某電廠二期空氣壓縮機(jī)設(shè)備及方案選擇

康愛軍

摘 要：對(duì)螺桿式和離心式空壓機(jī)設(shè)備的特點(diǎn)進(jìn)行綜合比較可知，離心式空壓機(jī)在較大出力時(shí)（流量≥120 m3/min）優(yōu)勢(shì)明顯，而螺桿式空壓機(jī)在較小出力時(shí)（流量≤60 m3/min）優(yōu)勢(shì)明顯。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，從投資和節(jié)能角度，按照兩種不同壓強(qiáng)，提出4種不同的空壓機(jī)設(shè)備配置方案。進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，推薦采用螺桿機(jī)方案或離心機(jī)+螺桿機(jī)的方案，供用戶參考。

關(guān)鍵詞：螺桿式空壓機(jī);離心式空壓機(jī);方案

中圖分類號(hào)：TH45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）29-0059-04

Selection of Equipment and Scheme about Air Compressors in

Phase Ⅱ of a Power Plant

KANG Aijun

（China Power Engineering Consulting Group Northwest Electric Power Design Institute Co.， Ltd.， Xi'an Shaanxi 710075）

Abstract：? According to the characteristics of screw and centrifugal air compressors， this paper makes a comprehensive comparison， and puts forward that the centrifugal air compressor has obvious advantages at large output （flow≥120 m3/min）， while the screw air compressor has obvious advantages at small output （flow≤60 m3/min）. According to the characteristics of the project， from the perspective of investment and energy saving， four different air compressor equipment configuration schemes are proposed according to two different pressures. After technical and economic comparison， screw machine scheme or Centrifuge + screw machine scheme are recommended for users' reference.

Keywords： screw air compressor;centrifugal air compressor;scheme

某電廠二期擴(kuò)建項(xiàng)目（2×1 000 MW發(fā)電機(jī)組）工程系擴(kuò)建性質(zhì)，現(xiàn)有裝機(jī)容量為2×600 MW機(jī)組，二期工程建設(shè)規(guī)模為2×1 000 MW高效超臨界間接空冷機(jī)組。

電廠一期工程#1、#2爐設(shè)有8臺(tái)螺桿式空壓機(jī)。其中，除灰專業(yè)共設(shè)4臺(tái)輸灰空壓機(jī)并配有4臺(tái)冷凍式干燥裝置，3臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。每臺(tái)空壓機(jī)流量[Q]=57.1 m3/min，壓強(qiáng)[P]=0.8 MPa，電機(jī)功率[N]=300 kW。熱機(jī)專業(yè)設(shè)4臺(tái)儀表控制用空壓機(jī)并配有4臺(tái)微熱再生式干燥裝置，每臺(tái)空壓機(jī)流量[Q]=44.6 m3/min，壓強(qiáng)[P]=0.8 MPa，電機(jī)功率[N]=262 kW，2臺(tái)運(yùn)行，2臺(tái)備用（其中1臺(tái)為電廠在運(yùn)行后增設(shè)）。8臺(tái)空壓機(jī)出口通過(guò)大母管相連，4臺(tái)輸灰用空壓機(jī)母管與4臺(tái)儀表控制用空壓機(jī)母管間設(shè)置一個(gè)隔離閥和一個(gè)止回閥。正常情況下，隔離閥關(guān)閉。當(dāng)儀表用氣不夠或空壓機(jī)事故狀態(tài)時(shí)，可打開隔離閥，使輸灰空壓機(jī)作其備用。止回閥可以防止因輸灰引起儀表控制用壓縮空氣的壓強(qiáng)波動(dòng)。

二期工程目前處于初步設(shè)計(jì)階段。經(jīng)初步估算，二期工程每臺(tái)爐儀用及廠用氣流量約為60 m3/min，每臺(tái)爐除灰系統(tǒng)用氣流量為120～150 m3/min。

1 空氣壓縮機(jī)設(shè)備選擇

目前，常用的空氣壓縮機(jī)設(shè)備分為如下3種類型：活塞式空壓機(jī)、螺桿式空壓機(jī)（回轉(zhuǎn)式空壓機(jī)）、離心式空壓機(jī)[1]。因活塞式空壓機(jī)技術(shù)比較落后，筆者主要針對(duì)螺桿式空壓機(jī)和離心式空壓機(jī)作綜合比較。螺桿式空壓機(jī)采用等容變壓的壓縮方式，通過(guò)互相嚙合的一對(duì)螺桿把空氣壓縮后輸出，整機(jī)壽命15年左右。其中，軸承壽命較短，每3～5年需要更換一次[2]。離心式空壓機(jī)采用等壓變?nèi)莸膲嚎s方式，通過(guò)葉輪的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，把動(dòng)能傳輸給吸入的空氣，并通過(guò)擴(kuò)壓段把氣流動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓[3]。整機(jī)壽命為20年左右，其軸承采用高轉(zhuǎn)速（可傾瓦）軸承，壽命較長(zhǎng)，7～8年更換一次即可[4]。

螺桿式及離心式空壓機(jī)綜合比較如表1所示。

適應(yīng)性方面：螺桿式空壓機(jī)排氣量調(diào)節(jié)范圍為0%～100%，可不經(jīng)預(yù)熱、預(yù)潤(rùn)滑直接啟動(dòng);離心式空壓機(jī)壓強(qiáng)變化對(duì)氣量影響大，要防止喘振，70%～100%采用進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)，70%以下采用放空卸載，啟動(dòng)對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)有要求（預(yù)熱、預(yù)潤(rùn)滑）;螺桿式空壓機(jī)購(gòu)置成本較低，但運(yùn)行、維修保養(yǎng)成本較高;對(duì)于離心式空壓機(jī)，小容量設(shè)備（流量≤120 m3/min）購(gòu)置成本較高，大容量設(shè)備（流量≥200 m3/min）購(gòu)置成本較低，運(yùn)行、維修保養(yǎng)成本較低。

通過(guò)以上分析可以看出，螺桿式空壓機(jī)和離心式空壓機(jī)各有優(yōu)缺點(diǎn)。離心式空壓機(jī)在較大出力時(shí)（流量≥120 m3/min）優(yōu)勢(shì)明顯，而螺桿式空壓機(jī)在較小出力時(shí)（流量≤60 m3/min）優(yōu)勢(shì)明顯。離心式空壓機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠輸出無(wú)油的壓縮空氣，且在額定負(fù)荷下運(yùn)行效率比螺桿式稍高，但在運(yùn)行中要充分考慮風(fēng)機(jī)低流量、高壓頭工況時(shí)候的喘振。另外，離心式空壓機(jī)的容量與連續(xù)用氣量需盡量匹配，盡量減少啟停次數(shù)和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間。離心式空壓機(jī)雖在運(yùn)行調(diào)節(jié)時(shí)受到一定的限制，但可以通過(guò)合理匹配用氣負(fù)荷盡量避免。

考慮到無(wú)油螺桿式空壓機(jī)的成本比噴油螺桿式空壓機(jī)高出一倍以上，且現(xiàn)在市場(chǎng)上大多數(shù)品牌的噴油螺桿式空壓機(jī)成品氣的含油量已很低，配備合適的空氣干燥設(shè)備完全可以滿足儀表用氣要求，故本工程不考慮采用無(wú)油螺桿式空壓機(jī)。

另外，從選擇干燥器的角度出發(fā)，螺桿式空壓機(jī)和離心式空壓機(jī)也有不同。螺桿式空壓機(jī)通常配備吸附式干燥器，需耗壓縮空氣7%～15%;離心式空壓機(jī)由于排氣溫度較高，可采用壓縮熱再生吸附式干燥器，直接利用空壓機(jī)的壓縮熱替代壓縮空氣或電加熱能耗，比無(wú)熱、微熱節(jié)能80%以上，比普通外加熱干燥器節(jié)能50%左右。所以，若選擇離心式空壓機(jī)，還可以通過(guò)干燥器進(jìn)一步節(jié)能。

2 空氣壓縮機(jī)方案配置

火力發(fā)電廠一般要設(shè)置熱工儀表及控制用、檢修用、氣力除灰用壓縮空氣系統(tǒng)，從統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)、便于運(yùn)行管理等角度出發(fā)，采用系統(tǒng)合并、母管連接、備用共享的全廠壓縮空氣系統(tǒng)是合理的。

常規(guī)火電廠中空壓機(jī)一般都配置螺桿式空壓機(jī)。離心式空壓機(jī)主要應(yīng)用于石油、鋼鐵、化工等行業(yè)，但隨著電廠容量逐漸擴(kuò)大以及一體化建設(shè)的發(fā)展，全廠用氣量大幅增加。近年來(lái)，離心式空壓機(jī)逐漸國(guó)產(chǎn)化，這促使其在電廠在逐漸得到應(yīng)用。本工程為百萬(wàn)機(jī)組，灰渣量很大，而且空壓機(jī)系統(tǒng)可以與一期工程統(tǒng)籌考慮，故可將離心式空壓機(jī)的應(yīng)用納入考慮范圍。由于單純采用中、大容量離心式空壓機(jī)難以應(yīng)對(duì)電廠機(jī)組數(shù)量大、機(jī)組負(fù)荷頻繁變化的工況，推薦采用離心式空壓機(jī)和螺桿式空壓機(jī)結(jié)合使用，以達(dá)到更好的節(jié)能效果。

按照實(shí)際供氣壓強(qiáng)，熱工儀表及控制用、檢修用氣壓強(qiáng)≥0.6 MPa，而輸灰系統(tǒng)用氣≥0.35 MPa時(shí)，為達(dá)到更好的節(jié)能節(jié)電效果，選擇不同壓強(qiáng)等級(jí)的空壓機(jī)。公共備用空壓機(jī)按儀用空壓機(jī)選配，組合形成全廠壓縮空氣系統(tǒng)。

擬定4個(gè)全廠壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)備配置方案，情況分別如下。

2.1 方案一：全部采用螺桿式空壓機(jī)

2臺(tái)爐共設(shè)9臺(tái)螺桿式空壓機(jī)，其中5臺(tái)低壓輸灰空壓機(jī)，4～5臺(tái)運(yùn)行，0～1臺(tái)備用，每臺(tái)空壓機(jī)暫定流量為60 m³/min，壓強(qiáng)為0.5 MPa。全廠儀用及廠用空壓機(jī)設(shè)4臺(tái)，2臺(tái)運(yùn)行、2臺(tái)備用，其中1臺(tái)與除灰系統(tǒng)公共備用?，F(xiàn)階段，熱機(jī)每臺(tái)空壓機(jī)暫定流量為60 m³/min，壓強(qiáng)為0.8 MPa。若采用該方案，儀表用空壓機(jī)可以考慮設(shè)置一臺(tái)變頻空壓機(jī)。

2.2 方案二：采用離心式空心機(jī)+螺桿式空心機(jī)（二期空壓機(jī)單獨(dú)設(shè)置）

除灰輸送用氣設(shè)2臺(tái)120 m³/min、0.5 MPa離心式空壓機(jī)+1臺(tái)60 m³/min、0.5 MPa螺桿式空壓機(jī)。正常情況下，2臺(tái)120 m³/min、0.5 MPa離心式空壓機(jī)+1臺(tái)60 m³/min、0.5 MPa螺桿式空壓機(jī)同時(shí)運(yùn)行。因本工程每臺(tái)爐除灰用氣量可能在120～150 m³/min變動(dòng)，本方案中離心式空壓機(jī)常開，60 m³/min螺桿式空壓機(jī)作為調(diào)節(jié)氣量使用。

全廠儀用及廠用氣設(shè)2臺(tái)120 m³/min、0.8 MPa離心式空壓機(jī)，另設(shè)2臺(tái)60 m³/min、0.8 MPa螺桿式空壓機(jī)。正常情況下，僅運(yùn)行1臺(tái)120 m³/min、0.8 MPa的離心式空壓機(jī)，另1臺(tái)120 m³/min、0.8 MPa離心式空壓機(jī)作為運(yùn)行備用。2臺(tái)60 m³/min、0.8 MPa的螺桿式空壓機(jī)可以作為全廠檢修備用。當(dāng)僅有1臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，儀用氣運(yùn)行1臺(tái)60 m³/min、0.8 MPa的螺桿式空壓機(jī)。

2.3 方案三：采用離心式空壓機(jī)+螺桿式空壓機(jī)（一二期空壓機(jī)統(tǒng)籌考慮）

本方案一、二期空壓機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃，4臺(tái)爐的空壓機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)籌考慮?？紤]到除灰用氣和儀表用氣可以采用不同壓強(qiáng)等級(jí)的空壓機(jī)，而一期工程中除灰及儀用采用了同壓強(qiáng)等級(jí)的空壓機(jī)，故本方案中考慮將一期全部空壓機(jī)用于全廠儀表空壓機(jī)，二期新設(shè)的空壓機(jī)采用離心式空壓機(jī)，用于全廠除灰系統(tǒng)。

一、二期工程除灰系統(tǒng)用氣流量約為480 m³/min，設(shè)4臺(tái)160 m³/min、0.5 MPa離心式空壓機(jī)，正常工況下3運(yùn)1備。

全廠（一、二期工程）儀用及廠用氣全部利用一期工程空壓機(jī)，4臺(tái)44.6 m³/min、0.8 MPa和4臺(tái)57.1 m³/min、0.8 MPa螺桿式空壓機(jī)采用大母管相連，一、二期工程儀用及廠用氣流量約為220 m³/min，則正常情況下4臺(tái)57.1 m³/min運(yùn)行，或者3臺(tái)57.1 m³/min加1臺(tái)44.6 m³/min空壓機(jī)運(yùn)行，其他空壓機(jī)作為備用空壓機(jī)。為保證氣源品質(zhì)，原有除灰用4臺(tái)冷凍式干燥器（60 m³/min、0.8 MPa）需改造為微熱再生式干燥器或者組合式干燥器。

本方案全廠儀用氣全部采用螺桿式空壓機(jī)，好處在于4臺(tái)機(jī)組中1～4臺(tái)單獨(dú)運(yùn)行或者組合運(yùn)行?？諌簷C(jī)可以根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況靈活啟停。

2.4 方案四：采用離心式+螺桿空壓機(jī)（一二期空壓機(jī)統(tǒng)籌考慮）

一、二期工程除灰系統(tǒng)用氣流量約為480 m³/min，本期設(shè)3臺(tái)160 m³/min、0.5 MPa離心式空壓機(jī)。正常工況下，3臺(tái)空壓機(jī)全部運(yùn)行供4臺(tái)機(jī)組使用，由一期工程3臺(tái)57.1 m³/min、0.8 MPa的螺桿式空壓機(jī)作為備用。若其中一臺(tái)空壓機(jī)故障，則2臺(tái)160 m³/min、0.5 MPa離心式空壓機(jī)作為二期輸灰氣源，一期3臺(tái)57.1 m³/min、0.8 MPa螺桿式空壓機(jī)仍作為一期輸灰氣源。如此一、二期輸灰空壓機(jī)全部采用較低壓強(qiáng)離心機(jī)，更有利于節(jié)能。

一、二期工程儀用及廠用氣流量約為220 m³/min，設(shè)2臺(tái)120 m³/min、0.8 MPa離心式空壓機(jī)，與一期工程4臺(tái)44.6 m³/min、0.8 MPa和1臺(tái)57.1 m³/min、0.8 MPa螺桿式空壓機(jī)作為儀表備用空壓機(jī)。4臺(tái)機(jī)組全部運(yùn)行時(shí)，2臺(tái)離心式空壓機(jī)均運(yùn)行，離心式空壓機(jī)與一期螺桿式空壓機(jī)之間采用母管聯(lián)通。螺桿式空壓機(jī)既可作備用機(jī)，又可以在機(jī)組運(yùn)行數(shù)量變化時(shí)調(diào)節(jié)氣量。

3 空氣壓縮機(jī)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

經(jīng)過(guò)上述論述可知，4個(gè)方案均是可行的，但其技術(shù)及經(jīng)濟(jì)方面孰優(yōu)孰劣，需要進(jìn)行必要的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)比較后才能確定?？諝鈮嚎s機(jī)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較如表2所示。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)前面幾節(jié)的比較分析，方案一與方案二、方案三、方案四比較初投資，可分別節(jié)約160萬(wàn)元、120萬(wàn)元和185萬(wàn)元，但年運(yùn)行費(fèi)用分別高49.05萬(wàn)～60.20萬(wàn)元、62.21萬(wàn)～129.10萬(wàn)元和66.67萬(wàn)～133.56萬(wàn)元，經(jīng)過(guò)2～4年可將初投資差額回收。方案二、方案三、方案四比較：若二期空壓機(jī)單獨(dú)設(shè)置，采用方案二;若一、二期空壓機(jī)統(tǒng)籌考慮，采用方案三或者方案四均可;方案四最節(jié)能，較方案三投資高65萬(wàn)元，每年節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用為4.46萬(wàn)元，需要14.6年方可收回投資。

綜上所述，本工程采用螺桿式空壓機(jī)方案或離心式空壓機(jī)+螺桿式空壓機(jī)方案均是可行的。從業(yè)績(jī)角度而言，螺桿式空壓機(jī)在電廠應(yīng)用中更有優(yōu)勢(shì)，且電廠對(duì)螺桿式空壓機(jī)也有豐富的運(yùn)行、維修經(jīng)驗(yàn)。而離心空壓機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于節(jié)能降耗，在其他行業(yè)廣泛使用，但在電廠中的使用相對(duì)較少，且有喘振的可能性。電廠工作人員需要有良好的培訓(xùn)并逐步積累離心機(jī)工作經(jīng)驗(yàn)[5]。本工程若采用螺桿式空心機(jī)方案，建議采用方案一;若采用離心式空心機(jī)方案，建議采用方案三。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50660—2011[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.

[2]劉曉東.火力發(fā)電廠空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能探究[J].裝備制造技術(shù)，2016（9）：171-174.

[3]高鵬.螺桿空氣壓縮機(jī)存在的問(wèn)題及解決方法[J].熱力發(fā)電，2008（4）：63-64.

[4]劉書秋.DL/T 5066—1996《水力發(fā)電廠水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》簡(jiǎn)介[J].電力標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，1998（2）：20-21.

[5]高朋艷.風(fēng)力發(fā)電廠壓縮空氣蓄能的研究[D].北京：華北電力大學(xué)，2011：49-52.