燃机电厂压缩空气系统节能改造案例分析

燃机电厂压缩空气系统节能改造案例分析

严忠鹏

广东粤电新会发电有限公司，广东 江门 529152

摘要：在电力改革的浪潮中，电力市场化交易不断推进，电力市场竞争也不断加剧。加上燃机电厂天然气依赖进口，价格深受国际环境影响，不可控因素多。燃机电厂要提高市场竞争力，降低度电生产成本显得格外重要。针对新会电厂压缩空气系统空压机频繁加载、卸载问题进行了研究分析，通过调整压缩空气系统组合式干燥机运行方式，显著延长了空压机卸载时间，达到了节能降耗的目的，提高了经济效益。

关键词：压缩空气系统；空压机；组合式干燥机；运行方式；节能降耗

引言

广东粤电新会发电公司有限公司（以下简称新会电厂）规划4×390MW F级改进型燃气-蒸汽联合循环热电联产机组，首期建设2×453MW级改进型燃气-蒸汽联合循环热电联产机组。新会电厂压缩空气系统中空气压缩机采用英格索兰公司生产的螺杆式空压机，干燥机（空气净化装置）采用前置过滤器+干燥机+后置过滤器的组合方式，干燥机为杭州嘉隆气体设备有限公司生产的无热组合式干燥机。压缩空气系统由4台30Nm³/min螺杆式空压机、3套34Nm³/min干燥机、4个35m³的储气罐、管道及仪表等组成。压缩空气用途广泛，在发电厂中作为一种重要的动力源，其主要作用是为全厂气动执行机构提供操作气源，同时还提供置换、检修、吹扫用气。压缩空气系统作为电厂非常重要的辅助系统，基本全年维持运行。一个高效、可靠的压缩空气系统，对电厂的安全经济运行具有重大意义。

1 压缩空气系统简介

1.1 空压机工作原理

螺杆式空压机是容积式压缩机中的一种，空气的压缩是靠装置于机壳内互相啮合的阴阳转子的齿槽之容积变化而达到。转子附在与它精密配合的机壳内转动使转子齿槽之间的气体不断地产生周期性的容积变化而沿着转子轴线，由吸入侧推向排出侧，完成吸入、压缩、排气三个工作过程，实现空气的增压。

1.2 组合式干燥机工作原理

空压机出口的压缩空气先进入前置过滤器除去大部分液态水以及油，再进入冷干机中的预冷器与经降温干燥后的压缩空气进行热交换，使干燥压缩空气的温度升高，同时降低了进入蒸发器的压缩空气温度，除去一部分的水分，使其降温至常温，减轻蒸发器的工作负荷。再进入蒸发器进行热交换，使压缩空气冷却至5℃左右的露点温度。压缩空气中的大部分水分及部分杂质在此被凝结，经过气水分离器将空气与水分分离，然后水分、油分经排水器排出，干燥后的压缩空气返回到冷干机预冷器，以冷却湿热空气，使其本身温度得以提高，同时升温后的干燥压缩空气再进入吸附筒，进一步出去水份到露点温度符合要求。从吸附筒出来的干燥压缩空气再经后置过滤器除去吸附筒产生的少许粉尘后输送至仪用/杂用压缩空气储罐，同时从吸附筒出口取一部分压缩空气进入再生塔进行再生。

2 改造前压缩空气系统运行分析

新会电厂空压机及干燥机采用母管制运行。空压机运行方式为并列运行，正常运行时1台运行，3台备用。干燥机运行方式为1台运行，2台备用。空压机根据控制面板设定的加载、卸载压力值，自动切换加载、卸载状态。当空压机出口压力低于加载压力设定值时，空压机进入加载状态向系统生产压缩空气，加载时单台空压机的功率约为186kW。当空压机出口压力高于卸载压力设定值时，空压机进入卸载状态，此时空压机不产出压缩空气，卸载时单台空压机的功率约为56kW。可见空压机加载、卸载运行时消耗的功率差别很大。干燥机的工作方式为自动控制、连续工作。如表1所示，干燥机一个标准循环周期为70min，A塔吸附35min同时B塔进行再生脱附，然后A塔再生脱附35min同时B塔吸附35min完成一个循环周期。由于干燥机是连续工作的方式，不管空压机在加载状态还是卸载状态，即不管空压机是否产出压缩空气，干燥机一直在进行吸附和再生，使得压缩空气系统需持续提供给干燥机再生用气，造成系统压降过快，空压机加载、卸载更为频繁，耗费更多电能。改造前，当一台空压机、一台干燥机运行时，空压机加载、卸载的一个周期约为10min，其中约5min在加载、5min在卸载。

表1 无热组合式吸附干燥机标准循环周期

3 节能改造方案

正常情况下压缩空气系统下游用户用气量不大，当空压机卸载时，如果干燥机保持运行，再生耗气量较大，会导致空压机频繁加载、卸载。为了达到节能降耗的目的，新会电厂对组合式干燥机运行方式做出调整：当空压机卸载时，运行的干燥机进入待机状态，关闭再生罐排放阀，运行及再生时间计时暂停；当空压机加载时，运行的干燥机恢复运行状态，打开再生罐排放阀，运行及再生时间重新开始计时。

在敲定改造方案时出现了两个比较集中的疑问点。一是，干燥机待机状态会不会造成压缩空气露点不合格？我们知道露点是评价压缩空气品质的重要指标，露点不合格也就是压缩空气含水量超标可能会导致下游用气设备故障，带来的可能是更大的损失。经过验证分析确认基本不会出现露点不合格的问题。因为空压机卸载时空压机出口、中间储罐及干燥机进口管路压力下降较快，干燥机及压缩空气入口都有逆止阀，此时，压缩空气基本不流动，只有管路不严密造成的泄漏，不会导致压缩空气露点不合格。二是，为什么选择要干燥机待机，而不是停止？如此设置有三方面考虑：1、待机时不停蒸发器压缩机，避免蒸发器压缩机频繁启停而影响寿命；2、干燥机如果停止，压缩机停的时间过长会造成下次启动初期的冷凝效果变差，进而造成压缩空气带水；3、干燥机功率较小，额定功率只有4.6kW，停机也不会节约很多电。

确定改造方向后，通过做出以下技术改造，实现了干燥机运行方式的调整改造：1、增加反馈线，将空压机加载、卸载状态引接至干燥机和DCS。2、将干燥机控制器拆下，寄回厂家升级，明确对待机状态的定义，待机时只关闭再生罐排放阀。重新定义一个DI、一个DO端子，DI端子用于待机状态反馈，DO端子用于待机指令。3、在压缩空气系统DCS上增加联锁逻辑：任意一台空压机加载运行时，则投运的干燥机进入运行状态；当所有空压机卸载时，则投运的干燥机进入待机状态。

4 改造后效果评估

目前新会电厂压缩空气系统配置的3台组合式干燥机运行方式调整改造已完成，并已长时间稳定运行。经过观察，压缩空气露点温度与改造前保持一致，干燥机待机时并未带来压缩空气露点不合格的问题。改造后，当一台空压机、一台干燥机运行时，空压机加载、卸载的完整周期延长至大约45min，其中约5min在加载、40min在卸载，相比改造前显著延长了空压机卸载时间。由于压缩空气系统基本全年不停，通过该节能方案改造后，每年大约可节省电量=365*24*60/10*5/60*（186+56）-365*24*60/45*（5/60*186+40/60*56）=44.3万度，大约节能41.8%。若按广东地区燃机上网电价0.605元/度计算，每年可大约节省26.8万元。

5 结语

压缩空气系统是电厂中重要辅助系统，相关设备的能耗在厂用电量中所占比重也较大。通过对压缩空气系统干燥机运行方式的调整，实现了节能降耗，提高了机组经济性。该改造方案简单易行，效果显著，具有一定的推广意义。

参考文献：

[1]杭州嘉隆气体设备有限公司 - 《组合式干燥机安装、操作、调试、维护说明书》