的問 題，選型時需加以重視。

6 結(jié)論

小規(guī)模高壓加氫中，循環(huán)氫壓縮機宜選用往復(fù)機。在小流量，小壓比情況下，往復(fù)機的具體方案經(jīng)計算，如果反向角經(jīng)三方確認(rèn)可行，且飛輪矩不導(dǎo)致電機過大升檔，優(yōu)先采用雙作用方案。 如經(jīng)計算后，反向角過小，且飛輪矩導(dǎo)致電機升 檔較多，宜采用軸側(cè)工作，蓋側(cè)做平衡段方案。 軸側(cè)做平衡段、貫通活塞桿、P型機方案除非制造 廠有相當(dāng)?shù)氖褂脴I(yè)績，且三方認(rèn)可，一般不推薦使用。

原標(biāo)題:660MW CFB鍋爐機組空壓機系統(tǒng)選型優(yōu)化研究