1、运行与维护 Running and Maintenance 2023.6 今日制造与升级 107压缩空气的系统设计，在满足系统功能要求的前提下，还应满足安全、可靠、技术先进和节能环保的要求。文章介绍了火电厂压缩空气的用气要求、系统设计原则及常用系统的配置方案，以及空气压缩机及后处理设备的分类和选型，通过某2660MW 机组的全厂压缩空气系统及设备选型分析，提出了系统设置优化方案。1 用气要求及系统设计方案1.1 用气需求火电厂内的压缩空气系统设计一般包括三部分：除灰输送用压缩空气系统，用于物料输送；仪用压缩空气系统，用于工艺系统的仪表与控制；厂用压缩空气系统，用于电厂设备等的检修、维护使用。设
2、计范围均为从空气压缩机吸气口到用气点区域母管。气源品质要求如下。（1）仪 用 压 缩 空 气：压 力 0.5 0.8MPa；温 度45；压力露点比工作环境最低温度低10；含尘粒径3m；含尘量1mg/m3；油分含量8mg/m3，25，一个标准大气压状态下。（2）除灰输送用压缩空气：压力0.3 0.5MPa；压力露点为最低环境温度；含尘粒径（颗粒产品输送）5m，含尘量（颗粒产品输送）5mg/m3；含尘粒径（粉状产品输送）1m，含尘量（粉状产品输送）1mg/m3；油分含量（颗粒产品输送）10mg/m3，油分含量（粉状产品输送）1mg/m3，25，一个标准大气压状态下。（3）厂用压缩空气：压力 0.6
3、MPa；压力露点宜与输送用气要求相同；含尘量 1mg/m3；油分含量12mg/m3，25，一个标准大气压状态下。1.2 设计原则及系统配置方案空气压缩机的型号、台数，以及不同空气品质、压力的供气系统，应根据供气系统的气量、压力、气源品质要求，以及投资、能耗、建设用地等管理要求，经技术经济比较后确定，国内压缩空气系统的常用配置方案如下。1.2.1 全螺杆空气压缩机的配置方案系统的供气设备全部采用同型号规格的螺杆空气压缩机。多台空气压缩机的总排气量不宜小于压缩空气系统运行最大耗气量，其中备用空气压缩机台数设置如下。（1）当仪用空气压缩机运行台数为1 3台时，应设置1台仪用专用运行备用，1台检修备用
4、；当仪用空气压缩机运行台数为4台及以上时，应设置2台仪用专用运行备用，1台检修备用。当仪用压缩空气系统与除灰输送、其他压缩空气系统合并设计时，检修备用空气压缩机可作为公共备用。（2）当除灰输送用空气压缩机运行为1 3台时，设1台备用；当除灰输送用空气压缩机运行为4台及以上时，设2台备用。当除灰输送用与仪用压缩空气系统及其他压缩空气系统合并设计时，其中1台备用空气压缩机可与仪用检修备用空气压缩机合并。1.2.2 螺杆空气压缩机与离心空气压缩机组合的配置方案系统的供气设备采用螺杆空气压缩机与离心空气压缩机。系统设计按离心空气压缩机提供满负荷的稳定气源，螺杆空气压缩机则提供波动气源组合方式设计。单台
5、离心空气压缩机流量宜大于100m3/min，多台运行离心空气压缩机的总排气量宜等于系统稳定气源总气量；单台螺杆空气压缩机流量宜不大于80m3/min，且宜与仪用空气压缩机排气量相等，多台运行螺杆空气压缩机的总排气量可略大于系统波动气源总气量。备用空气压缩机台数设置如下。（1）当1台离心空气压缩机检修时，如备用螺杆空气压缩机总容量大于或等于离心空气压缩机容量（不包括仪用运行备用），可不设离心空气压缩机备用。摘要文章介绍了火电厂内压缩空气系统的用气要求、系统配置、空气压缩机及后处理设备的分类，通过某机组的全厂压缩空气系统及设备选型分析，提出了系统设置方案。对于气力输送飞灰量特别大的电厂，仪用压缩空
6、气系统与输灰用系统宜分别设置。应根据用气压力通过计算合理选择空压机设备的排气压力，不宜随意提高排气压力。关键词气力输灰；空气压缩机；后处理设备中图分类号TM621.9 文献标志码A火电厂压缩空气系统优化设计研究熊京（中国电建集团江西省电力设计院有限公司，江西南昌330096）运行与维护 Running and Maintenance 108 今日制造与升级 2023.6（2）当1台离心空气压缩机检修时，如备用螺杆空气压缩机总容量小于离心空气压缩机容量（不包括仪用运行备用），应设1台备用。（3）当运行的螺杆空气压缩机为3台及以下时，宜设2台备用（1台仪用运行备用，1台公共备用）；运行的螺杆空气压
7、缩机为4台及以上时，设3台备用（1台仪用运行备用，1台公共备用，1台输送备用）。2 空气压缩机及后处理设备选型2.1 空气压缩机分类电厂常用的空气压缩机分为离心式和螺杆式两类。2.1.1 离心式空气压缩机离心式空气压缩机为多级齿轮增速式，由转子、定子和辅助设备组成，通常采用2或3级压缩。主要采用进气导叶调节气量，流量可调节范围为75%100%。用气量减少需排气放空，否则会出现“喘振”现象。优点是排气量大，排气均匀，气流无脉冲；为无油空气压缩机，机内不需要润滑；比功率小，能耗低。缺点是对气量变化适应性差；调节范围窄，调节时不节能。离心式空压机通常适用于电厂压缩空气系统中稳定装置用气量大、连续运行
8、的工况。2.1.2 螺杆式空气压缩机螺杆式空气压缩机为容积式压缩机，通常指双螺杆压缩机，通过两个带有螺旋形齿轮的转子互相啮合，将气体压缩并排出。常见的气量调节方式有加卸载调节、进气节流调节、变转速调节、变容调节、进气节流/放空调节。按转子间密封情况可分为喷油螺杆式和无油螺杆式。按冷却方式可分为水冷式（设置水冷却器）和风冷式（设置冷却风扇）。按压缩级数分为单级和双级，其中双级更节能。按排气压力分为低压空气压缩机（排气压力0.5MPa）和高压空气压缩机（排气压力0.7 0.85MPa）（此为按电厂惯例分类，并非压缩机行业分类）。其中，一级压缩是主机内的一对转子以高压缩比进行一级压缩获得压缩空气，二
9、级压缩是指主机部件里带有两对转子，以较低压缩比进行两级压缩，每一级后，气体先经过冷却，再进一步压缩，从而降低了第一级的压缩比，提高效率。螺杆式空气压缩机适用于电厂压缩空气系统连续或定期运行，具有运行可靠、气量调节方便的特点，尤其适用于波动气源。一般高压喷油螺杆空气压缩机的排气流量70m3/min，低压喷油螺杆空气压缩机的排气流量55m3/min。2.2 后处理设备分类空气压缩机出口的压缩空气为饱和或过饱和湿空气，含有许多杂质（水、油、各种固态物质），火电厂各压缩空气用气系统对压缩空气压力露点及洁净度均有要求。因此，在空气压缩机出口需要设置后处理设备，主要包括干燥机、除尘或除油过滤器、气液分离器
10、等。目前空气干燥设备的主要类型有冷冻式干燥机、吸附式干燥机和组合式干燥机3种。2.2.1 冷冻式干燥机冷冻式干燥机是根据水的饱和蒸汽压力和温度的对应关系，利用制冷装置使压缩空气冷却到一定的露点温度，析出所含的水分，从而使压缩空气得到干燥。冷冻式干燥机的大气露点为-2517，相当于0.7MPa下的210。能耗比为3%5%。通常用做输灰用压缩机的后处理设备。2.2.2 吸附式干燥机吸附式干燥机的工作原理是利用吸附剂对水蒸汽特有的亲和力，吸附压缩空气中的水分。当压缩空气与吸附剂充分接触时，空气中的水分子扩散到吸附剂上被吸附。同时，吸附剂上的水分子因分子运动及碰撞，有一部分离开吸附剂回到空气中。当同一
11、时间内水分子的吸附量与脱附量相等时，就达到动态平衡。在低温或高压下水分被吸附，在高温或低压下水分被脱附。吸附式干燥机一般采用双塔式，一塔进行吸附，另一塔进行脱附（再生解吸）。通常用于对压力露点要求高的场合（-40 -2）。2.2.3 组合式干燥机组合式干燥机由冷冻式干燥机和吸附式干燥机通过管路连接而成，目前推荐用冷冻式干燥机与鼓风外加热吸附式干燥机组合形式。组合式干燥机结合冷冻式干燥机的运行能耗低和吸附式干燥机能达到较低露点的特点，可实现在不同的压力露点要求下的多种组合运行方式，节约运行能耗，为用户提供低再生耗气量（3%）和低压力露点（-40）的成品气。通常用作仪用压缩机的后处理设备。3 设备
12、选型计算下面以某2660MW 超超临界燃煤发电机组压缩空气系统为例，进行计算选型分析。3.1 仪用空气压缩机计算选型仪用气系统提供全厂的仪表用气点所需气量。全厂仪表用气点气量根据各专业提资统计，见表1；厂用压缩空气系统本身用气量不大，用气要求也不高，单独设置厂用压缩空气系统的必要性更小，因此在压缩空气系统的设计中把仪用、厂用压缩空气系统合并考虑，空气压缩机统一运行与维护 Running and Maintenance 2023.6 今日制造与升级 109设置。表1 全厂仪表用气点气量用途气量（Nm3/min）用气压力（MPa）用气频率除灰仪表60.6 0.8间断连续热控仪表60间断连续SCR
13、区仪用压缩空气1.5间断SCR 区杂用压缩空气10化水仪表用气16声波吹灰仪用气23.6等离子点火器仪用压缩空气10热机吹扫及检修20计算用气总量时，对各个用户的用气特点进行分析，如化水专业的用气、sCR 区仪用、杂用压缩空气和热机检修用气等间断用户，对间断气量如果按简单叠加会造成选型过大，因此在计算间断用气按60%折减后计入总气量。因此，仪用气总气量 Q2=6+60+（1.5+10+16+23.6+10+20）0.6=114.66nm3/min。仪用空气压缩机采用排气压力0.85MPa 的螺杆式水冷空压机，由于仪用气间断用气较多，按2台连续运行，1台为运行备用、1台检修备用设计，裕量系数按1
14、.1选取（考虑后处理耗损及系统漏气），单台空气压缩机的出力 Q3=Q21.1/2=114.661.1/2=63.06nm3/min；取整为64nm3/min，即仪表用气采用4台出力64nm3/min，排气压力0.85MPa 的螺杆式空气压缩机，2台连续运行，另设置1台备用，1台作为仪用检修及除灰系统的公共备用。3.2 除灰用空气压缩机计算选型气力除灰系统的设定压力一般为0.25 0.35MPa，过去，由于国内市场上无低压空气压缩机供货，纯进口设备价格昂贵，所以设计时一般选用0.7MPa 的产品，在用气时通过减压阀减压至0.4MPa 以下，付出0.7MPa 的能耗，使用0.2MPa 左右的压力，
15、无形中浪费了能源。从节能的角度考虑，最终本工程除灰系统采用排气压力为0.4 0.5MPa 空气压缩机。气力除灰系统额定出力为105t/h，最大出力115t/h，最远输送距离为350m。根据供货商资料，额定出力时，单台炉最大气量67.5nm3/min；最大出力时，单台炉最大气量74.25nm3/min。两台炉运行时，额定出力下，气力除灰系统的气量为135nm3/min；最大出力下，最大气量为Q1=148.5nm3/min；用气压力为0.4MPa；除灰空气压缩机采用排气压力0.4 0.5MPa 的螺杆式水冷式，单台出力 Q4=Q11.1/2=148.51.1/3=54.45nm3/min；取整为5
16、5nm3/min，即输灰用空气压缩机采用4台出力不小于55nm3/min，排气压力0.40.5MPa的螺杆式，3运1备。3.3 空气压缩机设计方案本工程建议仪表用气采用4台出力64nm3/min，排气压力0.85MPa 的螺杆式空气压缩机，2运2备，后处理设备采用70nm3/min 的组合式干燥机。输灰用空气压缩机采用4台出力55nm3/min，排气压力0.4 0.5MPa 的螺杆式，3运1备，后处理设备采用60nm3/min 的冷冻式干燥机；仪用空气压缩机出口和运灰用空气压缩机采用母管制连接，仪用空气压缩机通过减压阀减压可作为输灰备用。4 结束语当全厂压缩空气系统合并设计时，要遵循仪用气优先
17、的原则。当气源为统一压力气源时，压缩空气系统应按总系统最高压力要求设计；当系统采用高、低压系统分开设计时，压缩空气系统应按各分系统的最高压力要求设计。百万千瓦机组电厂或气力输送飞灰量特别大的电厂，仪用压缩空气系统与输灰用系统宜分别设置。应根据用气压力通过计算合理选择空气压缩机设备的排气压力，不宜随意提高排气压力。参考文献1 国家能源局.火力发电厂除灰设计技术规程：DL/T51422012s.北京：中国计划出版社，20122 许华，张华伦，潘莉，等.火电厂压缩空气后处理系统设计优化探讨J.电力勘测设计，2019（12）：17-22.3 王立功，李金国，吕剑，等.火电厂压缩空气干燥系统节能优化研究J.电力科学与工程，2018（7）：68-73.作者简介熊京（1993），女，江西南昌人，硕士研究生，工程师，主要研究方向为电厂物料输送设计。
