火力發電廠壓縮空氣系統的設計優化

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火力發電廠壓縮空氣系統的設計優化

2014.12.25

火力發電廠壓縮空氣系統的設計優化

第28卷Vol.%28總第112期

火力發電廠壓縮空氣系統的設計優化

施愛陽

摘

武春霖熊建文何紹峰

中機國能電力工程有限公司，上海200061

要：結合火力發電廠壓縮空氣系統的設備選型及實際運行存在的問題，進行了選型舉例及儀表用儲氣罐容積的計算，

提出了提高壓縮空氣系統運行穩定性及可靠性的措施。關鍵詞：壓縮空氣系統；空壓機；儲氣罐；優化中圖分類號：TM621.7文獻標識碼：BDOI:10.13661/j.cnki.issn1001-9006.2014.04.011

文章編號：1001－9006（2014）04－0046－02

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SHIAiyang，WUChunlin，XIONGJianwen，HEShaofeng

(ChinaSinogyElectricEngineeringCo.，Ltd．，200061，Shanghai，China)

Abstract:Focusedonselectionofcompressedairsystemforthermalpowerplantandactualproblemsencountaedinoperation，thispaperprovidesseveralcasesofequipmentselectionalongwithcalculationofairreceiverforcontrouingoperationalinstruments.Thepaperthenproposespertinentmeasurestoimprovethestablityandreliabilityofthecompressedairsystem.Keywords:compressedairsystem;aircompressor;airreceiver;optimization

火力發電廠壓縮空氣系統是火電廠中不可或缺的公用系統，主要作用是提供儀表控制用氣、檢修用氣及除灰輸送用氣等，其可靠性直接影響整個機組的有效運行。特別是儀用壓縮空氣系統，關系著氣動閥門執行機構能否正常動作，影響著整個火電廠的安全運行。檢修及儀表用壓縮空氣系統所提供的壓縮空氣必須滿足下列需要：

（1）檢修用空氣系統供機械設備運行、風動工具等用氣。不論火電廠在何種方式下運行及設備維修，均需用該系統的壓縮空氣。

（2）儀表空氣系統提供潔凈、無油、無水的壓縮空氣至所有氣動操作的儀表及控制設備（如氣動操作閥門等）。

下面以某工程火力發電廠2×350MW機組為例，進行壓縮空氣系統設計的優化探討。1

全廠壓縮空氣用量及品質要求

全廠需要壓縮空氣的有熱機、熱控、除灰、

脫硫等專業，各專業對壓縮空氣的用氣量、用氣品質及使用時間各不相同。某工程2×350MW機組工程各專業壓縮空氣用量見表1。2

全廠空壓機站優化

全廠空壓機站按“系統分開，集中布置”的原則，2臺機組設置1個全廠供氣站統一供氣的方式，由全廠空壓機站向除灰、熱控、熱機、脫硫等專業提供氣源。全廠空壓機站，可以提高設備利用率，另外空氣壓縮裝置所需的總占地面積縮小，監控費用和維修費用降低。

儀用空壓機共設置4臺20Nm/min螺桿式壓

縮機，2臺運行，1臺運行備用，1臺檢修備用。

采用3臺35Nm/min螺桿式壓縮機作為輸送空壓

機用，其中2臺運行，1臺運行備用。儀用空氣后處理設備采用組合式空氣干燥器，結合了冷干機及無熱再生式干燥器的優勢，具有能耗低、再生耗氣量少（≤3%）、露點溫度低（≤－40℃）且穩

收稿日期：2014－01－20

作者簡介：施愛陽（1981－），女，2007年3月畢業于東南大學熱能工程專業，工學碩士，工程師。現在中機國能電力工程有限公司工作，

主要從事火電廠熱機專業設計工作。

2014.12.25

第28卷Vol.%28總第112期

定、結構緊湊、自動化程度高、操作更加簡便等特點。廠用檢修氣不經過后處理直接使用，僅在

表1

序號1

用途除灰系統（干灰輸送）除灰控制（儀用）熱控控制（儀用）脫硫（儀用）脫硝儀用化水儀用脫硝聲波吹灰廠用氣

熱機檢修

氣量70

檢修時使用，其用量幾乎無法準確確定。為保證電廠安全運行，雜用氣可隨時切斷供應。

某工程2×350MW機組用氣量

單位m/minm3/minm3/minm3/minm3/minm3/minm3/minm3/min

運行狀況連續

品質

壓力露點：2℃，含油量＜5mg/m3，灰塵粒徑＜40μm，壓力：0.7MPa壓力露點：－40oC，含油量＜1mg/m3，灰塵粒徑＜5μm，壓力：0.6～0.7MPa

同2同2同2同2

備注

2345678

620212410

連續連續連續連續連續不連續與1不同時

不做后處理不做后處理

注：脫硫吹掃采用蒸汽吹掃

3壓縮空氣系統存在的問題

實際火電廠壓縮空氣系統運行中有幾大問

25m3的儲氣罐，為機務檢修氣源用。按以上常規設計，往往導致儀用儲氣罐容積過小，主要是未考慮儲氣罐容納時間期內氣壓變動。針對儀用儲氣罐容積的計算過程如下：

Q·t·P0P2－P1

（1）

題

［1－2］

，主要有：

（1）儲氣罐容積設計偏低，導致儀表用氣量不夠及儀表用氣的壓力偏低。

（2）冷卻水管路采用工業水，由于冷卻水水質差，冷卻器換熱面結垢嚴重，換熱效果差，冷卻水回水溫度升高。

（3）壓縮空氣母管未設疏放水點，若管內積水未及時排放，將影響壓縮空氣的品質。

（4）氣動閥無法正常開啟、關閉，閥門內部運動部件沾有污物，無法順暢活動，壓縮空氣無法控制、設備工作異常。44.1

壓縮空氣系統設計優化儲氣罐容積的計算

考慮到熱控專業儀用壓縮空氣對整個系統安全至關重要，根據《火力發電廠設計技術規程》中“當全部空氣壓縮機停用時，熱工控制壓縮空氣系統的貯氣罐的容量，應能維持不小于5min的

耗氣量”規定，設置2個25m的儀用儲氣罐，以

式中V為儲氣罐容積，m；Q為壓縮空氣實33

際消耗量，m/min（取31m/min）；t為儲氣罐的

最小容納時間，min（取5min）；P0為壓縮空氣系統安裝所在地的海拔高度的大氣壓（取0.1MPa）；P2為儲氣罐內氣體的初始（高）壓力點（取0.8MPa）；P1為使氣動執行機構動作的儲氣罐內氣體的低壓力

點（取0.6MPa），代入上式，得到V=77.5m，因3

此需要增加1臺30m的儀用儲氣罐。

4.2冷卻水系統優化

針對冷卻水管路，提出采用閉式循環冷卻水

系統冷卻，這樣可以很好的保證冷卻水水質，避免空壓機排氣溫度高而導致頻繁跳機。另一方面，空壓機排氣溫度的降低，容納的水分越少，吸附式干燥機的干燥負荷越低，從而使組合式干燥器的干燥效率得到提高。4.3

疏放水管道設計

常規火電廠壓縮空氣管道在母管上的低點安裝1個截止閥，在機組正常運行時放水仍然會出現

（下轉第60頁）

滿足儲氣罐內壓力下降到0.6MPa過程可持續向儀

用氣用戶供氣5min的要求。設置3個25m的儲

氣罐，作為平穩干灰輸送用氣氣源用；設置1個

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第28卷Vol.%28總第112期

渦分離邊界內流動強烈，利于燃料和空氣混合。

3種結構徑向旋流器的最小通流面積、喉部面積、以及筒的直徑相同，所以根據式（6）計算得到的幾何旋流數也是相同的，均為0.855。根據式（1）得到t=40mm、t=10mm與軸向彎曲3種結構在喉部中間面的旋流數依次為0.859、0.813、0.761。兩種方法的計算值較為接近。設計是多采用幾何旋流數來設計旋流器的通流面積。雖然3種旋流器結構有所差異，但是影響旋流數大小的參數沒有變化。通過改變結構，雖然減小了旋流數，但是回流區變化不大，其原因是否為幾何旋流數沒有發生變化，有待進一步研究。4

結語

e模型計算旋流燃燒器（1）通過SST和標準k-

流場并與實驗結果對比，發現SST湍流模型計算結果與實驗結果吻合較好。

（2）計算得到了不同結構下的旋流數沿軸向的變化，發現旋流器出口喉部截面旋流數與幾何旋流數接近，有利于徑向旋流器的設計。參考文獻：

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