摘要：對(duì)平朔660MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組空壓機(jī)系統(tǒng)的設(shè)備選型及運(yùn)行特性進(jìn)行分析。通過(guò)分析螺桿機(jī)和離心機(jī)的工作原理，分析這2種空壓機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，提出較為合理的空壓機(jī)系統(tǒng)選型技術(shù)方案。結(jié)果表明，單獨(dú)采用離心機(jī)作為壓縮空氣來(lái)源，較聯(lián)合采用螺桿機(jī)和離心機(jī)，系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單、可靠，且運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用大幅降低，能夠有效提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也可為同類型機(jī)組空壓機(jī)系統(tǒng)的選型提供參考。

1 引言

隨著CFB機(jī)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(jī)數(shù)量也相對(duì)較多。作為電力生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵供氣設(shè)備，目前市場(chǎng)上空壓機(jī)主要有螺桿機(jī)和離心式壓縮機(jī)兩大類產(chǎn)品，此類設(shè)備不僅功率大， 而且能耗高。CFB機(jī)組廠用電率相對(duì)較高，而空壓機(jī)所占電耗比例也相對(duì)較高。為了降低耗電量， 根據(jù)機(jī)組實(shí)際所需用氣量，對(duì)空壓機(jī)的設(shè)備選型進(jìn)行優(yōu)化，可有效降低CFB機(jī)組發(fā)電成本，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)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(chē)輸送用氣都由空壓機(jī)供給。為保證輸送空氣的品質(zhì)，采用干燥和過(guò)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(jī) 站，原設(shè)計(jì)方案空壓機(jī)站共設(shè)置規(guī)格為60 m3/min、0.75MPa的螺桿空壓機(jī)6臺(tái)，其中4臺(tái)運(yùn)行、2臺(tái)備用，規(guī)格為215 m3/min、0.75 MPa的離心空壓機(jī)4臺(tái)， 其中3臺(tái)運(yùn)行、一臺(tái)備用，如圖1所示。



2 空壓機(jī)選型分析



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



3 空壓機(jī)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(jī)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(jì)3種空壓機(jī)選型方案所用螺桿壓縮機(jī)和離心壓縮機(jī)的排氣壓力都為0.75MPa，對(duì)于方案A(原方案)，儀表用氣由4臺(tái)180 m3/min離心式壓縮機(jī)(3用1備)提供，除灰用氣由6臺(tái)69.2m3/min離心式壓縮機(jī)(4用2備) 提供，總供氣量為816.8 m3/min;對(duì)于方案B，儀表和除灰用氣，由6臺(tái)210 m3/min離心式壓縮機(jī) (4用2備)提供，總供氣量為840 m3/min，如圖2所示;對(duì)于方案C，儀表用氣由4臺(tái)180 m3/min離心式壓縮機(jī)(3用1備)提供，除灰用氣由4臺(tái)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(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比。由表3可知，3個(gè)方案都可滿足空壓機(jī)站設(shè)計(jì)總?cè)萘?，其中，方案B的設(shè)計(jì)總?cè)萘枯^高，方案A和方案C的設(shè)計(jì)總?cè)萘枯^低。對(duì)于表3中的設(shè)計(jì)對(duì)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(jī)功率較高，總功率也較高。3個(gè)方案按8000h/a計(jì)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(duì)于方案A，采用方案B和C節(jié)約年能耗分別為88萬(wàn)和288萬(wàn)，方案C節(jié)能效果顯著;對(duì)于投資總額， 方案B最高，為1080萬(wàn)，方案A最低，為980萬(wàn)，相對(duì)于方案A，采用方案B和C，投資總額分別增加100萬(wàn)和20萬(wàn);若電價(jià)按照0.6元/kW˙h計(jì)算，相對(duì)于方案A，采用方案B和C，年節(jié)約電費(fèi)分別為52.8萬(wàn)元和172.8萬(wàn)元。

此外，離心機(jī)末級(jí)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(duì)于方案B，4臺(tái)離心機(jī)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(duì)于方案C，6臺(tái)離心機(jī)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(wàn)元。由此可以看出，方案C相對(duì)于原設(shè)計(jì)方案A， 采購(gòu)總價(jià)增加20萬(wàn)元，但每年節(jié)約電費(fèi)以及回收 熱能產(chǎn)生的收益總計(jì)為892.8萬(wàn)元，節(jié)能降耗效果明顯。

表4為螺桿機(jī)和離心機(jī)維護(hù)成本對(duì)比。由表4可知，空壓機(jī)按照每年運(yùn)行8000h運(yùn)行，螺桿機(jī)所需備件數(shù)量為14項(xiàng)，而離心機(jī)僅需4項(xiàng)，表明離心機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，維護(hù)較為簡(jiǎn)單且所需備件相對(duì)很少。通過(guò)計(jì)算，單臺(tái)螺桿機(jī)每年維護(hù)費(fèi)用為10 萬(wàn)元，單臺(tái)離心機(jī)每年維護(hù)費(fèi)用為2萬(wàn)元。以10a計(jì)算，6臺(tái)螺桿機(jī)比離心機(jī)維修維護(hù)成本高480萬(wàn)以上，足夠買(mǎi)全套新設(shè)備。此外，螺桿式空壓機(jī)的使用壽命在10a左右，一般每5a左右要進(jìn)行一次機(jī)頭維修或者更換，費(fèi)用約為整機(jī)成本的50% 以上。離心式空壓機(jī)的使用壽命在25a以上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，故障率低。



5 注意事項(xiàng)

(1) 在流量較小，壓比較小，壓縮機(jī)選型計(jì)算時(shí)，如只計(jì)算氣體力，初選機(jī)型時(shí)，壓縮機(jī)機(jī)型需要適當(dāng)升檔;

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

(3) 壓縮機(jī)的選材，加氫裝置循環(huán)氫中一般含有硫化氫，壓縮機(jī)和輔機(jī)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(jī)如選用雙三級(jí)壓縮，也可能會(huì)出現(xiàn)反向角過(guò)小，旋轉(zhuǎn)切向力的不均勻度過(guò)大的問(wèn) 題，選型時(shí)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(jī)宜選用往復(fù)機(jī)。在小流量，小壓比情況下，往復(fù)機(jī)的具體方案經(jīng)計(jì)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(jī)過(guò)大升檔，優(yōu)先采用雙作用方案。 如經(jīng)計(jì)算后，反向角過(guò)小，且飛輪矩導(dǎo)致電機(jī)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(jī)方案除非制造 廠有相當(dāng)?shù)氖褂脴I(yè)績(jī)，且三方認(rèn)可，一般不推薦使用。

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