燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化改造

徐 明，耿海濤

(湖北華電武昌熱電有限公司，湖北 武漢 430062)

0 引言

燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠壓縮空氣系統(tǒng)比較復(fù)雜，除主廠房壓縮空氣處理系統(tǒng)外，燃?xì)廨啓C(jī)還自帶空氣處理站(模塊)，承擔(dān)其熱工控制、燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過(guò)濾器吹掃、機(jī)組檢修等所用壓縮空氣的供給工作。此外，對(duì)于帶有天然氣增壓站的燃?xì)廨啓C(jī)，還要為制氮機(jī)提供壓縮空氣，將分離出的氮?dú)庥糜谠鰤赫緣嚎s機(jī)低壓側(cè)軸端密封。因此，對(duì)于這一類型的燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠，壓縮空氣系統(tǒng)的可靠性就顯得尤為重要。為提高機(jī)組安全水平，優(yōu)化壓縮空氣系統(tǒng)的運(yùn)行方式，使其達(dá)到“設(shè)備無(wú)隱患、系統(tǒng)無(wú)阻塞、質(zhì)量零缺隱、安全零事故”的目的，對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造。

1 空氣壓縮系統(tǒng)及功能

1.1 主廠房壓縮空氣處理系統(tǒng)

該系統(tǒng)為母管制，采用2臺(tái)同型式、同容量的空氣壓縮機(jī)(簡(jiǎn)稱空壓機(jī))，1臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用?？諌簷C(jī)出口母管上一路壓縮空氣經(jīng)過(guò)濾器、干燥器凈化、干燥后，再通過(guò)儀用儲(chǔ)氣罐分別送至天然氣增壓站的熱工控制裝置作氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和儀表運(yùn)行時(shí)的驅(qū)動(dòng)用氣，以及作為制氮機(jī)制氮用的氣源；另一路壓縮空氣則由空壓機(jī)出口母管經(jīng)檢修儲(chǔ)氣罐送至全廠檢修壓縮空氣環(huán)管，作為機(jī)組檢修時(shí)的設(shè)備用氣。

1.2 燃?xì)廨啓C(jī)空氣處理站

燃?xì)廨啓C(jī)自帶1臺(tái)功率較小的空壓機(jī)，以滿足燃?xì)廨啓C(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中或停用期間以及空氣冷卻器發(fā)生故障的情況下，熱工控制裝置和進(jìn)氣過(guò)濾器反吹用氣。

當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)并正常投運(yùn)后，則從燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)中抽出少量的溫度為289 ℃、壓力為0.8—1.0 MPa的壓縮空氣，并經(jīng)處理站的空氣冷卻器冷卻到高于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度5 ℃后，送至燃?xì)廨啓C(jī)壓縮空氣系統(tǒng)中，以替代其空壓機(jī)功能。此時(shí)空壓機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)。

2 壓縮空氣系統(tǒng)技術(shù)改造

在分析燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠壓縮空氣系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)后不難看出，若通過(guò)技術(shù)改造將各自獨(dú)立運(yùn)行的燃?xì)廨啓C(jī)空氣處理站的壓縮空氣系統(tǒng)與主廠房壓縮空氣系統(tǒng)并聯(lián)起來(lái)，就可實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下利用其壓氣機(jī)的抽氣向全廠提供壓縮空氣。于是，2套壓縮空氣系統(tǒng)中的空壓機(jī)均可停運(yùn)備用，從而有效提升了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

2.1 壓氣機(jī)抽氣管道輸氣能力核算

按規(guī)定，壓縮空氣系統(tǒng)的流量應(yīng)按各用氣設(shè)備、用氣點(diǎn)的最大耗氣量計(jì)算。因此，若采用燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的抽氣承擔(dān)全廠壓縮空氣的供應(yīng)，則需對(duì)其抽氣管道的輸氣能力進(jìn)行校核。

(1)壓縮空氣在工作狀態(tài)下的體積流量Q：

式中：QS——壓縮空氣基準(zhǔn)體積流量(在絕對(duì)壓力101.3 kPa，溫度20 ℃的狀態(tài)下)，m3/h；

tC——壓縮空氣的工作溫度，℃；

Py——壓縮空氣的工作壓力，MPa。

該廠S109E聯(lián)合循環(huán)機(jī)組壓縮空氣基準(zhǔn)體積流量的設(shè)計(jì)值QS為395 Nm3/h(其中，燃?xì)廨唭x表用氣20 Nm3/h，進(jìn)氣過(guò)濾器吹掃用氣165—175 Nm3/h，天然氣增壓站儀表用氣20 Nm3/h，制氮機(jī)用氣100 Nm3/h)；壓縮空氣工作溫度tC取45 ℃；壓縮空氣的工作壓力Py為0.8 MPa。將已知數(shù)據(jù)代入式(1)，即得Q=54.64 m3/h。

壓氣機(jī)抽氣管道管徑Di計(jì)算：

式中：C——壓縮空氣管道介質(zhì)流速，m/s，取13 m/s(工作場(chǎng)所為主廠房、車間，其熱工控制用壓縮空氣流速為10—15 m/s；檢修用壓縮空氣流速為 8—15 m/s)。

將已知數(shù)據(jù)代入式(2)，計(jì)算得Di=38.5 mm。

S109E燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)抽氣管Did(管道最大內(nèi)徑)∶Dic(管道最小內(nèi)徑)=50 mm∶40 mm的變徑管(大小頭變徑)。其Dic大于Di，故壓氣機(jī)抽氣管道輸氣能力完全能滿足全廠所需最大壓縮空氣耗量。

2.2 壓氣機(jī)抽氣管增設(shè)減壓裝置

壓縮空氣從燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)中抽出來(lái)的壓力為0.8—1.0 MPa，而全廠壓縮空氣管網(wǎng)壓力為0.7—0.8 MPa，為此，應(yīng)在壓氣機(jī)抽氣管上增設(shè)減壓閥。燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行后，將其稍高壓力的抽氣通過(guò)減壓閥降低至全廠壓縮空氣管網(wǎng)的壓力，替代空壓機(jī)向管網(wǎng)輸送壓縮空氣，空壓機(jī)則停運(yùn)備用。燃機(jī)停運(yùn)后，當(dāng)壓力開(kāi)關(guān)檢測(cè)到管網(wǎng)壓力下降至0.7 MPa及以下時(shí)，空壓機(jī)自動(dòng)加載并投入使用，以保證全廠壓縮空氣系統(tǒng)連續(xù)、安全供氣。

2.3 壓縮氮?dú)鈨?chǔ)氣罐增容

某廠燃?xì)廨啓C(jī)上游設(shè)置天然氣增壓站，其壓縮機(jī)低壓側(cè)軸端采用氮?dú)饷芊?，密封用氣量?.35 m3/h。

為保證在壓縮空氣系統(tǒng)故障情況下壓縮機(jī)有較大的安全裕度，將制氮機(jī)的氮?dú)鈨?chǔ)氣罐的容積由原設(shè)計(jì)的1 m3增容至1.5 m3。這樣，即使出現(xiàn)全廠壓縮空氣停供“事件”，氮?dú)鈨?chǔ)氣罐內(nèi)儲(chǔ)存的壓縮氮?dú)庀驂嚎s機(jī)提供密封氣的持續(xù)時(shí)間可由原來(lái)的0.74 h延長(zhǎng)至1.11 h。

3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

(1) 提高壓縮空氣系統(tǒng)的安全可靠性。壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化改造所收到的主要成效，就是系統(tǒng)及設(shè)備的安全可靠性明顯提高。一是增加了空壓機(jī)備用容量，可靠性提高；二是空壓機(jī)大部分時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，有效避免了加載頻繁的弊端，不僅延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，還減少了維護(hù)工作量和維護(hù)費(fèi)用。

(2) 改善環(huán)境條件。燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行期間，空壓機(jī)停用，無(wú)噪聲產(chǎn)生，車間及周邊環(huán)境得到改善。

(3) 節(jié)能。燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行正常后，用壓氣機(jī)抽氣替代空壓機(jī)向全廠壓縮空氣系統(tǒng)供氣。停運(yùn)的空壓機(jī)軸功率為75 kW，以該廠1套S109E機(jī)組年平均運(yùn)行4 500 h計(jì)，每年可節(jié)省33.8萬(wàn)kWh電力；而從壓氣機(jī)抽出的壓縮空氣量相對(duì)其出力而言可忽略不計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

(1) 經(jīng)技術(shù)改造，將燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組所配置的2套壓縮空氣系統(tǒng)并聯(lián)起來(lái)，使壓縮空氣的供應(yīng)方式得到優(yōu)化，既增加系統(tǒng)備用容量，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高安全水平；又節(jié)能降耗，有利于創(chuàng)建本質(zhì)安全型企業(yè)。

(2) 需要特別指出的是，在對(duì)系統(tǒng)改造前，須核算燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)抽氣管道輸送壓縮空氣的能力，以滿足包括天然氣增壓站制氮機(jī)在內(nèi)的各用氣設(shè)備和用氣點(diǎn)的最大用氣量。此外，在系統(tǒng)改造中，須嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)程的規(guī)定，如：儲(chǔ)氣罐容量應(yīng)至少維持其系統(tǒng)5 min運(yùn)行耗氣量，而增壓站制氮機(jī)儲(chǔ)氣罐容量則應(yīng)至少滿足1 h向天然氣壓縮機(jī)供應(yīng)密封用氮?dú)饬?；?chǔ)氣罐與空壓機(jī)之間的管道上應(yīng)裝設(shè)止回閥；熱工控制用壓縮空氣系統(tǒng)的儲(chǔ)氣罐及其以后的輸氣管道宜采用不銹鋼材料制作等，以保證壓縮空氣系統(tǒng)可靠性和機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。