發電廠儀用壓縮空氣聯絡運行的試驗研究與節能分析

李 敏

（浙能蘭溪發電有限公司，浙江 蘭溪 321000）

壓縮空氣系統是火力發電廠中重要的公用系統，為機組控制系統提供儀用氣源，壓縮空氣系統使用中存在效率偏低的現象。隨著火電機組容量增加，要求火力發電廠的運行水平相應提高，如何合理配置壓縮空氣系統成為節能降耗一項值得研究的專題。

1 壓縮空氣系統分列運行的節能潛力

蘭溪發電廠一、二期工程為4×600 MW超臨界機組。一期、二期儀用壓縮空氣系統現分列運行，各有4臺空氣壓縮機（簡稱空壓機）提供氣源，運行方式均為2臺運行 （1臺保持長期加載，1臺通過加/卸載運行控制母管壓力），2臺備用。機組配套的空壓機型號為GA250W-8.5，噴油水冷螺桿式，容量41.7 m3/min（標況），額定/工作壓力0.8/0.85 MPa，排氣溫度44℃，配套電動機功率250 kW。

一期空壓機加載時間在40%左右（加載時間/運行時間），二期空壓機加載時間在25%左右。根據火力發電廠設計規范中關于壓縮空氣18.0.3規定，壓縮空氣2臺機組設一個供氣單元，經技術經濟比較合理時，也可多臺機組設1個供氣單元。如能實現一、二期儀用壓縮空氣系統聯絡運行，僅需3臺空壓機運行（2臺長期加載，1臺加/卸載運行）即可滿足4臺機組的儀用壓縮空氣用氣，相比目前運行方式可以減少1臺空壓機運行。

2 壓縮空氣聯絡運行的模擬試驗

2.1 聯絡運行的模擬試驗工況

試驗前一期空壓機01號A、01號B和二期空壓機02號C、02號D 4臺運行，為確保試驗不影響機組的安全運行，試驗中只是改變要停運的空壓機的加/卸載設定值，使其處于長期卸載狀態而不實際停運，用電量統計時將其耗電量剔除，試驗過程模擬2種聯絡運行方式。

方式一：一期1臺長期加載，1臺加/卸載運行，二期1臺長期加載運行工況，并在此運行方式下模擬二期空壓機跳閘后儀用氣母管壓力降低的突發異常工況。

方式二：一期和二期各1臺長期加載，1臺加/卸載運行工況，并在運行方式下模擬一期空壓機跳閘后儀用氣母管壓力降低的異常工況。

2.2 聯絡運行方式的安全性分析

由于聯絡運行后系統容量增加了約1倍，儀用儲氣罐由單系統的4個增加到并列運行后的8個，聯絡運行后的系統蓄能大增，使系統的壓力波動幅值減小、使用周期加長，有利于系統的穩定，減少疲勞應力。圖1顯示了不同運行方式下空壓機出口壓力脈動周期的比較，從圖1中可見，卸載02號D空壓機后（運行方式一），二期空壓機出口壓力峰/谷值由原來的0.81/0.72 MPa下降到0.75/0.71 MPa，母管壓力峰谷差減小了0.05 MPa，同時加/卸周期由原運行方式的6 min延長到10 min以上。同時，二期儀用氣母管壓力值變化也有下降趨勢，二期2臺空壓機儀用氣母管壓力由原來的0.74/0.7 MPa下降到0.73/0.69 MPa。

圖1 各種運行方式下空壓機出口壓力脈動周期

在運行方式一條件下，將02號C空壓機切到卸載狀態，模擬02號C空壓機跳閘，各空壓機電流、出口壓力和儀用氣母管壓力的變化顯示于圖2中，空壓機出口母管壓力從0.74 MPa下降到0.68 MPa歷時3′16″，壓力下降速率約為0.02 MPa/min；儀用氣母管壓力從0.72 MPa下降到0.68 MPa，壓力下降速率為0.012 MPa。而實際空壓機跳閘到聯鎖啟動帶出力僅需40 s左右，3臺空壓機運行時，從1臺長加載的空壓機突然跳閘到備用空壓機聯啟帶出力過程中，儀用氣壓力波動不大，可以保證儀用氣用戶的安全。

圖2 各空壓機電流、出口壓力和儀用氣母管壓力變化曲線

在運行方式二中空壓機02號D處于卸載狀態下，模擬01號B空壓機跳閘，經1′18″后02號D空壓機重新加載，2′22″后一期空壓機出口壓力降到0.68 MPa，壓降速率為0.034 MPa/min，比運行方式一下模擬02號C空壓機跳閘時要快很多，但仍能滿足備用空壓機啟動帶出力所需的時間要求，運行方式二的安全性能夠得到保障，停運1臺空壓機后壓縮空氣系統加載時間見表1。

表1 停運1臺空壓機后加載時間 s

為了防止壓縮空氣管路突然泄漏較大等情況發生，及滿足快速隔離查漏需要，在正式投運前需在1號、2號儀用氣聯絡手動閥之間加裝一個氣動快關閥。

2.3 聯絡運行的經濟性分析

原運行方式與聯絡運行方式下空壓機耗電比較如表2所示。從統計數據看，停運1臺空壓機后，節電量沒有達到1臺空壓機卸載運行時的每小時電量（按空載電流170 A計算為89 kWh），主要原因是聯絡運行后1臺空壓機加/卸時間比大于原運行方式下2臺空壓機之和。

表2 不同運行方式下運行空壓機的耗電統計

表2的統計結果顯示，運行方式一可節電48 kWh/h，運行方式二可節電58 kWh/h，運行方式二要比運行方式一更經濟。其原因是管道輸送距離的不同，二期空壓機房在2號、3號機組之間，當二期2臺空壓機運行時，壓縮空氣系統的輸送距離比一期二臺運行時要短很多，從表1中的加/卸時間也可以看出，運行方式二的加/卸載周期比運行方式一短102 s，說明運行方式二能使母管壓力更快地達到設定值。

3 結論

（1）一、二期儀用壓縮空氣系統由分列運行改為聯絡運行，能滿足4臺機組的供氣需要和機組運行的安全性要求。

（2）空壓機聯絡運行方式節電約50 kWh/h，同時停運1臺空壓機每年能節約定期保養費用5萬元左右。

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