輸灰壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化控制策略

湯傳金

（廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責任公司，廣東潮州 515723）

0 引言

壓縮空氣系統(tǒng)是我國工業(yè)領(lǐng)域第四能源,其直接電能消耗占比約為企業(yè)能耗的15%～30%，而輸灰系統(tǒng)更是超過電力企業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)的50%以上，因此用氣負載的波動和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或配置的不合理將導致大量的能耗浪費。本文主要針對大唐國際潮州發(fā)電有限責任公司在空壓機節(jié)能改造過程中對除灰空壓機系統(tǒng)控制策略的編制和試驗進行論述，并分析改造前后的節(jié)能效果，為同類型電廠空壓機系統(tǒng)進行類似節(jié)能改造提供參考及借鑒。

1 潮州發(fā)電公司除灰空壓機系統(tǒng)介紹

潮州發(fā)電公司一期2×600 MW機組氣力除灰系統(tǒng)共設(shè)有4臺IR ML250 空壓機螺桿式空氣壓縮機，每臺空氣壓縮機的流量為43.5 Nm3/min，壓力為0.75 MPa，電機功率為250 kW，正常工況下，3 臺運行，1 臺備用。每臺空壓機出口均配有冷凍式干燥器，通過儲氣罐送往用氣點。5 臺儲氣罐，2 臺20 m3緩沖貯氣罐；2 臺10 m3輸送穩(wěn)壓貯氣罐；1 臺2 m3儀控用氣貯氣罐。輸送穩(wěn)壓貯氣罐的壓縮空氣接自除灰專業(yè)的緩沖貯氣罐，儀控用氣貯氣罐的壓縮空氣接自熱機專業(yè)貯氣罐出口管道。

二期工程2×1000 MW機組氣力輸灰系統(tǒng)設(shè)置1 臺IR ML350-2S 空壓機和5 臺CompAir L375-7.5W 螺桿式空氣壓縮機，4 臺運行、2 臺備用。布置在一期1號、2號機組的建設(shè)時預留的除灰空壓機房內(nèi)?？諌簷C的參數(shù)為：Q=69 m3/min，H=0.75 MPa，由于考慮到電廠來煤的復雜性，為保證灰量變化時系統(tǒng)正常運行，空壓機在選型時預留了一定的富裕量。系統(tǒng)還對應(yīng)設(shè)置6 組高效除油過濾器和冷凍式干燥器，4 組運行、2 組備用，處理后的壓縮空氣經(jīng)4 個30 m3的儲氣罐，分別至3號爐、4號爐輸灰系統(tǒng)。并通過閥門與1號、2號機組的壓縮空氣母管相聯(lián)。

原除灰空壓機系統(tǒng)是分別在就地控制面板設(shè)置各自的加卸載壓力，空壓機的輸出工作壓力在上下限之間波動，輸灰母管壓力聯(lián)鎖值設(shè)定為0.55 MPa。由于煤源種類較多（主要有印尼動力煤、印尼褐煤、同友煤、神華煤、石炭煤、市場煤等），摻配后入爐煤灰分基本在10%以下，不到輸灰系統(tǒng)設(shè)計出力灰分的1/2，出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，灰氣比偏小，存在輸灰氣源的極大浪費，且輸灰壓力控制過高，除灰空壓機加載阻力增大，運行電流升高，加載功率增大。

2 輸灰壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化改造及節(jié)能控制策略

2.1 輸灰壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化改造

潮州發(fā)電公司在保留原空壓機系統(tǒng)所有結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，增加了一套除灰空壓機整體控制系統(tǒng)，對所有除灰壓縮空氣系統(tǒng)內(nèi)的全部空壓機進行集中和協(xié)調(diào)控制。系統(tǒng)經(jīng)過改造后，將一期、二期除灰空壓機界面合并為一張，原有一期空壓機控制界面取消，原有二期空壓機控制界面空壓機部分取消，灰?guī)鞖饣L機保持原有狀態(tài)（圖1）。

圖1 改造后除灰壓縮空氣控制界面

改造后除灰空壓機的所有參數(shù)和報警都上傳至輔控網(wǎng)和SIS 系統(tǒng)界面，實現(xiàn)遠程全監(jiān)控和歷史趨勢可查詢，空壓機加卸載和啟停也全部實現(xiàn)遠程控制，可手/自動切換。運行操作人員可通過設(shè)定空壓機的邏輯編號實現(xiàn)空壓機自動加卸載和啟停的順序（圖2）。

圖2 改造后除灰空壓機壓力排序設(shè)定界面

2.2 控制策略

（1）單機控制策略。改造前原空壓機控制系統(tǒng)通過硬線控制可以遠程控制空壓機啟停，且由于10 臺除灰空壓機品牌不同且同一品牌的空壓機控制面板型號也不同，所以綜合以上兩個條件，在保留原控制系統(tǒng)功能的條件下，本次優(yōu)化系統(tǒng)采用通信控制空壓機的方式，即通過發(fā)送通信指令控制空壓機啟停及加卸載（圖3）。

圖3 單臺空壓機新控制系統(tǒng)

（2）總控制策略。壓縮空氣優(yōu)化系統(tǒng)根據(jù)主控壓力點壓力情況協(xié)調(diào)控制空壓機動作。母管壓力1 是原來一期除灰壓縮空氣緩沖罐入口母管的原有壓力測點，母管壓力2 是一期除灰壓縮空氣緩沖罐入口母管的新增壓力測點，母管壓力3 是原來二期除灰壓縮空氣緩沖罐出口母管的原有壓力測點。3 根母管壓力按3 取2控制方式顯示。在壓力測點出現(xiàn)故障或系統(tǒng)檢修隔離時，可以根據(jù)實際情況進行單點壓力測點切換操作，保證系統(tǒng)壓力正?？刂坪惋@示。根據(jù)比較結(jié)果及運行人員設(shè)置的空壓機運行優(yōu)先級進行控制。主控壓力低于設(shè)定值時，經(jīng)啟動延時后，空壓機啟動（可調(diào)，最小設(shè)置為90 s）?？諌簷C處于卸載狀態(tài)且平均壓力低于加載壓力，達到設(shè)定加載延時后，空壓機加載（可調(diào)，最小設(shè)置為5 s）?？諌簷C啟動且主控壓力高于卸載載壓力，達到設(shè)定卸載延時后，空壓機卸載（可調(diào)，最小設(shè)置為5 s）?？諌簷C卸載后必須經(jīng)過設(shè)置加卸載時間間隔后才可加載，防止空壓機頻繁加卸載（可調(diào)，最小設(shè)置為0 s）。

（3）降低輸灰壓力聯(lián)鎖值。在不影響1～4號爐電除塵正常輸灰的前提下，通過試驗逐步降低電除塵輸灰聯(lián)鎖壓力，降低輸灰壓縮空氣母管運行壓力，提高灰氣比，降低除灰空壓機加載電流，以達到節(jié)能降耗的目的。

第一階段：2020 年3 月3 日—12 日，將1～4號爐電除塵輸灰壓力聯(lián)鎖值從原來的0.55 MPa 降低為0.53 MPa，除灰空壓機加、卸載壓力區(qū)間設(shè)定為0.53～0.63 MPa，控制輸灰壓縮空氣壓力0.53～0.63 MPa。

第二階段：2020 年3 月13 日—12 月31 日，將1～4號爐電除塵輸灰壓力聯(lián)鎖值降到0.50 MPa，除灰空壓機加、卸載壓力區(qū)間設(shè)定為0.50～0.60 MPa，控制輸灰壓縮空氣壓力0.50～0.60 MPa。

試驗期間1～4號爐電除塵一二三四五電除塵輸灰周期和落灰時間保持不變。

3 試驗數(shù)據(jù)及節(jié)能效果比對

3.1 試驗數(shù)據(jù)

選取改造前（2019 年6—10 月）和改造后（2020 年4—7 月），除灰空壓機的耗電數(shù)據(jù)對比（表1、表2）。

表1 優(yōu)化前后除灰空壓機電流對比

表2 優(yōu)化前后輸灰耗電率、單耗對比

計算公式為：

輸灰耗電率=空壓機耗電量÷發(fā)電量×100%。

全廠輸灰單耗=全廠除灰空壓機耗電量÷全廠總?cè)济毫俊?00%。

3.2 改造效果

（1）1～4號爐電除塵輸灰聯(lián)鎖壓力由0.55 MPa 逐漸降低至0.50 MPa 試驗過程中，未發(fā)生輸灰管道堵灰和輸灰時間變長而導致灰斗積灰的異常情況，與輸灰聯(lián)鎖壓力降低前相比未發(fā)生明顯變化，表明在入爐煤灰分不超過設(shè)計值時（13%），輸灰聯(lián)鎖壓力降低至0.50 MPa 運行是可行的。

（2）輸灰聯(lián)鎖壓力值降低后，輸灰壓縮空氣母管平均運行壓力降至0.533 MPa，與降壓前母管平均運行壓力0.613 MPa 相比降低0.08 MPa，除灰空壓機運行電流下降1.1～2.5 A。（空壓機運行電流為輸灰壓縮空氣壓力時實際運行數(shù)據(jù)）

（3）在入爐煤灰分更高（高0.82%），1～4號爐電除塵輸灰耗電率由優(yōu)化前0.07%降至0.06%，降低14.2%；全廠輸灰單耗由優(yōu)化前1.53 kW·h/t 降至1.28 kW·h/t，降低16.3%，節(jié)能效果明顯。

4 結(jié)語

隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，節(jié)約能源和人工智能將是今后的方向，作為能源行業(yè)，節(jié)能降耗和智慧電廠也將是未來努力的目標。通過潮州電廠2×600 MW、2×1000 MW機組輸灰壓縮空氣系統(tǒng)研究表明，由先進的硬件系統(tǒng)和控制策略統(tǒng)一調(diào)度各機組間的用氣量，保持各機組最佳灰氣比，實現(xiàn)了以往傳統(tǒng)系統(tǒng)不能實現(xiàn)的功能，不僅解決了不同品牌空壓機之間無法統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制的問題，而且由于空壓機能夠按需供給，通過試驗降低了輸灰聯(lián)鎖壓力，有效降低了耗電率，實現(xiàn)節(jié)能。

引進先進的控制系統(tǒng)，科學合理的制定控制策略，這不僅是壓縮空氣系統(tǒng)優(yōu)化改造的方式，也同樣適用于其他傳統(tǒng)的、耗能的、自動化水平較低的系統(tǒng)。只有不斷的創(chuàng)新和改進，才能更好地解放生產(chǎn)力，提高設(shè)備的安全性和可靠性。