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火力發(fā)電廠壓縮空氣系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化
2014.12.25
第28卷Vol.%28總第112期
火力發(fā)電廠壓縮空氣系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化
施愛陽
摘
武春霖熊建文何紹峰
中機國能電力工程有限公司，上海200061
要：結(jié)合火力發(fā)電廠壓縮空氣系統(tǒng)的設(shè)備選型及實際運行存在的問題，進(jìn)行了選型舉例及儀表用儲氣罐容積的計算，
提出了提高壓縮空氣系統(tǒng)運行穩(wěn)定性及可靠性的措施。關(guān)鍵詞：壓縮空氣系統(tǒng)；空壓機；儲氣罐；優(yōu)化中圖分類號：TM621.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：BDOI:10.13661/j.cnki.issn1001-9006.2014.04.011
文章編號：1001－9006（2014）04－0046－02
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SHIAiyang，WUChunlin，XIONGJianwen，HEShaofeng
(ChinaSinogyElectricEngineeringCo.，Ltd．，200061，Shanghai，China)
Abstract:Focusedonselectionofcompressedairsystemforthermalpowerplantandactualproblemsencountaedinoperation，thispaperprovidesseveralcasesofequipmentselectionalongwithcalculationofairreceiverforcontrouingoperationalinstruments.Thepaperthenproposespertinentmeasurestoimprovethestablityandreliabilityofthecompressedairsystem.Keywords:compressedairsystem;aircompressor;airreceiver;optimization
火力發(fā)電廠壓縮空氣系統(tǒng)是火電廠中不可或缺的公用系統(tǒng)，主要作用是提供儀表控制用氣、檢修用氣及除灰輸送用氣等，其可靠性直接影響整個機組的有效運行。特別是儀用壓縮空氣系統(tǒng)，關(guān)系著氣動閥門執(zhí)行機構(gòu)能否正常動作，影響著整個火電廠的安全運行。檢修及儀表用壓縮空氣系統(tǒng)所提供的壓縮空氣必須滿足下列需要：
（1）檢修用空氣系統(tǒng)供機械設(shè)備運行、風(fēng)動工具等用氣。不論火電廠在何種方式下運行及設(shè)備維修，均需用該系統(tǒng)的壓縮空氣。
（2）儀表空氣系統(tǒng)提供潔凈、無油、無水的壓縮空氣至所有氣動操作的儀表及控制設(shè)備（如氣動操作閥門等）。
下面以某工程火力發(fā)電廠2×350MW機組為例，進(jìn)行壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)化探討。1
全廠壓縮空氣用量及品質(zhì)要求
全廠需要壓縮空氣的有熱機、熱控、除灰、
脫硫等專業(yè)，各專業(yè)對壓縮空氣的用氣量、用氣品質(zhì)及使用時間各不相同。某工程2×350MW機組工程各專業(yè)壓縮空氣用量見表1。2
全廠空壓機站優(yōu)化
全廠空壓機站按“系統(tǒng)分開，集中布置”的原則，2臺機組設(shè)置1個全廠供氣站統(tǒng)一供氣的方式，由全廠空壓機站向除灰、熱控、熱機、脫硫等專業(yè)提供氣源。全廠空壓機站，可以提高設(shè)備利用率，另外空氣壓縮裝置所需的總占地面積縮小，監(jiān)控費用和維修費用降低。
3
儀用空壓機共設(shè)置4臺20Nm/min螺桿式壓
縮機，2臺運行，1臺運行備用，1臺檢修備用。
3
采用3臺35Nm/min螺桿式壓縮機作為輸送空壓
機用，其中2臺運行，1臺運行備用。儀用空氣后處理設(shè)備采用組合式空氣干燥器，結(jié)合了冷干機及無熱再生式干燥器的優(yōu)勢，具有能耗低、再生耗氣量少（≤3%）、露點溫度低（≤－40℃）且穩(wěn)
收稿日期：2014－01－20
作者簡介：施愛陽（1981－），女，2007年3月畢業(yè)于東南大學(xué)熱能工程專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師�，F(xiàn)在中機國能電力工程有限公司工作，
主要從事火電廠熱機專業(yè)設(shè)計工作。
2014.12.25
第28卷Vol.%28總第112期
定、結(jié)構(gòu)緊湊、自動化程度高、操作更加簡便等特點。廠用檢修氣不經(jīng)過后處理直接使用，僅在
表1
序號1
用途除灰系統(tǒng)（干灰輸送）除灰控制（儀用）熱控控制（儀用）脫硫（儀用）脫硝儀用化水儀用脫硝聲波吹灰廠用氣
熱機檢修
氣量70
檢修時使用，其用量幾乎無法準(zhǔn)確確定。為保證電廠安全運行，雜用氣可隨時切斷供應(yīng)。
某工程2×350MW機組用氣量
單位m/minm3/minm3/minm3/minm3/minm3/minm3/minm3/min
3
運行狀況連續(xù)
品質(zhì)
壓力露點：2℃，含油量＜5mg/m3，灰塵粒徑＜40μm，壓力：0.7MPa壓力露點：－40oC，含油量＜1mg/m3，灰塵粒徑＜5μm，壓力：0.6～0.7MPa
同2同2同2同2
備注
2345678
620212410
連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)連續(xù)不連續(xù)與1不同時
不做后處理不做后處理
注：脫硫吹掃采用蒸汽吹掃
3壓縮空氣系統(tǒng)存在的問題
實際火電廠壓縮空氣系統(tǒng)運行中有幾大問
25m3的儲氣罐，為機務(wù)檢修氣源用。按以上常規(guī)設(shè)計，往往導(dǎo)致儀用儲氣罐容積過小，主要是未考慮儲氣罐容納時間期內(nèi)氣壓變動。針對儀用儲氣罐容積的計算過程如下：
V=
Q·t·P0P2－P1
（1）
題
［1－2］
，主要有：
（1）儲氣罐容積設(shè)計偏低，導(dǎo)致儀表用氣量不夠及儀表用氣的壓力偏低。
（2）冷卻水管路采用工業(yè)水，由于冷卻水水質(zhì)差，冷卻器換熱面結(jié)垢嚴(yán)重，換熱效果差，冷卻水回水溫度升高。
（3）壓縮空氣母管未設(shè)疏放水點，若管內(nèi)積水未及時排放，將影響壓縮空氣的品質(zhì)。
（4）氣動閥無法正常開啟、關(guān)閉，閥門內(nèi)部運動部件沾有污物，無法順暢活動，壓縮空氣無法控制、設(shè)備工作異常。44.1
壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化儲氣罐容積的計算
考慮到熱控專業(yè)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(dāng)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
3
耗氣量”規(guī)定，設(shè)置2個25m的儀用儲氣罐，以
3
式中V為儲氣罐容積，m；Q為壓縮空氣實33
際消耗量，m/min（取31m/min）；t為儲氣罐的
最小容納時間，min（取5min）；P0為壓縮空氣系統(tǒng)安裝所在地的海拔高度的大氣壓（取0.1MPa）；P2為儲氣罐內(nèi)氣體的初始（高）壓力點（取0.8MPa）；P1為使氣動執(zhí)行機構(gòu)動作的儲氣罐內(nèi)氣體的低壓力
3
點（取0.6MPa），代入上式，得到V=77.5m，因3
此需要增加1臺30m的儀用儲氣罐。
4.2冷卻水系統(tǒng)優(yōu)化
針對冷卻水管路，提出采用閉式循環(huán)冷卻水
系統(tǒng)冷卻，這樣可以很好的保證冷卻水水質(zhì)，避免空壓機排氣溫度高而導(dǎo)致頻繁跳機。另一方面，空壓機排氣溫度的降低，容納的水分越少，吸附式干燥機的干燥負(fù)荷越低，從而使組合式干燥器的干燥效率得到提高。4.3
疏放水管道設(shè)計
常規(guī)火電廠壓縮空氣管道在母管上的低點安裝1個截止閥，在機組正常運行時放水仍然會出現(xiàn)
（下轉(zhuǎn)第60頁）
滿足儲氣罐內(nèi)壓力下降到0.6MPa過程可持續(xù)向儀
3
用氣用戶供氣5min的要求。設(shè)置3個25m的儲
氣罐，作為平穩(wěn)干灰輸送用氣氣源用；設(shè)置1個
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渦分離邊界內(nèi)流動強烈，利于燃料和空氣混合。
3種結(jié)構(gòu)徑向旋流器的最小通流面積、喉部面積、以及筒的直徑相同，所以根據(jù)式（6）計算得到的幾何旋流數(shù)也是相同的，均為0.855。根據(jù)式（1）得到t=40mm、t=10mm與軸向彎曲3種結(jié)構(gòu)在喉部中間面的旋流數(shù)依次為0.859、0.813、0.761。兩種方法的計算值較為接近。設(shè)計是多采用幾何旋流數(shù)來設(shè)計旋流器的通流面積。雖然3種旋流器結(jié)構(gòu)有所差異，但是影響旋流數(shù)大小的參數(shù)沒有變化。通過改變結(jié)構(gòu)，雖然減小了旋流數(shù)，但是回流區(qū)變化不大，其原因是否為幾何旋流數(shù)沒有發(fā)生變化，有待進(jìn)一步研究。4
結(jié)語
e模型計算旋流燃燒器（1）通過SST和標(biāo)準(zhǔn)k-
流場并與實驗結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)SST湍流模型計算結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好。
（2）計算得到了不同結(jié)構(gòu)下的旋流數(shù)沿軸向的變化，發(fā)現(xiàn)旋流器出口喉部截面旋流數(shù)與幾何旋流數(shù)接近，有利于徑向旋流器的設(shè)計。參考文獻(xiàn)：
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（上接第47頁）
積水的情況，即放水不徹底。解決的方案之一是設(shè)置2個截止閥串聯(lián)布置，兩截止閥的間距約500mm，如圖1。解決的方案之二是在壓縮空氣母管的低點處安裝疏水閥，以保證管道內(nèi)不積水
。
供系統(tǒng)狀態(tài)及報警信號�？諝夂筇幚碓O(shè)備的集控納入中控單元范圍。5
結(jié)語
（1）通過對儀用儲氣罐容積的計算，重新配
3
置儲氣罐的數(shù)量及容量，需增加1臺30m的儀用
儲氣罐。增加了儲氣量，從而提高了壓縮空氣系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。
（2）提出了對冷卻水管道和疏放水管道的優(yōu)化設(shè)計，進(jìn)一步提高了全廠壓縮空氣系統(tǒng)運行的可靠性。
圖1
疏水站的設(shè)置
（3）采用集中控制及智能自動化調(diào)節(jié)方式有助于壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能降耗。參考文獻(xiàn)：
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［2］秦文防，鄭文敬，鄭尊建，等.電廠壓縮空氣系統(tǒng)工藝改造
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［3］張蓮鶯.華能巢湖電廠全廠壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化火力發(fā)電廠壓縮空氣系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化［J］.電力建設(shè)，
2010，31（4）
［4］DL5000－2000火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程［S］［5］GB50029－2003壓縮空氣站設(shè)計規(guī)程［S］
4.4調(diào)節(jié)系統(tǒng)節(jié)能措施
全廠空壓機站實行智能化控制，設(shè)中央控制
單元（中控單元），采取節(jié)能型自動控制調(diào)節(jié)方式控制空壓機群。每臺空壓機本體內(nèi)置數(shù)碼智能控制器，只要輸入系統(tǒng)所需壓力及控制模式，正常運行過程中不需要任何手工操作。中控單元根據(jù)系統(tǒng)壓力變化，優(yōu)化計算，自動啟動空壓機群中的不同空壓機，以滿足外部壓縮空氣需求，并實行輪換制式。中控單元還可以與集控室通訊，提
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