論高效離心壓縮機在垃圾焚燒項目中的應用

汪明浩，李德豐，王文秀，桂宏橋，王雪炎

（光大環保能源（江陰）有限公司，江蘇 江陰 214400）

1 技改項目簡述

現代化城市快速發展，人口劇增隨之而來的是生活垃圾也與日俱增，15 年前興建的城市生活垃圾發電廠面臨著擴容和新建。然而，該如何將老設備進行技改，重新煥發活力并能夠及時回收成本，以光大環保能源（江陰）有限公司即江陰市生活垃圾焚燒發電廠，高效離心壓縮機技改為例進行闡述。

（1）城市生活垃圾發電廠壓縮空氣系統一般設計的模式，均為單螺桿空壓機+儲氣罐+冷干機（配專用儲氣罐）+吸附式干燥機（配專用儲氣罐）+至用戶使用。離心壓縮機對比單螺桿空壓機，具有提高壓縮機效率10%～20%、易于安裝維護和運行成本低、在任何運行條件下提供100%無油壓縮空氣等優點，但是，離心機選型過大易產生“喘振”?！按瘛笔桥艢饬髁繙p少時產生的現象，會導致葉輪內出現反向氣流，從而導致氣壓和氣流顯著脈動，且壓縮機不再正常運行。出現喘振時，壓縮機主軸振動加劇。由于回流，排放側的高溫空氣返回至進氣側，致使進氣溫度上升。此外，“喘振區”指的是因壓縮機中出現氣體喘振而無法穩定運行時的壓力和排氣量范圍。壓力較高時，導致喘振的排氣量也比較大。

（2）光大環保能源（江陰）有限公司即江陰市生活垃圾焚燒發電廠由中國光大國際有限公司與江陰市政府采用BOT 模式投資建設，座落于江蘇省江陰市月城鎮，一二期占地面積86.42 畝，投資5.93 億元，三期占地面積44.46 畝，投資5.8 億元，建設總規模日處理生活垃圾2200 噸。一二期配置3 臺400 噸/日機械爐排焚燒爐，以及3 臺32.3 噸/小時余熱鍋爐和2 臺12 兆瓦汽輪發電機組，三期配置2 臺500噸/日的機械爐排焚燒爐與1 臺25 兆瓦汽輪發電機組，為國內垃圾焚燒行業首次采用中溫次高壓母管制中間再熱機組。全廠壓縮空氣系統由一二期壓縮空氣系統和三期壓縮空氣系統組成，一二期壓縮空氣系統為四臺復盛SW160 空壓機（28m3/min/臺）、兩臺冷干機及兩臺吸附式干燥機組成，一二期系統運行最大流量為45m3/min。三期壓縮空氣系統為四臺英格索蘭空壓機，其中，4 臺水冷螺桿式空氣壓縮機（3用1 備，其中1 臺為變頻調節，調節范圍為20 ～50Hz），干燥機設備選用4 臺高溫型冷凍式干燥機（3 用1 備）和2臺微熱再生吸附式干燥機（1 用1 備），三期壓縮空氣系統運行時最大流量為35m3/min。

2 研發背景

一二期項目自2007 年6 月投入運行，螺桿空壓機已運行11 年，目前，單螺桿空壓機主要存在以下問題：

2.1 運行費用高

一二期項目4 臺SA160W 復盛螺桿空壓機（兩用兩備），三期項目3+1 臺英格索蘭200+160kW 空壓機（兩用兩備），實際全廠空壓機運行功率610.61kW，全年運行8760 小時，電費按照0.65 元/kW·h 計算，年耗電量約347.68 萬元。

2.2 維護成本高

通過匯總分析，目前，一、二期項目4 臺SA160W 復盛螺桿空壓機維護費用為37.54 元/h，全年維護費用約32.885 萬元。

2.3 壓縮空氣品質差

一、二期項目發生多次因壓縮空氣含油引起CEMS、霧化器等環保設備工作異常，嚴重威脅到環保設備安全運行。

2.4 故障率高

螺桿空壓機經常在運行期發生跳閘時間，嚴重時，導致鍋爐無法正常運行。

3 主要技改路線

新增一臺高效離心壓縮機，同時，將一二三期壓縮空氣系統使用母管連通，加裝一二期壓縮空氣系統與三期壓縮空氣系統中間隔離門，使用一臺高效離心機對全廠壓縮空氣系統進行供氣，離心機選型為80Nm3/min，軸功率為450kW·h。

4 實施情況

4.1 主要工藝設備技改內容

（1）將一期4#空壓機拆除，并在原位置安裝一臺82Nm3/min 離心機，離心機進氣通過安裝不銹鋼延長風管取室外空氣，為減少進氣噪音，進氣管采用超大口徑。進氣口安裝自潔式過濾器，位置放在室外一二期和三期連廊下方。

（2）離心機出口母管采用DN150 管徑，為了減輕現有冷干機運行負荷，在出口管道上安裝1 臺100%水冷氣液分離器，對壓縮空氣進行干燥，按照平均冷卻水溫12℃的溴化鋰中央空調冷凍水設計。

（3）離心機冷卻方式為水冷，采用除鹽水進行閉式循環，除鹽水冷卻方式為廠用循環水經板式換熱器進行冷卻。

（4）將一二期與三期壓縮空系統利用DN150 管道進行連通。

（5）本次改造僅對壓縮用氣系統動力源進行改造，仍利用原儲氣罐、凈化系統。

（6）在一二期10kV 開關室增加一臺高壓開關柜，配一臺ABB 品牌630A/25KA 的真空斷路器，配置一塊南瑞電動機保護裝置，接入一二期ECS 系統。新增開關柜電源通過高壓電纜引自10KV Ⅱ段母排，采用下進下出式接線方式，出線通過高壓電纜接至離心式壓縮機本體。高壓開關控制部分接入一二期DCS 系統，由一二期DCS 系統實現開關的啟停。

（7）本方案最大限度使用原有儲氣罐和冷干機，運行工況為離心機滿負荷運行，壓縮空氣不足部分自動聯鎖啟動一臺螺桿空壓機配合運行。

（8）離心空壓機投入運行后，根據實際負荷，對原螺桿機執行定期切換制度，保障螺桿機良好備用。離心機技改示意圖如圖1、圖2。

圖1 江陰市生活垃圾發電廠離心空壓機改造對接圖

圖2 江陰市生活垃圾發電廠一二期與三期壓縮空氣系統圖

4.2 設備運行及定期切換維護保養

離心機技改完成后，江陰市生活垃圾全廠壓縮空氣系統運行模式，由“4 用4 備”改為“1 用7 備”，一二期和三期壓縮空氣系統正常運行方式為離心式壓縮機運行，一二期三臺復盛空壓機及三期四臺英格索蘭空壓機處于停運狀態，為防止一二期1#2#3#復盛空壓機和三期5#6#7#8#英格索蘭空壓機因長期停運導致空壓機油中水份析出使油乳化，對設備產生負面影響，為保證設備正常備用，結合電機遙測絕緣周期，需對空壓機做以下保養措施：

（1）運行、檢修每天巡檢時，檢查空壓機控制面板各參數情況，檢查控制面板是否黑屏，發現問題及時匯報。

（2）因空壓機出口門一直開啟處于備用狀態，巡檢人員每周對各疏水器動作情況檢查。

（3）每月12 日早班，運行人員對每臺空壓機油氣分離器進行排污放水。

（4）每周在專工開具工作票后，由檢修人員對每臺空壓機靠背輪進行手動盤轉。

（5）每月20 日～23 日早班對停運空壓機依次啟動一次，每臺運行時間為3 小時，系統整體運行方式為離心機+一臺空壓機。

（6）每次啟動空壓機時聯系專工對空壓機加載卸載壓力進行修改后再進行啟動，停運后，再聯系專工恢復空壓機原先的加載卸載壓力，以保證投備用聯鎖空壓機能正常備用。

（7）備用空壓機啟動后檢查各參數及油位，如發現異常及時聯系專工處理。

（8）備用空壓機空濾、油濾、油分芯及空壓機油按照要求，達到運行小時數后進行更換。

5 指標分析

5.1 技術指標

（1）運行費用分析。通過對比分析計算（11 月22 日啟離心機，電量累計199058kW·h，平均每天11058kW·h，平均每小時460kW·h），江陰能源用一臺離心機工全廠壓縮空氣，全年需要運行費用：460kW·h×8760×0.65 元/kW.h ≈261.92 萬元。

螺桿空壓機運行費用：（按照2020 年1 月3 日和8 日一二三期單螺桿空壓機運行實際電量統計平均為610.61kW·h）螺桿空壓機電量統計表如表1。

表1 螺桿空壓機電量統計表

610.61 kW·h×8760×0.65 元/kW·h ≈347.68 萬元；

離心機全年可以節約運行電費：347.68－261.92=85.76萬元。

（2）維護費用分析（如表2）。

壽力離心機每兩年大保養核算單價為：

99154.31 /2/365/24=5.66 元/h

每年壽力離心機維保價格為5.66 元/h×8760=4.96 萬元。

單螺桿空壓機維護費用：復盛空壓機運行4000 小時后，需進行大保養費用約為15000 元，運行20000 小時后，需進行機頭大修工作費用約為10 萬元，平均費用為7.25 元/h。英格索蘭空壓機運行4000 小時后，需進行小保養費用約為15180 元，運行8000 小時后，需進行大保養費用約為55180 元，運行20000 小時后，需進行機頭大修工作費用約為12 萬元，平均費用為11.52 元/h。兩臺復盛空壓機和兩臺英格索蘭空壓機同時運行的維保單價為：7.25×2+11.52×2=37.54 元，

表2 離心機維護清單

37.54 元/h×8760=32.885 萬元。

離心機全年可以節約維護費用：

32.885 －4.96 ≈27.93 萬元。

（3）年收益。全年收益85.76+27.93=113.69 萬元。

5.2 投資及回報

本次改造設備材料費（離心機本體+電纜+水泵+控制柜+水箱）為96.98+9.8+9.5978+2.83+2.449=121.6568 萬元，施工費為31.5 萬元，一二期與三期壓縮空氣母管對接及輔材當月出庫為43.0192 萬元，總工程費用為201.7685 萬元。項目準備時間3 個月、項目施工時間30 天、總施工人員20 人。ROI（投資回報率）113.69/201.7685×100%≈56.35%。約2 年即可收回全部改造費用，該技改投資回報率較好。

5.3 社會指標

技改完成后，提高了江陰市生活垃圾焚燒發電廠壓縮空氣系統的穩定性、節約了能耗、減少了噪音源，使壓縮空氣品質大幅提高。

5.4 離心機技改不足

本次離心壓縮機選型為壽力壓力技術（蘇州）有限公司產品，在實際使用時發現，離心機正常運行壓縮空氣系統流量在80Nm3/min 時，電機電流已達到32A（額定電流30A），電機電流卻超額定電流2A 運行，運行時，監控電機振動、線圈溫度均在要求范圍內。分析主要原因，應為設備電機選型偏小。

6 推廣意見

建議在日處理2000 噸以上且壓縮空氣系統實際用氣流量在80Nm3/min 以上的項目公司進行推廣。