摘要：对平朔660MW循环流化床(CFB)锅炉机组空压机系统的设备选型及运行特性进行分析。通过分析螺杆机和离心机的工作原理，分析这2种空压机的优缺点，提出较为合理的空压机系统选型技术方案。结果表明，单独采用离心机作为压缩空气来源，较联合采用螺杆机和离心机，系统更为简单、可靠，且运行维护费用大幅降低，能够有效提高机组运行的安全性和经济性，同时也可为同类型机组空压机系统的选型提供参考，以达到节能环保的目的。
关键词：循环流化床；空压机系统；选型优化
1引言
随着CFB机组逐渐向高参数、大型化发展，各种系统及设备所需的用气量也在相应增加，空压机数量也相对较多。作为电力生产过程中的关键供气设备，目前市场上空压机主要有螺杆机和离心式压缩机两大类产品，此类设备不仅功率大，而且能耗高。CFB机组厂用电率相对较高，而空压机所占电耗比例也相对较高。为了降低耗电量，根据机组实际所需用气量，对空压机的设备选型进行优化，可有效降低CFB机组发电成本，提高机组运行的经济性。全厂仪用、杂用、脱硫系统用气、除飞灰系统输送用气、煤泥喷枪用气、石灰石粉输送用气及密封罐车输送用气都由空压机供给。为保证输送空气的品质，采用干燥和过滤等后处理设备进行除油、除水、除杂质处理。全厂设集中空压机站，原设计方案空压机站共设置规格为60m3/min、0.75MPa的螺杆空压机6台，其中4台运行、2台备用，规格为215m3/min、0.75MPa的离心空压机4台，其中3台运行、一台备用，如图1所示。
2空压机选型分析
常用的空压机主要有活塞式、螺杆式以及离心式。活塞式空压机噪声大，性能不好，产气品质不良，运行可靠性差，相对于螺杆式和离心式空压机，具有能耗相对较高、设备运行及维护较为复杂、出气含油量较高、噪声相对较大的缺点，而螺杆式以及离心式空压机具有活塞式空压机无可比拟的优点，不仅降低了能源消耗、设备维护及管理费用，而且使设备工作环境得到改善，设备运行更加稳定、可靠。市场上目前燃煤发电站用大排量空压机（排量在42.5m3/min以上）主要有离心式和螺杆机空压机两大类。为了保证电站燃煤机组空压机运行的经济性和稳定性，需对这两类空压机进行分析，以优化选取合理的空压机类型。
表1为螺杆式空压机和离心式空压机的优缺点及适用范围。由表1可知，离心式空压机具有结构紧凑、占地少、排气量大、高效节能、易于实现自动化和大型化并且可靠性高等优点，但也存在负荷变化大时操作适应性差以及排气变化量大等缺点，主要适用于大中流量、中低压力的场合。螺杆式空压机具有可靠性高、操作维护方便、适应性强、可多相混输等优点，但也存在运转噪声高需消声降噪，长期运转后螺杆间隙变大，需定期修复或更换费用较大以及养护费用较高等缺点，主要适用于中高压力的场合。
3空压机选型方案
根据全厂各专业压缩空气用量，本工程全厂空压机站总容量为825m3/min，采用集中设置一套空压站的方案供全厂各专业用气。现设计3种空压机选型方案所用螺杆压缩机和离心压缩机的排气压力都为0.75MPa，对于方案A（原方案），仪表用气由4台180m3/min离心式压缩机（3用1备）提供，除灰用气由6台69.2m3/min离心式压缩机（4用2备）提供，总供气量为816.8m3/min；对于方案B，仪表和除灰用气，由6台210m3/min离心式压缩机（4用2备）提供，总供气量为840m3/min，如图2所示；对于方案C，仪表用气由4台180m3/min离心式压缩机（3用1备）提供，除灰用气由4台90m3/min离心式压缩（3用1）备提供。
4方案优化分析
表3为3种设计方案的经济性对比。由表3可知，3个方案都可满足空压机站设计总容量，其中，方案B的设计总容量较高，方案A和方案C的设计总容量较低。对于表3中的设计对比结果表明，方案A设备功率较高，为4350kW，方案B和C的设备功率较低分别为4240kW和3990kW其中，方案B的备机功率较高，总功率也较高。3个方案按8000h/a计算年能耗，方案C年能耗最低为3192kW˙h，方案A能耗最高为3480kW˙h，相对于方案A，采用方案B和C节约年能耗分别为88万和288万，方案C节能效果显著；对于投资总额，方案B最高，为1080万，方案A最低，为980万，相对于方案A，采用方案B和C，投资总额分别增加100万和20万；若电价按照0.6元/kW˙h计算，相对于方案A，采用方案B和C，年节约电费分别为52.8万元和172.8万元。
此外，离心机末级排气温度约140℃，如降温到40℃，每年可回收热能约4.5×105kJ/h，折合2×106kW˙h/a，对于方案B，4台离心机共可回收热能8×106kW˙h/a，热能回收年收益折合人民币480×106元；对于方案C，6台离心机共可回收热能1.2×107kW˙h/a，热能回收年收益折合人民币720万元。由此可以看出，方案C相对于原设计方案A，采购总价增加20万元，但每年节约电费以及回收热能产生的收益总计为892.8万元，节能降耗效果明显。
表4为螺杆机和离心机维护成本对比。由表4可知，空压机按照每年运行8000h运行，螺杆机所需备件数量为14项，而离心机仅需4项，表明离心机在运行过程中，维护较为简单且所需备件相对很少。通过计算，单台螺杆机每年维护费用为10万元，单台离心机每年维护费用为2万元。以10a计算，6台螺杆机比离心机维修维护成本高480万以上，足够买全套新设备。此外，螺杆式空压机的使用寿命在10a左右，一般每5a左右要进行一次机头维修或者更换，费用约为整机成本的50%以上。离心式空压机的使用寿命在25a以上，结构简单，可靠性高，故障率低。
5注意事项
（1）在流量较小，压比较小，压缩机选型计算时，如只计算气体力，初选机型时，压缩机机型需要适当升档；（2）循环氢压缩机的安全阀起跳工况，安全阀压力设定值设为1.1倍时，如电机功率增加过多，定压值可考虑适当降低；（3）压缩机的选材，加氢装置循环氢中一般含有硫化氢，压缩机和辅机部分的选材要考虑硫化氢腐蚀；（4）在加氢裂化、渣油加氢等高压加氢装置中，新氢压缩机如选用双三级压缩，也可能会出现反向角过小，旋转切向力的不均匀度过大的问题，选型时需加以重视。
6结论
小规模高压加氢中，循环氢压缩机宜选用往复机。在小流量，小压比情况下，往复机的具体方案经计算，如果反向角经三方确认可行，且飞轮矩不导致电机过大升档，优先采用双作用方案。如经计算后，反向角过小，且飞轮矩导致电机升档较多，宜采用轴侧工作，盖侧做平衡段方案。轴侧做平衡段、贯通活塞杆、P型机方案除非制造厂有相当的使用业绩，且三方认可，一般不推荐使用。
原标题：660MW CFB锅炉机组空压机系统选型优化研究
