论高效离心压缩机在垃圾焚烧项目中的应用

汪明浩，李德丰，王文秀，桂宏桥，王雪炎

（光大环保能源（江阴）有限公司，江苏 江阴 214400）

1 技改项目简述

现代化城市快速发展，人口剧增随之而来的是生活垃圾也与日俱增，15 年前兴建的城市生活垃圾发电厂面临着扩容和新建。然而，该如何将老设备进行技改，重新焕发活力并能够及时回收成本，以光大环保能源（江阴）有限公司即江阴市生活垃圾焚烧发电厂，高效离心压缩机技改为例进行阐述。

（1）城市生活垃圾发电厂压缩空气系统一般设计的模式，均为单螺杆空压机+储气罐+冷干机（配专用储气罐）+吸附式干燥机（配专用储气罐）+至用户使用。离心压缩机对比单螺杆空压机，具有提高压缩机效率10%～20%、易于安装维护和运行成本低、在任何运行条件下提供100%无油压缩空气等优点，但是，离心机选型过大易产生“喘振”。“喘振”是排气流量减少时产生的现象，会导致叶轮内出现反向气流，从而导致气压和气流显著脉动，且压缩机不再正常运行。出现喘振时，压缩机主轴振动加剧。由于回流，排放侧的高温空气返回至进气侧，致使进气温度上升。此外，“喘振区”指的是因压缩机中出现气体喘振而无法稳定运行时的压力和排气量范围。压力较高时，导致喘振的排气量也比较大。

（2）光大环保能源（江阴）有限公司即江阴市生活垃圾焚烧发电厂由中国光大国际有限公司与江阴市政府采用BOT 模式投资建设，座落于江苏省江阴市月城镇，一二期占地面积86.42 亩，投资5.93 亿元，三期占地面积44.46 亩，投资5.8 亿元，建设总规模日处理生活垃圾2200 吨。一二期配置3 台400 吨/日机械炉排焚烧炉，以及3 台32.3 吨/小时余热锅炉和2 台12 兆瓦汽轮发电机组，三期配置2 台500吨/日的机械炉排焚烧炉与1 台25 兆瓦汽轮发电机组，为国内垃圾焚烧行业首次采用中温次高压母管制中间再热机组。全厂压缩空气系统由一二期压缩空气系统和三期压缩空气系统组成，一二期压缩空气系统为四台复盛SW160 空压机（28m³/min/台）、两台冷干机及两台吸附式干燥机组成，一二期系统运行最大流量为45m³/min。三期压缩空气系统为四台英格索兰空压机，其中，4 台水冷螺杆式空气压缩机（3用1 备，其中1 台为变频调节，调节范围为20 ～50Hz），干燥机设备选用4 台高温型冷冻式干燥机（3 用1 备）和2台微热再生吸附式干燥机（1 用1 备），三期压缩空气系统运行时最大流量为35m³/min。

2 研发背景

一二期项目自2007 年6 月投入运行，螺杆空压机已运行11 年，目前，单螺杆空压机主要存在以下问题：

2.1 运行费用高

一二期项目4 台SA160W 复盛螺杆空压机（两用两备），三期项目3+1 台英格索兰200+160kW 空压机（两用两备），实际全厂空压机运行功率610.61kW，全年运行8760 小时，电费按照0.65 元/kW·h 计算，年耗电量约347.68 万元。

2.2 维护成本高

通过汇总分析，目前，一、二期项目4 台SA160W 复盛螺杆空压机维护费用为37.54 元/h，全年维护费用约32.885 万元。

2.3 压缩空气品质差

一、二期项目发生多次因压缩空气含油引起CEMS、雾化器等环保设备工作异常，严重威胁到环保设备安全运行。

2.4 故障率高

螺杆空压机经常在运行期发生跳闸时间，严重时，导致锅炉无法正常运行。

3 主要技改路线

新增一台高效离心压缩机，同时，将一二三期压缩空气系统使用母管连通，加装一二期压缩空气系统与三期压缩空气系统中间隔离门，使用一台高效离心机对全厂压缩空气系统进行供气，离心机选型为80Nm³/min，轴功率为450kW·h。

4 实施情况

4.1 主要工艺设备技改内容

（1）将一期4#空压机拆除，并在原位置安装一台82Nm³/min 离心机，离心机进气通过安装不锈钢延长风管取室外空气，为减少进气噪音，进气管采用超大口径。进气口安装自洁式过滤器，位置放在室外一二期和三期连廊下方。

（2）离心机出口母管采用DN150 管径，为了减轻现有冷干机运行负荷，在出口管道上安装1 台100%水冷气液分离器，对压缩空气进行干燥，按照平均冷却水温12℃的溴化锂中央空调冷冻水设计。

（3）离心机冷却方式为水冷，采用除盐水进行闭式循环，除盐水冷却方式为厂用循环水经板式换热器进行冷却。

（4）将一二期与三期压缩空系统利用DN150 管道进行连通。

（5）本次改造仅对压缩用气系统动力源进行改造，仍利用原储气罐、净化系统。

（6）在一二期10kV 开关室增加一台高压开关柜，配一台ABB 品牌630A/25KA 的真空断路器，配置一块南瑞电动机保护装置，接入一二期ECS 系统。新增开关柜电源通过高压电缆引自10KV Ⅱ段母排，采用下进下出式接线方式，出线通过高压电缆接至离心式压缩机本体。高压开关控制部分接入一二期DCS 系统，由一二期DCS 系统实现开关的启停。

（7）本方案最大限度使用原有储气罐和冷干机，运行工况为离心机满负荷运行，压缩空气不足部分自动联锁启动一台螺杆空压机配合运行。

（8）离心空压机投入运行后，根据实际负荷，对原螺杆机执行定期切换制度，保障螺杆机良好备用。离心机技改示意图如图1、图2。

图1 江阴市生活垃圾发电厂离心空压机改造对接图

图2 江阴市生活垃圾发电厂一二期与三期压缩空气系统图

4.2 设备运行及定期切换维护保养

离心机技改完成后，江阴市生活垃圾全厂压缩空气系统运行模式，由“4 用4 备”改为“1 用7 备”，一二期和三期压缩空气系统正常运行方式为离心式压缩机运行，一二期三台复盛空压机及三期四台英格索兰空压机处于停运状态，为防止一二期1#2#3#复盛空压机和三期5#6#7#8#英格索兰空压机因长期停运导致空压机油中水份析出使油乳化，对设备产生负面影响，为保证设备正常备用，结合电机遥测绝缘周期，需对空压机做以下保养措施：

（1）运行、检修每天巡检时，检查空压机控制面板各参数情况，检查控制面板是否黑屏，发现问题及时汇报。

（2）因空压机出口门一直开启处于备用状态，巡检人员每周对各疏水器动作情况检查。

（3）每月12 日早班，运行人员对每台空压机油气分离器进行排污放水。

（4）每周在专工开具工作票后，由检修人员对每台空压机靠背轮进行手动盘转。

（5）每月20 日～23 日早班对停运空压机依次启动一次，每台运行时间为3 小时，系统整体运行方式为离心机+一台空压机。

（6）每次启动空压机时联系专工对空压机加载卸载压力进行修改后再进行启动，停运后，再联系专工恢复空压机原先的加载卸载压力，以保证投备用联锁空压机能正常备用。

（7）备用空压机启动后检查各参数及油位，如发现异常及时联系专工处理。

（8）备用空压机空滤、油滤、油分芯及空压机油按照要求，达到运行小时数后进行更换。

5 指标分析

5.1 技术指标

（1）运行费用分析。通过对比分析计算（11 月22 日启离心机，电量累计199058kW·h，平均每天11058kW·h，平均每小时460kW·h），江阴能源用一台离心机工全厂压缩空气，全年需要运行费用：460kW·h×8760×0.65 元/kW.h ≈261.92 万元。

螺杆空压机运行费用：（按照2020 年1 月3 日和8 日一二三期单螺杆空压机运行实际电量统计平均为610.61kW·h）螺杆空压机电量统计表如表1。

表1 螺杆空压机电量统计表

610.61 kW·h×8760×0.65 元/kW·h ≈347.68 万元；

离心机全年可以节约运行电费：347.68－261.92=85.76万元。

（2）维护费用分析（如表2）。

寿力离心机每两年大保养核算单价为：

99154.31 /2/365/24=5.66 元/h

每年寿力离心机维保价格为5.66 元/h×8760=4.96 万元。

单螺杆空压机维护费用：复盛空压机运行4000 小时后，需进行大保养费用约为15000 元，运行20000 小时后，需进行机头大修工作费用约为10 万元，平均费用为7.25 元/h。英格索兰空压机运行4000 小时后，需进行小保养费用约为15180 元，运行8000 小时后，需进行大保养费用约为55180 元，运行20000 小时后，需进行机头大修工作费用约为12 万元，平均费用为11.52 元/h。两台复盛空压机和两台英格索兰空压机同时运行的维保单价为：7.25×2+11.52×2=37.54 元，

表2 离心机维护清单

37.54 元/h×8760=32.885 万元。

离心机全年可以节约维护费用：

32.885 －4.96 ≈27.93 万元。

（3）年收益。全年收益85.76+27.93=113.69 万元。

5.2 投资及回报

本次改造设备材料费（离心机本体+电缆+水泵+控制柜+水箱）为96.98+9.8+9.5978+2.83+2.449=121.6568 万元，施工费为31.5 万元，一二期与三期压缩空气母管对接及辅材当月出库为43.0192 万元，总工程费用为201.7685 万元。项目准备时间3 个月、项目施工时间30 天、总施工人员20 人。ROI（投资回报率）113.69/201.7685×100%≈56.35%。约2 年即可收回全部改造费用，该技改投资回报率较好。

5.3 社会指标

技改完成后，提高了江阴市生活垃圾焚烧发电厂压缩空气系统的稳定性、节约了能耗、减少了噪音源，使压缩空气品质大幅提高。

5.4 离心机技改不足

本次离心压缩机选型为寿力压力技术（苏州）有限公司产品，在实际使用时发现，离心机正常运行压缩空气系统流量在80Nm³/min 时，电机电流已达到32A（额定电流30A），电机电流却超额定电流2A 运行，运行时，监控电机振动、线圈温度均在要求范围内。分析主要原因，应为设备电机选型偏小。

6 推广意见

建议在日处理2000 吨以上且压缩空气系统实际用气流量在80Nm³/min 以上的项目公司进行推广。