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火电厂空压机系统节能技术应用

2018-09-10 16:29:41 《电工技术》
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空气压缩机作为工矿企业中应用十分普遍的压缩空气系统的重要组成部分,根据企业应用机组数量多、电机功率大、产热量高等特点,具有很大的节能空间。基于此,通过阐述其结构组成,分析其运行特点,根据几方面特点,来介绍其节能改造应用前景,为企业节能减排提供理论依据。

火电厂空压机系统节能技术应用

魏晓明

(1.太原理工大学电气与动力工程学院,山西太原030024;2.山西漳电大唐塔山发电有限公司,山西大同 037001)

[摘要] 空气压缩机作为工矿企业中应用十分普遍的压缩空气系统的重要组成部分,根据企业应用机组数量多、电机功率大、产热量高等特点,具有很大的节能空间。基于此,通过阐述其结构组成,分析其运行特点,根据几方面特点,来介绍其节能改造应用前景,为企业节能减排提供理论依据。

关键词 螺杆空压机 节能改造 火电厂

中图分类号TM621; TH45

0引言

空气压缩机在工矿企业中应用十分普遍。工况企业大多使用的是螺杆空压机,具备可靠性高、结构简单、易损件少、维修费用低、排气温度低、可压缩水分含量比较高的气体等一系列优点。因此,螺杆式压缩机在市场上使用率高、发展速度快、市场占有量大。但正是由于其大多应用在工矿企业多以空压机机群形式出现,且电动机的容量一般都较大,大多数是常年连续运行,所以有很大的节能潜力可以挖掘。

1空压机的发展历程

20世纪30年代,瑞典皇家理工学院的Alf Lysholm教授,介于其对燃气轮机的研究需要,第一个设计出螺杆空压机。因其对产气量的需求.使得螺杆式空压机得到了不断的研发和应用。

继螺杆空压机得到研发以后,由英国率先从SRM公司取得生产螺杆空压机的许可证。随后,欧、美、日等陆续获得生产许可权,开始了螺杆空压机的生产和销售。但是刚开始的螺杆式空压机虽然具备些优点,但是缺点还不少。

直到1957年,喷油螺杆式空压机投入了市场,才进一步改进了之前螺杆式空压机的缺点,螺杆空压机因此得到了广泛的应用。

1961年,人们又成功研制出了螺杆式制冷空压机和螺杆式工艺空压机。此两种螺杆式空压机很大程度上拓展了螺杆式空压机的多样性。自此以后,各种各样的螺杆式空压机不断面世。

随着科技的不断进步,产品的进一步研发,诸如无油螺杆空压机、全无油螺杆空压机、微油螺杆空压机等相继出现。螺杆空压机的优越性能得到了不断发挥和广泛的应用。

2空压机工作中原理及结构组成

空压机按照工作原理主要分为两大类:容积型与动力型。螺杆空压机属于容积型,这里以双螺杆空压机为例,其工作原理是:阴阳转子及其配套机体构成的容积变化,产生吸气—压缩—排气的连续工作过程。应用在火力发电领域,其多配有气体后处理系统,且配以相应的干燥机。

(1)电气部份:电机、控制系统、操作面板等;

(2)压缩机部份:主机头、压力调整阀、单向阀、断油阀、最小压力阀、电磁阀等;

(3)冷却器部份(风冷):冷却风扇、油气冷却器等。

3火电厂空压机系统存在的问题

某火电厂两台600 MW机组压缩空气系统气源装置共配置15台螺杆空压机(单台空压机额定功率250 kW、375 kW、355 kW),2台机组仪用供气系统运行4台空压机,除灰系统运行11台空压机。各仪用空压机出口压力在0.72 MPa左右,除灰空压机出口压力0.5 MPa左右。其长期运行以来出现的较多影响设备能耗升高的问题,主要有以下几点:

电厂的空压机均采用空压机机群模式,多台机组供气,空压机组处于人工控制模式,由运行人员根据供气压力开启相应台数的空压机。空压机群无自动连锁启停功能,导致空压机群运行控制性能低、效益低;因其运行天数多,多处于6 kV、10 kV母线段供电,其耗电量较大。

压缩空气系统运行过程中螺杆空压机频繁加、卸载,导致排气温偏高,常介于报警值和跳机值之间,给机组安全运行造成隐患。

为保证系统压力,螺杆空压机运行台数偏多,压力达到高压卸载值,使空压机长时间卸载运行。

因系统用气量根据输灰系统定期吹灰时间不同,高低峰频繁变化,导致螺杆空压机排气压力波动大。

输灰单元输送效率低(输送灰气比低、输灰背压低)多条输灰单元缺乏协调控制,输灰系统用气波动大等问题,从而导致空压机群的运行效率较差。

单台空压机根据上下限压力实施加卸载运行,其基本做法就是让空压机的排气压力达到某一特定压力时关闭空压机进气阀,然后在排气压力降低到一定程度时又重新打开空压机进气阀。中间间隔的时间,取决于储气罐、管道容积的大小、生产现场的用气情况及管网允许的压力波动,通常的管网压力波动范围应控制在0.1 MPa范围内,加卸载调节方便简单。只有部分例如美国GD产或国产复盛机型配有旋转阀等部件,具有容调节能模式,可根据排气压力大小调整响应进气阀开度,但这也仅限于早起2010年前产品长时间运行后节能效果并不是很明显,因其结构复杂,长期运行故障率高,后期产品多已取消该功能。

由于空压机群的运行控制逻辑过于简单,导致空压机群运行控制性能低。

4空压机节能改造方案的选择

4.1空压机余热利用

4.1.1改造概述

压缩空气的生产消耗了大量的能源,其排气温度多在80~110℃左右。这部分热量多以后置冷却器的形式进行散热。在浪费其排气余热的同时,为冷却这部分热量另外配置了空水冷冷却器,且不论是利用风冷还是水冷方式,都是费水费电的能源的再次浪费。当前已有的解决途径可通过市面上已拥有完整的余热回收解决方案,对螺杆压缩机可以实现70%以上的能量回收。

4.1:2应用范固

空压机在运行时,产生的热能通过换热器回收,然后通过循环泵把热水循环至热用户,在满足空压机排气降温的同时,为拥护提供热水。多可用于以下几方面:

(1)生活用水加热;

(2)中央空调系统热水及地暖热水;

(3)锅炉补水预加热;

(4)热水清洗工艺的加热;

(5)厂房采暖以及其他液体介质的加热。

4.1.3改造优势

(1)相比电热锅炉、太阳能热水系统节能显著。

(2)不耗电、不烧油,无能源消耗,解决了空压机冷却问题。

(3)安装简单方便,占用空间小。

(4)与其他热水器相比,大幅降低了费用,节省了空间。

(5)加热系统低碳环保,不产生一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等有害气体,无黑烟、噪声、油污,真正实现零排放。

(6)有效利用了大量的废热,从而为企业节省了因使用电热、锅炉等所需的电费和燃油费用。

(7)控制部分可设置整机集成或单独控制。

4.2智慧型压缩空气系统优化技术

4.2.1改造概述

在满足电力安全稳定生产的前提下,按照压缩空气节能理念进行设计压缩空气系统,对空压机产气调节系统合理有效的控制,导入空压机群均衡运行时间控制策略,提高系统效率、降低系统使用流量、优化系统供气压力等技术手段,从而优化当前压缩空气系统的运行方式并最大限度地减少其耗气量、降低能耗。同时由于气力输送节能优化减少了气力输灰的输送频次和流速,降低了输灰管道的磨损,减少了管道和气动阀门的维护成本,达到了压缩空气系统节能的目的。

4.2.2改造主要内容

(1)在仪用和灰用供气系统间加装高精度流量需求控制系统,在保证仪用系统恒压供气的前提条件下,将多余的流量补偿给气力输灰系统使用。

(2)在仪用和灰用加装空压站节能管控系统。

(3)在气力输灰程控系统上加装气力输灰节能控制系统。

4.2.3改造优势

在满足电力安全稳定生产的前提下,按照压缩空气节能理念设计压缩空气系统,从而优化当前压缩空气系统的相关设备运行方式,并最大限度地减少其耗气量、降低能耗,对电厂的重要指标起到了重要影响,大大降低了厂用电率。

4.3空压机变频改造技术

4.3.1改造概述

根据空压机实际运行状况,利用变频器来控制空压机,通过电气控制转换空压机的变频运行,实现空压机电机变频驱动,大大降低了电机耗电率。

4.3.2改造内容

(1)系统改造时保留原工频系统不变,增加变频系统,做到工频/变频互锁切换。当变频器发生故障时,利用原工频系统运行。

(2)通过变频器的控制面板设定空气压力定值,将空气压力信号转换为电信号,反馈到变频器内部的PID调节器。调节器将信号与压力定值进行比较运算,然后输出控制信号,变频器再根据此信号输出频率,调节电动机的转速,使空气压力保持稳定,这样空压机始终保持在节电运行状态。

4.3.3改造优势

(1)电动机从低速起动,冲击电流小,电动机和空压机运行平稳。

(2)由于变频器具备较强的保护功能,降低了设备故障率。

(3)系统压力更加稳定,提高了产品质量。

4.4空压机永磁同步电动机

与变频控制相类似,永磁同步电动机功率因数可以达到0.98,效率超过96%,平均节电率达到15%~25%,属于高效节能电机。在空压机上配置使用永磁电机,可大大降低空压机电力耗电率,降低厂用电率。

4.5空压机群管道并联系统

4.5.1改造概述

电厂空压机群太多是一台空压机对应一台干燥机串联运行。多台除灰空压机与干燥器无法单独运行。在空压机机或干燥机大修或检修时必修停止空压机或干燥机运行,所以需加装并联管道、阀门,使空压机与干燥器并联运行,空压机或干燥机检修时,空压机或干燥机能够单独运行。使多。台干燥机可互为备用。

4.5.2改造内容

(1)在空压机和干燥机之间改造加装并联不锈钢管道。

(2)每台空压机出日及组干机入口配套电动不锈钢球阀、手动不锈钢球阀及法兰。

(3)根据系统设备,使每台空压机出口均能进入每一台组干机入口的母管。

(4)加装后空压机、干燥机能够单独运行。 .

4.5.3改造优势

改造通过加装并联管道、阀门,使空压机与干燥器并联运行,空压机或干燥机检修时,空压机或干燥机能够单独运行,使6台干燥机可互为备用。使设备能够安全稳定运行。

5结语

本文介绍了螺杆空压机的基本结构、运行方式,工作特点以及螺杆空压机的发展历史,分析了火力发电厂中应用的螺杆空压机普遍存在的问题,根据其高能耗特点列举了当今应用较为广泛的空压机节能技术改造项目,为电厂空压机高效经济运行提供了依据。

参考文献

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[4]陆志全,电力电子与变频技术[M].北京:机械工业出版社, 2015.

[5]刘纪福,余热回收的原理与设计[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2016.

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