火力发电厂压缩空气系统的设计优化
2014.12.25
第28卷Vol.%28总第112期
火力发电厂压缩空气系统的设计优化
施爱阳
摘
武春霖熊建文何绍峰
中机国能电力工程有限公司，上海200061
要：结合火力发电厂压缩空气系统的设备选型及实际运行存在的问题，进行了选型举例及仪表用储气罐容积的计算，
提出了提高压缩空气系统运行稳定性及可靠性的措施。关键词：压缩空气系统；空压机；储气罐；优化中图分类号：TM621.7文献标识码：BDOI:10.13661/j.cnki.issn1001-9006.2014.04.011
文章编号：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
火力发电厂压缩空气系统是火电厂中不可或缺的公用系统，主要作用是提供仪表控制用气、检修用气及除灰输送用气等，其可靠性直接影响整个机组的有效运行。特别是仪用压缩空气系统，关系着气动阀门执行机构能否正常动作，影响着整个火电厂的安全运行。检修及仪表用压缩空气系统所提供的压缩空气必须满足下列需要：
（1）检修用空气系统供机械设备运行、风动工具等用气。不论火电厂在何种方式下运行及设备维修，均需用该系统的压缩空气。
（2）仪表空气系统提供洁净、无油、无水的压缩空气至所有气动操作的仪表及控制设备（如气动操作阀门等）。
下面以某工程火力发电厂2×350MW机组为例，进行压缩空气系统设计的优化探讨。1
全厂压缩空气用量及品质要求
全厂需要压缩空气的有热机、热控、除灰、
脱硫等专业，各专业对压缩空气的用气量、用气品质及使用时间各不相同。某工程2×350MW机组工程各专业压缩空气用量见表1。2
全厂空压机站优化
全厂空压机站按“系统分开，集中布置”的原则，2台机组设置1个全厂供气站统一供气的方式，由全厂空压机站向除灰、热控、热机、脱硫等专业提供气源。全厂空压机站，可以提高设备利用率，另外空气压缩装置所需的总占地面积缩小，监控费用和维修费用降低。
3
仪用空压机共设置4台20Nm/min螺杆式压
缩机，2台运行，1台运行备用，1台检修备用。
3
采用3台35Nm/min螺杆式压缩机作为输送空压
机用，其中2台运行，1台运行备用。仪用空气后处理设备采用组合式空气干燥器，结合了冷干机及无热再生式干燥器的优势，具有能耗低、再生耗气量少（≤3%）、露点温度低（≤－40℃）且稳
收稿日期：2014－01－20
作者简介：施爱阳（1981－），女，2007年3月毕业于东南大学热能工程专业，工学硕士，工程师。现在中机国能电力工程有限公司工作，
主要从事火电厂热机专业设计工作。
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第28卷Vol.%28总第112期
定、结构紧凑、自动化程度高、操作更加简便等特点。厂用检修气不经过后处理直接使用，仅在
表1
序号1
用途除灰系统（干灰输送）除灰控制（仪用）热控控制（仪用）脱硫（仪用）脱硝仪用化水仪用脱硝声波吹灰厂用气
热机检修
气量70
检修时使用，其用量几乎无法准确确定。为保证电厂安全运行，杂用气可随时切断供应。
某工程2×350MW机组用气量
单位m/minm3/minm3/minm3/minm3/minm3/minm3/minm3/min
3
运行状况连续
品质
压力露点：2℃，含油量＜5mg/m3，灰尘粒径＜40μm，压力：0.7MPa压力露点：－40oC，含油量＜1mg/m3，灰尘粒径＜5μm，压力：0.6～0.7MPa
同2同2同2同2
备注
2345678
620212410
连续连续连续连续连续不连续与1不同时
不做后处理不做后处理
注：脱硫吹扫采用蒸汽吹扫
3压缩空气系统存在的问题
实际火电厂压缩空气系统运行中有几大问
25m3的储气罐，为机务检修气源用。按以上常规设计，往往导致仪用储气罐容积过小，主要是未考虑储气罐容纳时间期内气压变动。针对仪用储气罐容积的计算过程如下：
V=
Q·t·P0P2－P1
（1）
题
［1－2］
，主要有：
（1）储气罐容积设计偏低，导致仪表用气量不够及仪表用气的压力偏低。
（2）冷却水管路采用工业水，由于冷却水水质差，冷却器换热面结垢严重，换热效果差，冷却水回水温度升高。
（3）压缩空气母管未设疏放水点，若管内积水未及时排放，将影响压缩空气的品质。
（4）气动阀无法正常开启、关闭，阀门内部运动部件沾有污物，无法顺畅活动，压缩空气无法控制、设备工作异常。44.1
压缩空气系统设计优化储气罐容积的计算
考虑到热控专业仪用压缩空气对整个系统安全至关重要，根据《火力发电厂设计技术规程》中“当全部空气压缩机停用时，热工控制压缩空气系统的贮气罐的容量，应能维持不小于5min的
3
耗气量”规定，设置2个25m的仪用储气罐，以
3
式中V为储气罐容积，m；Q为压缩空气实33
际消耗量，m/min（取31m/min）；t为储气罐的
最小容纳时间，min（取5min）；P0为压缩空气系统安装所在地的海拔高度的大气压（取0.1MPa）；P2为储气罐内气体的初始（高）压力点（取0.8MPa）；P1为使气动执行机构动作的储气罐内气体的低压力
3
点（取0.6MPa），代入上式，得到V=77.5m，因3
此需要增加1台30m的仪用储气罐。
4.2冷却水系统优化
针对冷却水管路，提出采用闭式循环冷却水
系统冷却，这样可以很好的保证冷却水水质，避免空压机排气温度高而导致频繁跳机。另一方面，空压机排气温度的降低，容纳的水分越少，吸附式干燥机的干燥负荷越低，从而使组合式干燥器的干燥效率得到提高。4.3
疏放水管道设计
常规火电厂压缩空气管道在母管上的低点安装1个截止阀，在机组正常运行时放水仍然会出现
（下转第60页）
满足储气罐内压力下降到0.6MPa过程可持续向仪
3
用气用户供气5min的要求。设置3个25m的储
气罐，作为平稳干灰输送用气气源用；设置1个
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涡分离边界内流动强烈，利于燃料和空气混合。
3种结构径向旋流器的最小通流面积、喉部面积、以及筒的直径相同，所以根据式（6）计算得到的几何旋流数也是相同的，均为0.855。根据式（1）得到t=40mm、t=10mm与轴向弯曲3种结构在喉部中间面的旋流数依次为0.859、0.813、0.761。两种方法的计算值较为接近。设计是多采用几何旋流数来设计旋流器的通流面积。虽然3种旋流器结构有所差异，但是影响旋流数大小的参数没有变化。通过改变结构，虽然减小了旋流数，但是回流区变化不大，其原因是否为几何旋流数没有发生变化，有待进一步研究。4
结语
e模型计算旋流燃烧器（1）通过SST和标准k-
流场并与实验结果对比，发现SST湍流模型计算结果与实验结果吻合较好。
（2）计算得到了不同结构下的旋流数沿轴向的变化，发现旋流器出口喉部截面旋流数与几何旋流数接近，有利于径向旋流器的设计。参考文献：
［1］林宇震，许全宏，刘高恩.燃气轮机燃烧室［M］.国防工业
2008出版社，
［2］PhilTKing，HishamS.AlKabie，GordonE.Andrews，etal.
CFDPredictionofLowNOxＲadialSwirlerswithCentralFuelInjection［C］.ASMEpaperGT2009－60106
［3］BeerJM，ChigierNA.CombustionAerodynamics［M］.London：
AppliedSciencePublishersLtd.1972
［4］AlkabieH.S.，AndrewsG.E.，etal.LeanLowNOxPrimaryZone
UsingＲadialSwirlers［C］.ASMEpaper88－GT－245
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（上接第47页）
积水的情况，即放水不彻底。解决的方案之一是设置2个截止阀串联布置，两截止阀的间距约500mm，如图1。解决的方案之二是在压缩空气母管的低点处安装疏水阀，以保证管道内不积水
。
供系统状态及报警信号。空气后处理设备的集控纳入中控单元范围。5
结语
（1）通过对仪用储气罐容积的计算，重新配
3
置储气罐的数量及容量，需增加1台30m的仪用
储气罐。增加了储气量，从而提高了压缩空气系统运行的稳定性和可靠性。
（2）提出了对冷却水管道和疏放水管道的优化设计，进一步提高了全厂压缩空气系统运行的可靠性。
图1
疏水站的设置
（3）采用集中控制及智能自动化调节方式有助于压缩空气系统节能降耗。参考文献：
［1］温志华，聂云峰，杨行炳，等.2×350MW机组压缩空气系统
.电站系统工程，2010，26（2）的优化改造［J］
［2］秦文防，郑文敬，郑尊建，等.电厂压缩空气系统工艺改造
［J］.电力科学与工程，2011，27（4）
［3］张莲莺.华能巢湖电厂全厂压缩空气系统优化［J］.电力建设，
2010，31（4）
［4］DL5000－2000火力发电厂设计技术规程［S］［5］GB50029－2003压缩空气站设计规程［S］
4.4调节系统节能措施
全厂空压机站实行智能化控制，设中央控制
单元（中控单元），采取节能型自动控制调节方式控制空压机群。每台空压机本体内置数码智能控制器，只要输入系统所需压力及控制模式，正常运行过程中不需要任何手工操作。中控单元根据系统压力变化，优化计算，自动启动空压机群中的不同空压机，以满足外部压缩空气需求，并实行轮换制式。中控单元还可以与集控室通讯，提