660MW CFB鍋爐機組空壓機系統(tǒng)選型優(yōu)化研究

趙立正，孫保民

（1．華北電力大學(xué)電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與控制教育部重點實驗室，北京102206；2．中煤平朔集團有限公司，山西朔州036006）

660MW CFB鍋爐機組空壓機系統(tǒng)選型優(yōu)化研究

趙立正1，2，孫保民1

（1．華北電力大學(xué)電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與控制教育部重點實驗室，北京102206；2．中煤平朔集團有限公司，山西朔州036006）

對平朔660MW循環(huán)流化床（CFB）鍋爐機組空壓機系統(tǒng)的設(shè)備選型及運行特性進行分析。通過分析螺桿機和離心機的工作原理，分析這2種空壓機的優(yōu)缺點，提出較為合理的空壓機系統(tǒng)選型技術(shù)方案。結(jié)果表明，單獨采用離心機作為壓縮空氣來源，較聯(lián)合采用螺桿機和離心機，系統(tǒng)更為簡單、可靠，且運行維護費用大幅降低，能夠有效提高機組運行的安全性和經(jīng)濟性，同時也可為同類型機組空壓機系統(tǒng)的選型提供參考。

循環(huán)流化床；空壓機系統(tǒng)；選型優(yōu)化

1　引言

隨著CFB機組逐漸向高參數(shù)、大型化發(fā)展，各種系統(tǒng)及設(shè)備所需的用氣量也在相應(yīng)增加，空壓機數(shù)量也相對較多。作為電力生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵供氣設(shè)備，目前市場上空壓機主要有螺桿機和離心式壓縮機兩大類產(chǎn)品，此類設(shè)備不僅功率大，而且能耗高。CFB機組廠用電率相對較高，而空壓機所占電耗比例也相對較高。為了降低耗電量，根據(jù)機組實際所需用氣量，對空壓機的設(shè)備選型進行優(yōu)化，可有效降低CFB機組發(fā)電成本，提高機組運行的經(jīng)濟性［1］。

全廠儀用、雜用、脫硫系統(tǒng)用氣、除飛灰系統(tǒng)輸送用氣、煤泥噴槍用氣、石灰石粉輸送用氣及密封罐車輸送用氣都由空壓機供給。為保證輸送空氣的品質(zhì)，采用干燥和過濾等后處理設(shè)備進行除油、除水、除雜質(zhì)處理。全廠設(shè)集中空壓機站，原設(shè)計方案空壓機站共設(shè)置規(guī)格為60 m3/min、0.75 MPa的螺桿空壓機6臺，其中4臺運行、2臺備用，規(guī)格為215 m3/min、0.75 MPa的離心空壓機4臺，其中3臺運行、一臺備用，如圖1所示。

圖1　原設(shè)計方案空壓機系統(tǒng)圖

2　空壓機選型分析

常用的空壓機主要有活塞式、螺桿式以及離心式?；钊娇諌簷C噪聲大，性能不好，產(chǎn)氣品質(zhì)不良，運行可靠性差，相對于螺桿式和離心式空壓機，具有能耗相對較高、設(shè)備運行及維護較為復(fù)雜、出氣含油量較高、噪聲相對較大的缺點［2］，而螺桿式以及離心式空壓機具有活塞式空壓機無可比擬的優(yōu)點，不僅降低了能源消耗、設(shè)備維護及管理費用，而且使設(shè)備工作環(huán)境得到改善，設(shè)備運行更加穩(wěn)定、可靠［3］。

市場上目前燃煤發(fā)電站用大排量空壓機（排量在42.5 m3/min以上）主要有離心式和螺桿機空壓機兩大類。為了保證電站燃煤機組空壓機運行的經(jīng)濟性和穩(wěn)定性，需對這兩類空壓機進行分析，以優(yōu)化選取合理的空壓機類型。

表1　螺桿式和離心式空壓機優(yōu)缺點［5］

表1為螺桿式空壓機和離心式空壓機的優(yōu)缺點及適用范圍。由表1可知，離心式空壓機具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、排氣量大、高效節(jié)能、易于實現(xiàn)自動化和大型化并且可靠性高等優(yōu)點，但也存在負荷變化大時操作適應(yīng)性差以及排氣變化量大等缺點，主要適用于大中流量、中低壓力的場合。螺桿式空壓機具有可靠性高、操作維護方便、適應(yīng)性強、可多相混輸?shù)葍?yōu)點，但也存在運轉(zhuǎn)噪聲高需消聲降噪，長期運轉(zhuǎn)后螺桿間隙變大，需定期修復(fù)或更換費用較大以及養(yǎng)護費用較高等缺點，主要適用于中高壓力的場合。

表2　空壓機選型方案

3　空壓機選型方案

根據(jù)全廠各專業(yè)壓縮空氣用量，本工程全廠空壓機站總?cè)萘繛?25 m3/min，采用集中設(shè)置一套空壓站的方案供全廠各專業(yè)用氣?，F(xiàn)設(shè)計3種空壓機選型方案，所用螺桿壓縮機和離心壓縮機的排氣壓力都為0.75 MPa，對于方案A（原方案），儀表用氣由4臺180 m3/min離心式壓縮機（3用1備）提供，除灰用氣由6臺69.2 m3/min離心式壓縮機（4用2備）提供，總供氣量為816.8 m3/min；對于方案B，儀表和除灰用氣，由6臺210 m3/min離心式壓縮機（4用2備）提供，總供氣量為840 m3/min，如圖2所示；對于方案C，儀表用氣由4臺180 m3/min離心式壓縮機（3用1備）提供，除灰用氣由4臺90 m3/min離心式壓縮機（3用1備）提供，總供氣量為810 m3/min，如圖3所示。

圖2　設(shè)計方案B空壓機系統(tǒng)圖

圖3　設(shè)計方案C空壓機系統(tǒng)圖

4　方案優(yōu)化分析

表3為3種設(shè)計方案的經(jīng)濟性對比。由表3可知，3個方案都可滿足空壓機站設(shè)計總?cè)萘浚渲?，方案B的設(shè)計總?cè)萘枯^高，方案A和方案C的設(shè)計總?cè)萘枯^低。對于表3中的設(shè)計對比結(jié)果表明，方案A設(shè)備功率較高，為4350 kW，方案B和C的設(shè)備功率較低分別為4240 kW和3990 kW；其中，方案B的備機功率較高，總功率也較高。3個方案按8000 h/a計算年能耗，方案C年能耗最低為3192 kW·h，方案A能耗最高為3480 kW·h，相對于方案A，采用方案B和C節(jié)約年能耗分別為88萬和288萬，方案C節(jié)能效果顯著；對于投資總額，方案B最高，為1080萬，方案A最低，為980萬，相對于方案A，采用方案B和C，投資總額分別增加100萬和20萬；若電價按照0.6元/kW·h計算，相對于方案A，采用方案B和C，年節(jié)約電費分別為52.8萬元和172.8萬元。

表3　設(shè)計方案經(jīng)濟性對比

此外，離心機末級排氣溫度約140℃，如降溫到40℃，每年可回收熱能約4.5×105kJ/h，折合2×106kW·h/a，對于方案B，4臺離心機共可回收熱能8×106kW·h/a，熱能回收年收益折合人民幣480×106元；對于方案C，6臺離心機共可回收熱能1.2×107kW·h/a，熱能回收年收益折合人民幣720萬元。由此可以看出，方案C相對于原設(shè)計方案A，采購總價增加20萬元，但每年節(jié)約電費以及回收熱能產(chǎn)生的收益總計為892.8萬元，節(jié)能降耗效果明顯。

表4為螺桿機和離心機維護成本對比。由表4可知，空壓機按照每年運行8000 h運行，螺桿機所需備件數(shù)量為14項，而離心機僅需4項，表明離心機在運行過程中，維護較為簡單且所需備件相對很少。通過計算，單臺螺桿機每年維護費用為10萬元，單臺離心機每年維護費用為2萬元。以10 a計算，6臺螺桿機比離心機維修維護成本高480萬元以上，足夠買全套新設(shè)備。此外，螺桿式空壓機的使用壽命在10 a左右，一般每5 a左右要進行一次機頭維修或者更換，費用約為整機成本的50%以上。離心式空壓機的使用壽命在25 a以上，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，故障率低。

表4　螺桿機和離心機維護成本對比

因此，采用離心機比采用螺桿機，無論在前期投資以及后期節(jié)能降耗效果明顯，且結(jié)構(gòu)相對5結(jié)語

簡單，運行可靠性高，故障率低，建議采用方案C，作為本項目2×660 MW循環(huán)流化床鍋爐機組空壓機系統(tǒng)選型方案。

為了提高燃煤機組空壓機運行的可靠性和經(jīng)濟性，對市場上目前常用的大排量空壓機進行以研究、分析其運行過程中的優(yōu)缺點，以及運行經(jīng)濟性，確定最佳的空壓機選型方案。所得結(jié)論如下：

（1）對于循環(huán)流化床鍋爐機組空壓機系統(tǒng)主要采用離心式或螺桿式空壓機；

（2）相對于螺桿機，離心機占地少、結(jié)構(gòu)簡單、便于維護，適用于大中流量、中低壓力的場合；

（3）通過對比3個空壓機系統(tǒng)選型方案，采用離心機的方案C較原方案A每年節(jié)約電費以及回收熱能產(chǎn)生的收益總計為892.8萬元，節(jié)能降耗效果明顯，且離心機維護較為簡單且所需備件相對較少，維護費用相對較低，適于在大型CFB鍋爐機組空壓機系統(tǒng)中推廣。

［1］葉阿曲．全廠空壓機系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能技術(shù)改造［J］．節(jié)能，2011，30（7）：75-78．

［2］張偉．空壓機選型分析［J］．壓縮機技術(shù)，2013，（3）：49-52．

［3］王飛．活塞式空壓機與螺桿式空壓機使用比較［J］．機械工程師，2012，（8）：155-156．

［4］董菊花．南鋼大項目空壓機設(shè)備選型的優(yōu)化［J］．江蘇冶金，2005，33（2）：56-57．

［5］王志云．離心式和無油螺桿式空壓機的性能比較［J］．壓縮機技術(shù)，2010，（2）：17-20．

Research on Optimization Selection on Air Compressor System in 660MW CFB Boiler Unit

ZHAO Li-zheng1，2，SUN Bao-min1
（1.Key Laboratory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment，Ministry of Education North China Electric Power University，Beijing 102206，China；2.China Coal Pingshuo Group Co.，Ltd.，Shuozhou 036006，China）

The equipment selection and operation characteristics of air compressor system in Pingshuo 660MW CFB boiler unit were analyzed.By analyzing the working principle of screw machine and centrifuge，comparing the advantages and disadvantages in operation，the optimization program was proposed.The results show that the centrifuge used singly as compressed air source can make the system more simple and reliable，reducing the operation and maintenance costs sharply，improving the safety and economy，compared with the combined adoption of screw machine and centrifuge.The opti-mization results can provide reference for the selection of similar type of compressor.

circulating fluidized bed；air compressor system；optimization selection

TH45

B

1006-2971（2015）04-0043-04

趙立正（1963-），男，主要研究方向為以低熱值煤為燃料的大型超臨界循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)。E-mail：pszhaolizheng@163.com

2015-02-02