电厂除灰技术手册-压缩空气系统的选择

电厂除灰技术手册-压缩空气系统的选择引言在火力发电厂的生产流程中，除灰系统扮演着至关重要的角色，其安全稳定运行直接关系到锅炉的燃烧效率、机组的可用率以及周边环境的保护。压缩空气系统作为除灰系统中不可或缺的动力源，为气力输送、阀门驱动、清堵等关键环节提供稳定可靠的气源。选择一套经济合理、性能优良、运行可靠的压缩空气系统，对于保障除灰系统乃至整个电厂的高效、经济、安全运行具有深远意义。本章节将围绕电厂除灰用压缩空气系统的选择展开讨论，旨在为相关工程技术人员提供实用的参考。一、压缩空气系统选择的基本原则与考量因素压缩空气系统的选择并非简单的设备堆砌，而是一个需要综合考虑多方面因素的系统工程。在进行选择时，应遵循以下基本原则，并审慎评估各项影响因素：1.1满足除灰系统需求的核心参数保障首要任务是明确除灰系统对压缩空气的具体需求，核心参数包括工作压力和实际耗气量。这两个参数是选择空压机类型、规格及台数的根本依据。*工作压力：需根据最远、最高用气点的压力损失以及除灰设备（如仓泵、气力输送管道、阀门气缸等）的额定工作压力综合确定。通常，电厂除灰系统的设计工作压力在0.6至0.8MPa（表压）之间，但具体数值需由除灰系统设计计算得出，并留有一定余量（一般建议不低于10%）以应对压力波动和系统老化。*实际耗气量：应详细计算所有除灰用气设备在不同工况下的耗气量总和，并考虑同时使用系数、泄漏量及未来可能的扩展需求。耗气量通常以标准立方米每分钟（Nm³/min）或标准立方米每小时（Nm³/h）为单位。准确的耗气量计算是避免“大马拉小车”造成能源浪费或“小马拉大车”导致系统能力不足的关键。1.2空气质量要求除灰系统用压缩空气的质量，主要指其干燥度（露点）和洁净度（含尘、含油量），对系统的正常运行和设备寿命影响重大。*干燥度：压缩空气中的水分是造成管道和设备锈蚀、堵塞、冬季冻裂的主要原因。除灰系统，特别是在寒冷地区或长距离输送时，通常要求压缩空气的压力露点至少低于当地最冷月平均气温5℃以上，或根据设计规范明确要求，例如达到-20℃甚至更低。*洁净度：空气中的尘埃和油分（对于有油润滑的空压机而言）会磨损气动元件、堵塞喷嘴和滤网。一般除灰系统建议空气洁净度达到ISO____标准的某一级别，例如固体颗粒等级2级（最大5μm）、油分等级2级（最大0.1mg/m³）。具体等级需根据除灰设备的精密程度确定。1.3系统可靠性与稳定性电厂运行的连续性要求压缩空气系统必须具备高度的可靠性。*设备可靠性：应选择技术成熟、质量可靠、市场口碑良好的空压机及辅助设备品牌和型号。*冗余配置：对于重要的除灰系统，空压机应考虑备用。可采用“n+1”或“一用一备”等配置方式，确保在一台空压机故障或检修时，系统仍能满足基本用气需求。*电网适应性：设备应能适应电厂电网可能出现的电压波动。1.4能耗与经济性压缩空气系统是电厂中较大的耗能辅助系统之一，其能耗在总厂用电量中占有一定比例。*能效比（比功率）：在选择空压机时，应重点关注其在额定工况及部分负荷工况下的能效水平，优先选择能效等级高、比功率低的产品。*运行成本：综合考虑设备购置成本、安装成本、运行电费、维护保养费用、备品备件费用及设备折旧等全生命周期成本，而非单纯追求初期投资最低。*调节性能：空压机的气量调节性能直接影响其在变负荷工况下的能耗。例如，变频调速螺杆空压机在部分负荷时具有较好的节能效果。1.5操作维护便利性*自动化程度：宜选用具有完善自动控制和保护功能（如过载、超温、断油、欠压等保护）的空压机，实现无人值守或少人值守。*维护便捷性：设备结构应便于日常检查、维护和维修，备品备件供应应及时充足。*占地面积与安装条件：需考虑机房空间、通风、散热、降噪、振动隔离等安装条件。二、电厂除灰常用压缩空气源设备类型及其特性分析目前电厂除灰系统中应用最广泛的空气压缩机主要有螺杆式空气压缩机、活塞式空气压缩机以及在特定条件下使用的离心式空气压缩机。2.1螺杆式空气压缩机螺杆式空压机因其结构紧凑、运行平稳、振动小、噪音较低、操作简便、维护工作量相对较小等优点，已成为电厂除灰系统的首选机型，特别是在中小气量场合。*工作原理：通过一对相互啮合的阴阳转子在机壳内转动，使转子齿槽之间的空气不断地产生周期性的容积变化，从而实现空气的吸入、压缩和排出。*特点：*优点：可靠性高，寿命较长；排气压力和流量稳定，压力脉动小；易损件少，维护费用较低；启动电流相对较小，可实现无人值守。*缺点：对进气含尘量敏感，需良好过滤；在气量需求远低于额定值时，变频机型更节能，定频机型能效会下降。*分类：按润滑方式可分为喷油螺杆空压机和无油螺杆空压机。除特殊要求外，电厂除灰系统多采用喷油螺杆空压机，配合高效的后处理净化设备（油分离器、过滤器）即可满足一般除灰用气质量要求。无油螺杆空压机由于成本较高，通常在对油分有严格限制（如ISO____Class0级）的场合使用。*适用性：单机排气量范围较广（通常从较小气量到较大气量），非常适合电厂除灰系统中、低气量需求的场合，也是目前应用最普遍的类型。2.2活塞式空气压缩机活塞式空压机是一种传统的空压机类型，目前在电厂除灰系统中的应用已逐渐被螺杆式取代，但在某些特定场合或小型辅助系统中仍有使用。*工作原理：通过曲柄连杆机构带动活塞在气缸内作往复运动，使气缸容积周期性变化，从而实现空气的压缩。*特点：*优点：结构简单，价格相对低廉；维修技术成熟，配件易获取；排气压力范围宽，可达到较高压力。*缺点：振动大，噪音高；易损件（活塞环、阀片等）多，维护工作量大，运行可靠性相对较低；排气不连续，有脉动；占地面积较大。*适用性：适用于气量较小、压力要求较高或间歇性用气的场合，以及对初始投资敏感、对维护工作量要求不高的辅助系统。在新建大型电厂除灰主系统中已较少作为首选。2.3离心式空气压缩机离心式空压机属于速度型压缩机，主要适用于大流量、中低压的场合。*工作原理：利用高速旋转的叶轮对空气做功，使其动能转化为压力能。*特点：*优点：排气量大，单机流量远高于螺杆式；排气连续平稳，压力脉动小；运转平稳，振动小，噪音较低（相对于同等功率的活塞机）；易损件少，维护费用相对较低（在满负荷下）；效率高，尤其在大容量时。*缺点：结构复杂，技术要求高；初始投资大；对进气条件敏感；喘振是其固有的不稳定工况，需配备可靠的防喘振控制系统；在偏离设计工况（部分负荷）时效率下降明显；启动时间较长，通常需要辅助启动设备。*适用性：当电厂除灰系统所需压缩空气量非常大（例如多台大型机组集中供气）时，离心式空压机可能凭借其高效性成为经济的选择。但需进行详细的技术经济比较，并充分考虑其特性。三、压缩空气系统的配置与辅助设备选择一个完整的压缩空气系统除了核心的空压机主机外，还需要一系列辅助设备来保证压缩空气质量、稳定系统压力、降低能耗并确保安全。3.1空气过滤器（进气）安装在空压机入口，用于去除空气中的灰尘和杂质，保护空压机转子和气缸免受磨损。其过滤精度和容尘量应根据空压机要求和当地空气质量选择。3.2储气罐*作用：稳压、缓冲，减少压力波动；储存一定量的压缩空气，应对短时用气高峰；分离压缩空气中的部分液态水和油。*选择：容积大小应根据空压机排气量和用气波动情况确定，通常建议有效容积为空压机额定排气量（m³/min）的15-20倍（升），或遵循相关设计规范。材质一般为碳钢，需符合压力容器标准。3.3干燥净化设备这是满足除灰系统空气质量要求的关键环节。*后冷却器：空压机排出的高温压缩空气首先进入后冷却器（风冷或水冷），将温度降至40℃以下，使大量水汽和油雾冷凝析出。*气水分离器/油水分离器：分离并排出后冷却器及储气罐中凝结的液态水和油。*干燥机：*冷冻式干燥机：利用制冷原理将压缩空气冷却至露点温度，分离水分。其压力露点通常可达到2-10℃（在额定工况下），适用于对干燥度要求不高的场合，或作为吸附式干燥机的前置预处理。能耗相对较低，成本也较低。*吸附式干燥机：利用吸附剂（如活性氧化铝、分子筛）的吸附特性去除水分。根据再生方式可分为无热再生、微热再生、余热再生等。其压力露点可达-20℃至-70℃甚至更低，能满足除灰系统较高的干燥度要求。但相对能耗较高，有吸附剂更换成本。*精密过滤器：根据需要设置不同精度等级（如前置过滤器、高效除油器、活性炭过滤器、粉尘过滤器等），进一步去除压缩空气中的油雾、尘埃和异味，确保达到所需的洁净度等级。安装顺序通常为：空压机→后冷却器→储气罐→初级过滤器→干燥机→精密过滤器→用气点。3.4输气管道系统*材质：通常采用无缝钢管（如20#钢），也可选用不锈钢管或铝合金管（成本较高但防锈性能好）。管道连接应牢固，密封可靠。*管径设计：应根据压缩空气流量和允许的压力降进行计算确定，避免管径过小导致压力损失过大或过大造成浪费。*管道布置：力求路径短捷，减少弯头和阀门；应有适当的坡度，并在最低点设置疏水阀，以便排水；主干管可采用环形布置，以保证各用气点压力均匀。3.5安全阀、压力表、温度计等安全附件这些是保障系统安全运行的必备装置，必须定期校验。3.6控制系统包括空压机的本地控制和远程监控系统，以及整个压缩空气站的集中控制系统，实现对空压机的启停、加载/卸载、压力调节、故障报警与连锁保护等功能，提高自动化水平和运行可靠性。四、压缩空气系统选择的步骤与方法1.明确需求参数：详细计算除灰系统各用气设备的压力、流量需求，确定系统总用气量（考虑同时系数、泄漏量、余量）和最低工作压力。明确对压缩空气质量（露点、洁净度等级）的要求。2.初步选型与技术比较：根据计算的气量和压力，结合本章第二部分对各类空压机特性的分析，初步筛选出可能适用的空压机类型（螺杆、活塞、离心或其组合）。对不同类型或不同品牌的候选设备，从技术性能（效率、可靠性、维护性）、供货周期、售后服务等方面进行比较。3.经济性评估：进行详细的经济性比较，包括设备购置成本、安装调试成本、运行电费（根据预计负荷率和设备能效曲线计算）、维护保养成本、备品备件成本、折旧成本等，进行全生命周期成本分析（LCCA）。4.确定系统配置：根据用气质量要求和选定的空压机类型，确定干燥净化设备的类型和规格，以及储气罐、管道等辅助设备的配置。5.考虑场地与公用工程条件：核查机房空间、基础条件、电源（电压等级、容量）、水源（如采用水冷后冷却器或冷冻式干燥机）、通风、降噪要求等是否满足所选设备的安装运行条件。6.编制技术规范书与招标采购：根据以上分析结果，编制详细的压缩空气系统技术规范书，明确各项技术参数、性能保证、供货范围、服务要求等，进行招标采购