火電廠壓縮空氣后處理系統設計優化探討

朱琪明 胡豐良

摘 要 目前，火電廠壓縮空氣后處理的系統設計，事關氣源質量和能耗，從火電廠各工藝系統氣源要求出發，梳理出影響系統運行技術指標的主要因素，結合后處理設備特點，經技術經濟比較分析，提出壓縮空氣后處理系統設計、設備選型以及控制等設計優化原則和節能運行措施。

關鍵詞 壓縮空氣;后處理;節能

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擬定、設備類型和特點、設備選型、系統運行控制、冷卻水溫和進氣溫度對系統的影響等方面進行節能化分析，提出優化設計建議措施。

1概述

目前，國內火力發電廠裝機容量呈現不斷擴大趨勢，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、CFB鍋爐爐內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的廣泛應用，使得電廠空氣壓縮機的數量和空壓機站的規模不斷擴大。按照電廠設計慣例，廠內空壓機站數量一般不少于兩個（機務專業用氣和其他專業用氣）;按照相關技術規程的規定，每個空壓機站中都有數量不等的空氣壓縮機作為備用。從節水、節能、運行維護便捷、安全可靠為出發點，探求創新全廠壓縮空氣系統整合設計，即全廠設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—“全廠供氣中心”，就顯得尤為必要，同時也對其他行業壓縮空氣系統設計和運用具有借鑒意義[1]。

2環境溫度、濕度對壓縮空氣系統的影響

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，吸附熱產生量越大）。由于吹冷過程大部分采用干燥器出口的產品氣，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的總水量，高溫、高濕會影響循環水的出水溫度，由此決定了分離器、過濾器的液態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系，僅是飽和濕空氣溫度的單值函數。因為即使當大氣相對濕度低至極干燥的20%時，壓縮到7bar并經冷卻至常溫時也已形成過飽和濕空氣，其攜帶的冷凝水經各種分離器、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（風冷機為環境溫度）和冷卻、分離效率。

3壓縮空氣后處理系統擬定

3.1 儲氣罐的設置

干燥器出口需設置母管和儲氣罐。設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。儲氣罐本體上設有安全閥和排污閥。此處合理的設置儲氣罐可以提高整個壓縮空氣系統的安全裕度。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。

設計中考慮到熱控系統儀用壓縮空氣對整個系統安全至關重要，根據《火力發電廠設計技術規程》中“當全部空氣壓縮機停用時，熱工控制壓縮空氣系統的貯氣罐的容量，應能維持不小于5min的耗氣量”規定，本項目應設置2個50m3的儀用儲氣罐，以滿足儲氣罐內壓力下降到0.6MPa過程中可持續向儀用氣用戶供氣5min的要求。再設置兩個25m3的儲氣罐，作為平穩干灰輸送用氣使用;最后設置一個25m3的儲氣罐為機務檢修供氣[2]。

3.2 空壓機系統管道連接

后處理系統與空壓機系統管道的連接，通常有3種設計方式：方式一，空壓機出口管道與干燥機一對一直接連接，干燥機參數與空壓機的參數相匹配;方式二，空壓機出口管道通過母管與干燥機進口管道連接，干燥機數量與空壓機數量相同，單臺干燥機參數與單臺空壓機的參數相匹配;方式三，空壓機出口管道通過母管與干燥機進口管道連接，干燥機數量與空壓機數量不同，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，設備數量較少，系統相對簡單;第二、三種方式適合于全廠集中式壓縮空氣系統。后兩種方式中我們推薦方式二，主要是考慮系統運行能耗，一般電廠的用氣量會根據負荷、煤質等情況變化，前級空壓機設計時，一般會考慮調節氣量的手段，而干燥機常規設計是沒有考慮調節負荷措施，采用方式二在系統控制上可實現空壓機與干燥機連鎖，這樣有利于系統節能運行。

4后處理設備類型和特點

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結束語

本文主要從壓縮空氣后處理系統設備選型方面，進行系統優化設計探討，在具體工程設計中，還應考慮其他很多方面，如設備質量、管網設計、檢修維護、系統能效等，需要設計院、設備供應商、運行單位等不斷努力鉆研和優化，為電廠提供一個高質量、高能效等級的壓縮空氣后處理系統。

參考文獻

[1] 中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.壓縮空氣站設計規范：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：機械工業出版社，2005.