火電廠壓縮空氣后處理系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化探討

朱琪明 胡豐良

摘 要 目前，火電廠壓縮空氣后處理的系統(tǒng)設(shè)計，事關(guān)氣源質(zhì)量和能耗，從火電廠各工藝系統(tǒng)氣源要求出發(fā)，梳理出影響系統(tǒng)運行技術(shù)指標的主要因素，結(jié)合后處理設(shè)備特點，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較分析，提出壓縮空氣后處理系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選型以及控制等設(shè)計優(yōu)化原則和節(jié)能運行措施。

關(guān)鍵詞 壓縮空氣;后處理;節(jié)能

引言

本文從火電廠壓縮空氣氣源要求、壓縮空氣后處理系統(tǒng)擬定、設(shè)備類型和特點、設(shè)備選型、系統(tǒng)運行控制、冷卻水溫和進氣溫度對系統(tǒng)的影響等方面進行節(jié)能化分析，提出優(yōu)化設(shè)計建議措施。

1概述

目前，國內(nèi)火力發(fā)電廠裝機容量呈現(xiàn)不斷擴大趨勢，且電廠壓縮空氣用氣終端也逐漸增多。特別是飛灰氣力輸送系統(tǒng)、CFB鍋爐爐內(nèi)脫硫石灰石粉氣力輸送、鍋爐煙氣袋除塵器以及等離子點火裝置等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得電廠空氣壓縮機的數(shù)量和空壓機站的規(guī)模不斷擴大。按照電廠設(shè)計慣例，廠內(nèi)空壓機站數(shù)量一般不少于兩個（機務(wù)專業(yè)用氣和其他專業(yè)用氣）;按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程的規(guī)定，每個空壓機站中都有數(shù)量不等的空氣壓縮機作為備用。從節(jié)水、節(jié)能、運行維護便捷、安全可靠為出發(fā)點，探求創(chuàng)新全廠壓縮空氣系統(tǒng)整合設(shè)計，即全廠設(shè)計一套能滿足電廠安全運行、又兼具多種功用的集中型壓縮空氣系統(tǒng)—“全廠供氣中心”，就顯得尤為必要，同時也對其他行業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計和運用具有借鑒意義[1]。

2環(huán)境溫度、濕度對壓縮空氣系統(tǒng)的影響

2.1 高溫對吸附式干燥器的影響

進氣溫度升高的負面影響是：吸附熱大量增加并導致干燥器排氣溫度大幅升高（8～20℃，進氣溫度越高，吸附熱產(chǎn)生量越大）。由于吹冷過程大部分采用干燥器出口的產(chǎn)品氣，此時無疑抬高了吹冷氣的起始溫度，其溫度甚至高達50～60℃，必然導致吹冷不徹底，吹冷結(jié)束前塔溫仍高達80～100℃，切換后一段時間吸附塔出口溫度和露點溫度產(chǎn)生嚴重漂移，溫度、露點一般會升高20℃以上，時長超過0.5h。

2.2 大氣條件

（溫度、相對濕度）決定了進入空壓系統(tǒng)的總水量，高溫、高濕會影響循環(huán)水的出水溫度，由此決定了分離器、過濾器的液態(tài)水排出量和進入干燥器的飽和濕空氣絕對含水量（g/m）3。值得注意的是：進入干燥器的水蒸氣量與大氣條件無直接關(guān)系，僅是飽和濕空氣溫度的單值函數(shù)。因為即使當大氣相對濕度低至極干燥的20%時，壓縮到7bar并經(jīng)冷卻至常溫時也已形成過飽和濕空氣，其攜帶的冷凝水經(jīng)各種分離器、過濾器排出。所以決定干燥器吸入含水量的因素僅為冷卻水溫度（風冷機為環(huán)境溫度）和冷卻、分離效率。

3壓縮空氣后處理系統(tǒng)擬定

3.1 儲氣罐的設(shè)置

干燥器出口需設(shè)置母管和儲氣罐。設(shè)置儲氣罐來儲存壓縮空氣是為了消除來自壓力的波動，冷卻壓縮空氣將冷凝水收集起來并排出。儲氣罐本體上設(shè)有安全閥和排污閥。此處合理的設(shè)置儲氣罐可以提高整個壓縮空氣系統(tǒng)的安全裕度。在極端不利的工況下，還可以以此保證整個用氣工藝的安全運行。

設(shè)計中考慮到熱控系統(tǒng)儀用壓縮空氣對整個系統(tǒng)安全至關(guān)重要，根據(jù)《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中“當全部空氣壓縮機停用時，熱工控制壓縮空氣系統(tǒng)的貯氣罐的容量，應(yīng)能維持不小于5min的耗氣量”規(guī)定，本項目應(yīng)設(shè)置2個50m3的儀用儲氣罐，以滿足儲氣罐內(nèi)壓力下降到0.6MPa過程中可持續(xù)向儀用氣用戶供氣5min的要求。再設(shè)置兩個25m3的儲氣罐，作為平穩(wěn)干灰輸送用氣使用;最后設(shè)置一個25m3的儲氣罐為機務(wù)檢修供氣[2]。

3.2 空壓機系統(tǒng)管道連接

后處理系統(tǒng)與空壓機系統(tǒng)管道的連接，通常有3種設(shè)計方式：方式一，空壓機出口管道與干燥機一對一直接連接，干燥機參數(shù)與空壓機的參數(shù)相匹配;方式二，空壓機出口管道通過母管與干燥機進口管道連接，干燥機數(shù)量與空壓機數(shù)量相同，單臺干燥機參數(shù)與單臺空壓機的參數(shù)相匹配;方式三，空壓機出口管道通過母管與干燥機進口管道連接，干燥機數(shù)量與空壓機數(shù)量不同，單臺干燥機處理氣量，可處理多臺空壓機的用氣量。第一種方式通常適合分散式壓縮空氣系統(tǒng)，設(shè)備數(shù)量較少，系統(tǒng)相對簡單;第二、三種方式適合于全廠集中式壓縮空氣系統(tǒng)。后兩種方式中我們推薦方式二，主要是考慮系統(tǒng)運行能耗，一般電廠的用氣量會根據(jù)負荷、煤質(zhì)等情況變化，前級空壓機設(shè)計時，一般會考慮調(diào)節(jié)氣量的手段，而干燥機常規(guī)設(shè)計是沒有考慮調(diào)節(jié)負荷措施，采用方式二在系統(tǒng)控制上可實現(xiàn)空壓機與干燥機連鎖，這樣有利于系統(tǒng)節(jié)能運行。

4后處理設(shè)備類型和特點

4.1 冷凍式干燥機

冷凍式干燥機是利用制冷裝置使壓縮空氣冷卻到一定的露點溫度，析出其中的冷凝水，通過分離器將水排出，從而使壓縮空氣得到干燥。冷凍式干燥機出口的壓力露點一般為7℃電耗比為3%～5%。

4.2 冷凍吸附組合式干燥機

冷凍吸附組合式干燥機是由冷凍式干燥機和吸附式干燥機組合而成，通常有冷凍式+無熱再生吸附式組合干燥機、冷凍式+微熱再生吸附式組合干燥機以及冷凍式+鼓風外加熱再生吸附式組合干燥機。其特點如下：

（1）冷凍式+無熱再生吸附式組合干燥機無法避免低溫再生，且成品氣耗量較大，一般不推薦采用;

（2）冷凍式+微熱再生吸附式組合干燥機運行時由冷凍式干燥機處理到7℃以上的露點，剩余水分再交給微熱再生吸附式干燥機處理，該方式要消耗一定量的成品氣;

（3）冷凍式+鼓風外加熱再生吸附式組合干燥機運行原理與冷凍式+微熱再生吸附式組合干燥機基本相同，不同在于后級干燥機類型不同。

5結(jié)束語

本文主要從壓縮空氣后處理系統(tǒng)設(shè)備選型方面，進行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計探討，在具體工程設(shè)計中，還應(yīng)考慮其他很多方面，如設(shè)備質(zhì)量、管網(wǎng)設(shè)計、檢修維護、系統(tǒng)能效等，需要設(shè)計院、設(shè)備供應(yīng)商、運行單位等不斷努力鉆研和優(yōu)化，為電廠提供一個高質(zhì)量、高能效等級的壓縮空氣后處理系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.壓縮空氣站設(shè)計規(guī)范：GB50029-2014[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[2] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.一般用冷凍式壓縮空氣干燥機：JB/T10526-2005[S].北京：機械工業(yè)出版社，2005.