热力发电厂空压机余热利用技术研究及应用

苏利辉

（浙江大唐乌沙山发电有限责任公司，浙江 宁波 315722）

0 引言

空压机长期连续地运行过程中，把电能转换机械能，机械能转换为风能。在机械能转换为风能过程中，空气受到强烈的高压压缩，使之温度骤升，这属于普通物理学机械能转换现象，机械螺杆的高速旋转，同时也摩擦发热，这些产生的高温气体由空压机润滑油的加入混合成油/气蒸汽排出机体。这部分高温气流的热量相当于空压机输入功率的80%，温度通常在 80℃（冬季）～100℃（夏秋季），需要一套循环冷却系统降温，才能满足机器运行的温度要求。而常规的热力发电厂在设计之初，均未考虑系统热量的循环使用问题，不符合节能环保的要求。以下主要研究如何将空压机这部分余热回收利用。

1 技术分析

某发电厂空压机为电动机驱动的单级螺杆空压机，型号为iHRS-COMP-250，由2根螺杆（阳螺杆和阴螺杆）啮合进行压缩空气。油气混合物从主机排放到分离系统分离后，含油量只剩微量，冷却油回到冷却系统，而空气经过冷却器和分离器后排出空压机。冷却系统由油池、冷却器、温控阀和过滤器等组成。当空压机工作时冷却油加压后流向各轴承。空压机的具体工作原理和内部换热器技术参数分别如图1和表1所示。

图1 空压机工作系统示意

2 热回收系统改造

压缩空气系统的热回收节能改造主要包括空压机内部改造、温度控制系统改造和热回收模块改造。英格索兰iHRS-COMP-250喷油螺杆式压缩机（以下简称iHRS）智能热回收系统见图2。

表1 空压机内部换热器技术参数

图2 空压机改造部分示意

2.1 空压机内部改造步骤

首先将进出口盖板固定在空压机上，然后将油气分离桶后的油管连接到进出口盖板内侧出油口，连接进出口盖板回油口到后部冷却器之间的管路，并固定检查。

然后安装温控阀至空压机进出接口盖板之间的管路及接头；安装冷却器至空压机进出接口盖板之间的管路。

2.2 空压机外部管道安装步骤

将iHRS换热器固定在合适的基础上；安装iHRS换热器至空压机进出接口盖板之间的管路及接头；安装冷却水系统管道；热回收装置与空压机距离不超过5 m。

3 应用案例分析

3.1 空压机余热供厂区生活用水

某发电厂一期工程4×600 MW超临界燃煤发电机组工程所配套的西部生活区日常生活用水由生活水泵房提供，生活区热水由生活水泵出口母管取水至1号机组生活水加热器加热后输送至各用户。一单元压缩空气系统配备4台空压机，冷却水由闭式水提供。为提高生活水加热系统效率，减少生活水加热所需要的蒸汽量，有效利用空压机换热器的余热，将生活水接入空压机换热器进行加热，提高生活水加热器生活水的入口温度，从而达到降低汽耗和有效利用空压机余热的目的。

将生活水母管取水接至空压机换热器入口，经空压机换热器加热后接至汽机房6.9 m生活水加热器入口处，经生活水加热器送至各用户。改造后系统如图3所示。

单台空压机实际改造后，实测板式换热器进/出口生活水温度分别为20℃和78℃，流量为1.63 t/h。

图3 1号机汽机房生活水加热系统改造工程管道布置平面

经核算：换热器传递的热量为：

Q=cmΔt=4.18×1.63×1 000×（78-20）=395 177 kJ/h，标煤发热量为29 307.6 kJ/kg，折合标煤13.5 kg/h，每月可节约标煤 13.5×24×30=9 720 kg， 则每年可节约标煤 9.72×12=116.64 t；标煤单价650元/t，每年可节约费用7.58万元。

原加热用生活水加热蒸汽（辅组蒸汽0.9 MPa，270℃），其焓值约为2 964.8 kJ/kg，每年可节约蒸汽质量约 395 177×24×30×12÷2 964.8≈1.15×106kg。

3.2 空压机余热供厂区暖通空调用热水

某发电厂中央空调用冬季热水水源为电加热。根据空压机冷却利用原理，将回收空压机余热加热空调暖通热水，供空调采暖使用，来达到节省厂用电，节约成本的目的。

为确保冬夏两季的换热交换，保留原有冷却器冷却水源，确保夏冬两季能够自行切换。新增空压机余热供/回水阀门AA071，AA072，AA073，AA074，见图 4。

中央空调投入空压机余热加热模式前，使二单元A空压机冷却水由二单元中央空调暖通水系统供应，倒换措施如下：

（1）确认二单元A空压机已停运，否则将该空压机倒换至其他空压机运行。

（2）关闭供二单元A空压机的闭式水阀门及回水手动门。

（3）开启二单元中央空调暖通水系统供A空压机冷却水阀门及回水手动门。

将二单元中央空调暖通水系统调整至空压机余热加热方式，具体操作如下：

（1）开启二单元中央空调暖通水系统供空压机冷却水阀门及回水手动总门。

（2）维持单台单元中央空调暖通水循环泵运行。

（3）微开二单元A，B，C风冷热泵组入口、出口手动门，调节二单元中央空调暖通水系统供A空压机冷却水阀门及回水压力。

确认二单元中央空调暖通水系统供A空压机冷却水供水压力不低于0.4 MPa，供回/水压差不低于0.06 MPa。

确认二单元A空压机具备启动条件，启动该空压机运行，加强对空压机供/回水温度、空压机排气温度的监视。

调节二单元A空压机回水温度不超45℃，具体操作如下：

（1）调节二单元A，B，C风冷热泵组入口、出口手动门开度，改变空调循环水的冷却量。

（2）适当打开组合风箱自然风挡风板，调节空调循环水温度。

图4 新增的空压机余热供/回水阀门示意

中央空调改造前，冬季制热模式为一单元中央空调，需要启动3台压缩机，二单元中央空调需要启动2台压缩机；制热模式的时间段为当年的12月至次年的2月，制热时间为90天左右。每台压缩机的制热功率为137.9 kW。改造完成后压缩机退出运行，由空压机对中央空调循环水进行加热。改造后节约用电量为 137.9×24×5×90 kWh=1 489 320 kWh，电费按照 0.5元/kWh计算，1 489 320×0.5=74.5万元。另外在改造前，每年中央空调制热模式运行期间，压缩机的日常维护保养需要花费一定的费用，比如氟利昂的补充及相关零配件的更换等，其中氟利昂需要300 kg，300×40元/kg=1.2万元，相关零配件膨胀阀、过滤器等日常更换需要2万元，制热日常维护保养所花费的人工费约4万元，1.2+2+4=7.2万元。每年可节约费用合计为74.5+7.2=81.7万元。可见节能效果显著。

4 结语及展望

通过空压机余热利用技术在热力发电厂生活用热水以及二单元中央空调暖通用水的应用，证明热力发电厂空压机余热利用技术是可行的。由于空压机工作的特殊性，会产生大量的热能，将热能应用于其他需要加热的系统中如氨站蒸发器水浴用热水等，可减少系统能量浪费，在空压机余热得以利用的同时也削减了原系统冷却用水的水量，今后可做进一步的冷却水出力方面的节能研究工作。

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