火電廠空壓機系統(tǒng)智能控制的升級與應(yīng)用

馮美榮，馮凱翔

（中電神頭發(fā)電有限責任公司，山西朔州 036800）

0 引言

火電廠空壓機系統(tǒng)是電廠機組穩(wěn)定運行的重要組成系統(tǒng)，其主要作用如下：一是為氣動自動化控制設(shè)備提供氣源，二是為鍋爐燃燒后灰分氣力輸送提供氣源，三是為布袋除塵器清灰提供氣源，四是提供壓縮空氣給檢修、吹灰等用[1]。某電廠空壓機站配置9臺40.2 m3/min康普艾L250螺桿式空壓機及對應(yīng)的9臺50 m3/min組合式干燥機，分4臺儀用，5臺輸灰用，采用母管制。空壓機共配置6個壓縮空氣儲氣罐，其中2個輸灰氣用儲氣罐、2個儀用氣儲氣罐、1個布袋噴吹用氣儲氣罐、1個雜用氣儲氣罐。

1 空壓機系統(tǒng)運行中存在的問題

1.1 系統(tǒng)能耗高且用氣損失大

原有螺桿機屬于容積式空壓機，原理及設(shè)計水平落后，效率低，能耗高，而后處理設(shè)備組合式干燥機技術(shù)較為落后，再生耗氣量大，達處理氣量的5%，導(dǎo)致能耗額外增加，造成了能源損失。

1.2 智能化控制程度低且無運行參數(shù)監(jiān)測

原系統(tǒng)不能實現(xiàn)壓力帶控制、順序控制，多臺空壓機負載無法分配，雖給下游供氣量較為充足，但加卸載頻繁；無監(jiān)控裝置，需人工了解設(shè)備運轉(zhuǎn)情況；無故障預(yù)警功能，增加了運行風險；用氣端各參數(shù)監(jiān)測儀表不完善，現(xiàn)有操作箱儀表存在一定的誤差。

1.3 無法對空氣成本及運行數(shù)據(jù)進行有效管理

原系統(tǒng)無法對用氣成本進行分析，也沒有報表數(shù)據(jù)展示，缺失了各參數(shù)的實時曲線，不能及時掌握空壓站的運行狀態(tài)。

2 空壓機系統(tǒng)優(yōu)化方案

為了解決空壓機系統(tǒng)高能耗問題，必須對現(xiàn)有系統(tǒng)進行升級改造。在1號螺桿式儀用空壓機及1號儀用組合式干燥機原有基礎(chǔ)上進行升級改造，安裝1臺韓國進口離心式高效空壓機及壓縮熱再生吸附式干燥機，并對動力電源、控制電源相應(yīng)升級改造。

經(jīng)過升級改造后的空壓機系統(tǒng)主要實現(xiàn)了以下功能：一是新增智能控制與監(jiān)測系統(tǒng)，可視頻監(jiān)控，實現(xiàn)無人值守；二是新增壓縮空氣能耗評估系統(tǒng)，實時評估監(jiān)測現(xiàn)場空壓站空氣成本，并定期生成空氣成本數(shù)據(jù)報表；三是實現(xiàn)Web、移動端App實時查看數(shù)據(jù)分析；四是優(yōu)化連通管道，包括管道布局及直徑；五是安裝并完善各儀表，包括流量計、電量表、壓力傳感器、露點儀等。

2.1 新增智能控制和監(jiān)控系統(tǒng)

新增的自控與監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示，主要包含空壓機集中控制、視頻監(jiān)控裝置，實現(xiàn)了空壓站現(xiàn)場真正的無人值守，提高了空壓機控制智能化程度，并完善了現(xiàn)場各參數(shù)監(jiān)測、采集，提供對外輸出數(shù)據(jù)接口及通信?？諌簷C控制智能是通過智能控制及能耗分析系統(tǒng)將離心式與螺桿式空壓機系統(tǒng)實現(xiàn)智能切換控制。

圖1 空壓機智能控制系統(tǒng)組成圖

2.2 新增壓縮空氣能耗分析系統(tǒng)

通過讀取智能控制與監(jiān)測系統(tǒng)所采集的工況數(shù)據(jù)，包括管路壓力、管路流量、運行電流、排氣溫度、含塵量、運行時間等，根據(jù)設(shè)定的算法進行分析，得出壓縮空氣成本及各參數(shù)實時曲線，從而直觀反映空壓機的運行狀態(tài)，實現(xiàn)對空壓站運行數(shù)據(jù)、統(tǒng)計記錄的有效管理。

未改造的原有8臺螺桿式空壓機、8臺組合式干燥機（包括干燥機電動入口門）控制及監(jiān)測回路接入空壓機集中控制系統(tǒng)，作為系統(tǒng)備用空壓機，在用氣量大（或?。⑾到y(tǒng)壓力低（或高）時，通過對控制系統(tǒng)升級，實現(xiàn)自動啟停。

3 系統(tǒng)安裝與調(diào)試[1]

3.1 裝置調(diào)試

新安裝的離心式空壓機及干燥機單體調(diào)試。當所有設(shè)備安裝完畢后，啟動1號離心式空壓機并入系統(tǒng)，為了保證全廠壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行，利用8臺螺桿式空壓機出口壓力進行聯(lián)鎖，即設(shè)置好8臺螺桿式空壓機加、卸載壓力，啟動后利用卸載壓力比1號儀用空壓機出口壓力低進行卸載并停運，1號儀用空壓機有故障時其他空壓機能及時加載，確保全廠壓縮空氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

所有空壓機及干燥機接入集中控制系統(tǒng)后的遠程控制試驗合格，啟停及狀態(tài)顯示正常，干燥機入口電動門開關(guān)正常，行程到位，各種數(shù)據(jù)傳輸試驗正常。

3.2 聯(lián)動調(diào)試

a）運行專業(yè)制定空壓機集中控制聯(lián)動調(diào)試預(yù)控措施，防止發(fā)生壓縮空氣系統(tǒng)拉垮事件。

b）1號儀用空壓機（離心式）及1號儀用干燥機保持長期運行狀態(tài)，不參與聯(lián)動，8臺螺桿式空壓機可分別任意設(shè)置主機、備1～7、退出狀態(tài)。聯(lián)動投入或退出運行時，按照主機、備1～7優(yōu)先順序執(zhí)行，退出狀態(tài)不參與聯(lián)動。

c）設(shè)置好系統(tǒng)上限壓力、下限壓力后，備用螺桿式空壓機根據(jù)上限壓力、下限壓力聯(lián)動啟停，即空壓機出口總管壓力低于下限壓力按聯(lián)動次序啟動1臺空壓機，超過加裝延時后壓力仍低于設(shè)定壓力啟動第二臺空壓機，依此類推?？諌簷C出口總管壓力高于上限壓力按聯(lián)動相反次序停止1臺空壓機，超過卸裝延時后壓力仍高于設(shè)定壓力停止第2臺空壓機，依此類推。

d）設(shè)置好系統(tǒng)最小壓力后，空壓機出口總管壓力低于最小壓力，聯(lián)動啟動所有備用空壓機。

3.3 調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題及解決辦法

調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)空壓機及干燥機聯(lián)動系統(tǒng)投入運行后，備用的干燥機電動入口門關(guān)閉，在空壓機出口總管（干燥機出口門后）壓力下降時，由于干燥機入口電動門關(guān)閉，螺桿式空壓機出口壓力維持原來壓力并沒有下降，導(dǎo)致備用空壓機背壓太高，不能正常啟動。

為避免備用空壓機啟動背壓過高，在投入空壓機、干燥機聯(lián)動前，開啟2臺干燥機電動入口門并啟動對應(yīng)干燥機，把這2臺干燥機設(shè)置為聯(lián)動退出狀態(tài)，保持常運行狀態(tài)。

4 空壓機系統(tǒng)改造后的效益分析

空壓機系統(tǒng)于2019年4月1日開始改造，4月15日完成，系統(tǒng)投入運行，改造前在滿負荷工況時系統(tǒng)需運行8～9臺空壓機，前3年又4個月平均耗電率0.268 7%（2016年—2019年4月空壓機用電4 633.866萬kW·h，發(fā)電1 724 309萬kW·h）；改造后系統(tǒng)實現(xiàn)智能控制和監(jiān)控，實時進行空氣能耗分析，成功完成了節(jié)能降耗的目標。

通過跟蹤和統(tǒng)計2019年全年用電情況（如表1所示），發(fā)現(xiàn)2019年1—4月空壓機未改造前用電380.686萬kW·h，發(fā)電121 236.72萬kW·h，平均耗電率0.314%；改造后5—12月用電640.213 3萬kW·h，發(fā)電390 914.88萬kW·h，平均耗電率0.163 77%，比改造前下降0.150 23%耗電率，比前3年又4個月平均耗電率0.268 7%下降0.104 93%，可節(jié)約廠用電410.19萬kW·h，按0.332元/（kW·h）計算，可節(jié)約費用136.18萬元，平均每月可節(jié)約電量51.274萬kW·h，可節(jié)約費用17.02萬元。

表1 2019年空壓機用電情況表

5 結(jié)束語

機組新空壓機系統(tǒng)可實現(xiàn)空壓機的智能監(jiān)控，減少運行維護成本，并完成對系統(tǒng)運行過程中工況數(shù)據(jù)的監(jiān)控，進行在線能耗分析和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，大大降低了系統(tǒng)運行的廠用電率，達到月平均17.02萬元的節(jié)能效益，具有推廣應(yīng)用價值。