660MW CFB锅炉机组空压机系统选型优化研究

赵立正，孙保民

（1．华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，北京102206；2．中煤平朔集团有限公司，山西朔州036006）

660MW CFB锅炉机组空压机系统选型优化研究

赵立正1，2，孙保民1

（1．华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室，北京102206；2．中煤平朔集团有限公司，山西朔州036006）

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。

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［1］。

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60 m3/min、0.75 MPa的螺杆空压机6台，其中4台运行、2台备用，规格为215 m3/min、0.75 MPa的离心空压机4台，其中3台运行、一台备用，如图1所示。

图1　原设计方案空压机系统图

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［2］，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［3］。

市场上目前燃煤发电站用大排量空压机（排量在42.5 m3/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　螺杆式和离心式空压机优缺点［5］

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。

表2　空压机选型方案

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825 m3/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0.75 MPa，对于方案A（原方案），仪表用气由4台180 m3/min离心式压缩机（3用1备）提供，除灰用气由6台69.2 m3/min离心式压缩机（4用2备）提供，总供气量为816.8 m3/min；对于方案B，仪表和除灰用气，由6台210 m3/min离心式压缩机（4用2备）提供，总供气量为840 m3/min，如图2所示；对于方案C，仪表用气由4台180 m3/min离心式压缩机（3用1备）提供，除灰用气由4台90 m3/min离心式压缩机（3用1备）提供，总供气量为810 m3/min，如图3所示。

图2　设计方案B空压机系统图

图3　设计方案C空压机系统图

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4350 kW，方案B和C的设备功率较低分别为4240 kW和3990 kW；其中，方案B的备机功率较高，总功率也较高。3个方案按8000 h/a计算年能耗，方案C年能耗最低为3192 kW·h，方案A能耗最高为3480 kW·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。

表3　设计方案经济性对比

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8000 h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10 a计算，6台螺杆机比离心机维修维护成本高480万元以上，足够买全套新设备。此外，螺杆式空压机的使用寿命在10 a左右，一般每5 a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25 a以上，结构简单，可靠性高，故障率低。

表4　螺杆机和离心机维护成本对比

因此，采用离心机比采用螺杆机，无论在前期投资以及后期节能降耗效果明显，且结构相对5结语

简单，运行可靠性高，故障率低，建议采用方案C，作为本项目2×660 MW循环流化床锅炉机组空压机系统选型方案。

为了提高燃煤机组空压机运行的可靠性和经济性，对市场上目前常用的大排量空压机进行以研究、分析其运行过程中的优缺点，以及运行经济性，确定最佳的空压机选型方案。所得结论如下：

（1）对于循环流化床锅炉机组空压机系统主要采用离心式或螺杆式空压机；

（2）相对于螺杆机，离心机占地少、结构简单、便于维护，适用于大中流量、中低压力的场合；

（3）通过对比3个空压机系统选型方案，采用离心机的方案C较原方案A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，且离心机维护较为简单且所需备件相对较少，维护费用相对较低，适于在大型CFB锅炉机组空压机系统中推广。

［1］叶阿曲．全厂空压机系统优化节能技术改造［J］．节能，2011，30（7）：75-78．

［2］张伟．空压机选型分析［J］．压缩机技术，2013，（3）：49-52．

［3］王飞．活塞式空压机与螺杆式空压机使用比较［J］．机械工程师，2012，（8）：155-156．

［4］董菊花．南钢大项目空压机设备选型的优化［J］．江苏冶金，2005，33（2）：56-57．

［5］王志云．离心式和无油螺杆式空压机的性能比较［J］．压缩机技术，2010，（2）：17-20．

Research on Optimization Selection on Air Compressor System in 660MW CFB Boiler Unit

ZHAO Li-zheng1，2，SUN Bao-min1
（1.Key Laboratory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment，Ministry of Education North China Electric Power University，Beijing 102206，China；2.China Coal Pingshuo Group Co.，Ltd.，Shuozhou 036006，China）

The equipment selection and operation characteristics of air compressor system in Pingshuo 660MW CFB boiler unit were analyzed.By analyzing the working principle of screw machine and centrifuge，comparing the advantages and disadvantages in operation，the optimization program was proposed.The results show that the centrifuge used singly as compressed air source can make the system more simple and reliable，reducing the operation and maintenance costs sharply，improving the safety and economy，compared with the combined adoption of screw machine and centrifuge.The opti-mization results can provide reference for the selection of similar type of compressor.

circulating fluidized bed；air compressor system；optimization selection

TH45

B

1006-2971（2015）04-0043-04

赵立正（1963-），男，主要研究方向为以低热值煤为燃料的大型超临界循环流化床锅炉燃烧技术。E-mail：pszhaolizheng@163.com

2015-02-02