火电厂压缩空气后处理系统设计优化探讨

朱琪明 胡丰良

摘 要 目前，火电厂压缩空气后处理的系统设计，事关气源质量和能耗，从火电厂各工艺系统气源要求出发，梳理出影响系统运行技术指标的主要因素，结合后处理设备特点，经技术经济比较分析，提出压缩空气后处理系统设计、设备选型以及控制等设计优化原则和节能运行措施。

关键词 压缩空气;后处理;节能

引言

本文从火电厂压缩空气气源要求、压缩空气后处理系统拟定、设备类型和特点、设备选型、系统运行控制、冷却水温和进气温度对系统的影响等方面进行节能化分析，提出优化设计建议措施。

1概述

目前，国内火力发电厂装机容量呈现不断扩大趋势，且电厂压缩空气用气终端也逐渐增多。特别是飞灰气力输送系统、CFB锅炉炉内脱硫石灰石粉气力输送、锅炉烟气袋除尘器以及等离子点火装置等技术的广泛应用，使得电厂空气压缩机的数量和空压机站的规模不断扩大。按照电厂设计惯例，厂内空压机站数量一般不少于两个（机务专业用气和其他专业用气）;按照相关技术规程的规定，每个空压机站中都有数量不等的空气压缩机作为备用。从节水、节能、运行维护便捷、安全可靠为出发点，探求创新全厂压缩空气系统整合设计，即全厂设计一套能满足电厂安全运行、又兼具多种功用的集中型压缩空气系统—“全厂供气中心”，就显得尤为必要，同时也对其他行业压缩空气系统设计和运用具有借鉴意义[1]。

2环境温度、湿度对压缩空气系统的影响

2.1 高温对吸附式干燥器的影响

进气温度升高的负面影响是：吸附热大量增加并导致干燥器排气温度大幅升高（8～20℃，进气温度越高，吸附热产生量越大）。由于吹冷过程大部分采用干燥器出口的产品气，此时无疑抬高了吹冷气的起始温度，其温度甚至高达50～60℃，必然导致吹冷不彻底，吹冷结束前塔温仍高达80～100℃，切换后一段时间吸附塔出口温度和露点温度产生严重漂移，温度、露点一般会升高20℃以上，时长超过0.5h。

2.2 大气条件

（温度、相对湿度）决定了进入空压系统的总水量，高温、高湿会影响循环水的出水温度，由此决定了分离器、过滤器的液态水排出量和进入干燥器的饱和湿空气绝对含水量（g/m）3。值得注意的是：进入干燥器的水蒸气量与大气条件无直接关系，仅是饱和湿空气温度的单值函数。因为即使当大气相对湿度低至极干燥的20%时，压缩到7bar并经冷却至常温时也已形成过饱和湿空气，其携带的冷凝水经各种分离器、过滤器排出。所以决定干燥器吸入含水量的因素仅为冷却水温度（风冷机为环境温度）和冷却、分离效率。

3压缩空气后处理系统拟定

3.1 储气罐的设置

干燥器出口需设置母管和储气罐。设置储气罐来储存压缩空气是为了消除来自压力的波动，冷却压缩空气将冷凝水收集起来并排出。储气罐本体上设有安全阀和排污阀。此处合理的设置储气罐可以提高整个压缩空气系统的安全裕度。在极端不利的工况下，还可以以此保证整个用气工艺的安全运行。

设计中考虑到热控系統仪用压缩空气对整个系统安全至关重要，根据《火力发电厂设计技术规程》中“当全部空气压缩机停用时，热工控制压缩空气系统的贮气罐的容量，应能维持不小于5min的耗气量”规定，本项目应设置2个50m3的仪用储气罐，以满足储气罐内压力下降到0.6MPa过程中可持续向仪用气用户供气5min的要求。再设置两个25m3的储气罐，作为平稳干灰输送用气使用;最后设置一个25m3的储气罐为机务检修供气[2]。

3.2 空压机系统管道连接

后处理系统与空压机系统管道的连接，通常有3种设计方式：方式一，空压机出口管道与干燥机一对一直接连接，干燥机参数与空压机的参数相匹配;方式二，空压机出口管道通过母管与干燥机进口管道连接，干燥机数量与空压机数量相同，单台干燥机参数与单台空压机的参数相匹配;方式三，空压机出口管道通过母管与干燥机进口管道连接，干燥机数量与空压机数量不同，单台干燥机处理气量，可处理多台空压机的用气量。第一种方式通常适合分散式压缩空气系统，设备数量较少，系统相对简单;第二、三种方式适合于全厂集中式压缩空气系统。后两种方式中我们推荐方式二，主要是考虑系统运行能耗，一般电厂的用气量会根据负荷、煤质等情况变化，前级空压机设计时，一般会考虑调节气量的手段，而干燥机常规设计是没有考虑调节负荷措施，采用方式二在系统控制上可实现空压机与干燥机连锁，这样有利于系统节能运行。

4后处理设备类型和特点

4.1 冷冻式干燥机

冷冻式干燥机是利用制冷装置使压缩空气冷却到一定的露点温度，析出其中的冷凝水，通过分离器将水排出，从而使压缩空气得到干燥。冷冻式干燥机出口的压力露点一般为7℃电耗比为3%～5%。

4.2 冷冻吸附组合式干燥机

冷冻吸附组合式干燥机是由冷冻式干燥机和吸附式干燥机组合而成，通常有冷冻式+无热再生吸附式组合干燥机、冷冻式+微热再生吸附式组合干燥机以及冷冻式+鼓风外加热再生吸附式组合干燥机。其特点如下：

（1）冷冻式+无热再生吸附式组合干燥机无法避免低温再生，且成品气耗量较大，一般不推荐采用;

（2）冷冻式+微热再生吸附式组合干燥机运行时由冷冻式干燥机处理到7℃以上的露点，剩余水分再交给微热再生吸附式干燥机处理，该方式要消耗一定量的成品气;

（3）冷冻式+鼓风外加热再生吸附式组合干燥机运行原理与冷冻式+微热再生吸附式组合干燥机基本相同，不同在于后级干燥机类型不同。

5结束语

本文主要从压缩空气后处理系统设备选型方面，进行系统优化设计探讨，在具体工程设计中，还应考虑其他很多方面，如设备质量、管网设计、检修维护、系统能效等，需要设计院、设备供应商、运行单位等不断努力钻研和优化，为电厂提供一个高质量、高能效等级的压缩空气后处理系统。

参考文献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.压缩空气站设计规范：GB50029-2014[S].北京：中国计划出版社，2014.

[2] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.一般用冷冻式压缩空气干燥机：JB/T10526-2005[S].北京：机械工业出版社，2005.