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火電廠空壓系統(tǒng)節(jié)能減排新思路、新技術(shù)
責(zé)任編輯：作者：admin人氣：1598 發(fā)表時(shí)間：2021-04-13
摘要：結(jié)合火電廠特點(diǎn)介紹目前空壓機(jī)及其后處理設(shè)備在節(jié)能減排方面的一些新動(dòng)態(tài)和新技術(shù)，尤其對(duì)具有低露點(diǎn)、低漂移、零排放以及自帶二級(jí)冷卻功能的第四代半壓縮熱干燥器做個(gè)詳細(xì)介紹。
關(guān)鍵詞：空壓機(jī)及其后處理、節(jié)能減排、四代半壓縮熱、新技術(shù)
引言：隨著火電廠規(guī)模越來(lái)越大，其壓縮空氣站裝機(jī)容量已從每分鐘數(shù)百立方逼近千立方；按氣質(zhì)要求可大致分為儀用氣、輸送氣和一般工廠用氣；根據(jù)地域和用途不同，目前在用的后處理設(shè)備多采用冷凍式、吸附式或冷凍+吸附組合式。近二十年來(lái)，空壓機(jī)已由活塞式過(guò)渡到螺桿式，近年來(lái)一些大型空壓站開(kāi)始采用離心機(jī)或離心主供/螺桿調(diào)峰組合式。目前在用各類壓縮機(jī)幾乎占用了全國(guó)發(fā)電量的10%，而與其配套的后處理設(shè)備能耗約占空壓機(jī)輸入功率的10%~20%，所以空壓系統(tǒng)節(jié)能減排日益受到關(guān)注。本文主要結(jié)合某廠特點(diǎn)介紹目前空壓機(jī)及其后處理設(shè)備在節(jié)能減排方面的一些新動(dòng)態(tài)和新技術(shù)，以供設(shè)計(jì)、采購(gòu)、運(yùn)行人員參考。
1、2012版壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)空壓機(jī)選型的條文及影響：
1.1原文：新《規(guī)范》規(guī)定：當(dāng)單臺(tái)壓縮機(jī)額定電機(jī)功率大于300KW時(shí)，不宜選用單級(jí)噴油螺桿壓縮機(jī)。
編制說(shuō)明：因?yàn)閱渭?jí)噴油螺桿壓縮機(jī)機(jī)組比功率比活塞壓縮機(jī)通常要高10%，比離心壓縮機(jī)要高15%，從節(jié)能角度考慮，當(dāng)單臺(tái)壓縮機(jī)額定電機(jī)功率大于300KW（相當(dāng)于1MPa、60m3/min螺桿壓縮機(jī)功率）時(shí)，不宜選用。
筆者認(rèn)為將螺桿與離心機(jī)劃線為60m3，主要因?yàn)殡x心機(jī)排氣量達(dá)60m3時(shí)，大多采用三級(jí)壓縮，使其更接近等溫壓縮，整機(jī)功率亦大幅下降。
1.2離心/螺桿組合工藝流程及說(shuō)明：
圖1采用低露點(diǎn)（≤-20℃）壓縮熱干燥器，與鼓風(fēng)外加熱的露點(diǎn)相同，兩個(gè)系統(tǒng)可互換。圖2壓縮熱干燥器采用傳統(tǒng)型，壓力露點(diǎn)小于等于-3℃，可滿足輸送和一般工廠用氣，部分氣體再串聯(lián)較小型的儀表用氣干燥器（低負(fù)荷）。螺桿系統(tǒng)通過(guò)兩個(gè)旁通分別與輸送用氣和一般工廠用氣聯(lián)通作為其補(bǔ)充。
2、2012版壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)于干燥器選型的條文：
2.1原文：“工作壓力小于10MPa、單臺(tái)處理氣量大于20m3/min或工作壓力大于等于10MPa、單臺(tái)處理氣量大于3m3/min的吸附式干燥裝置，宜采用加熱再生吸附式干燥裝置或壓縮熱再生吸附式干燥裝置”，“壓縮空氣濕度等級(jí)要求不低于5級(jí)時(shí)，應(yīng)選用冷凍式干燥裝置或壓縮熱再生吸附式干燥裝置”。
編制說(shuō)明：目前常見(jiàn)的壓縮空氣干燥裝置中，干燥裝置相當(dāng)于壓縮機(jī)耗能的比例，冷凍式約為3～5%，加熱再生吸附式約為8～10%，無(wú)熱再生吸附式、微熱再生吸附式約為18%，壓縮熱再生吸附式為1～2%。在一般情況下，為節(jié)約能耗，選型干燥裝置時(shí)，在滿足干燥要求的前提下應(yīng)盡可能選用能耗少的干燥裝置。
2.2目前市場(chǎng)上流行的第一代無(wú)熱、小微熱（短流程）、大微熱（長(zhǎng)流程）吸附式干燥器以及冷干+吸附（第一代無(wú)熱、微熱）由于大量消耗高品質(zhì)產(chǎn)品氣（10%~20%），將逐步退出市場(chǎng)，取而代之的是與螺桿機(jī)配套的鼓風(fēng)外加熱和與離心機(jī)配套的壓縮熱（余熱）干燥器以及它們的升級(jí)換代產(chǎn)品第三、四代零氣耗、低露點(diǎn)、多功能型。值得注意的是：
1）由于近十年離心機(jī)的技術(shù)進(jìn)步、品牌離心機(jī)排氣溫度已下行至90~110℃（原為120~150℃），在此溫度下的壓縮熱脫水干燥能力已不能達(dá)到其它吸附式干燥器壓力露點(diǎn)-20℃功能，因此該條文將其應(yīng)用納入冷干機(jī)類或介于冷干機(jī)與吸附式之間的干燥器產(chǎn)品。
2）干燥器節(jié)能減排、降低運(yùn)行費(fèi)用的核心技術(shù)是不用或少用產(chǎn)品氣，因?yàn)楫a(chǎn)品氣成本構(gòu)成中電價(jià)僅占4成左右，其余6成為固定資產(chǎn)折舊、水、油、汽、管理、人工成本等。
以排氣量為100m3為例，干燥器耗電占?jí)嚎s機(jī)輸入功率5%(550KW)計(jì)，耗氣5%，電價(jià)0.70元/kwh，氣耗0.16元/m3計(jì)：
則電費(fèi)：0.70×550KW×5%=19.25元/h，氣費(fèi)0.16×100m3×60min×5%=48元/h
在所謂相同“能耗”比例下，電費(fèi)占產(chǎn)品氣的成本比例為：19.25/48=0.4
按每年運(yùn)行300天，每天24h計(jì)：
氣費(fèi)比電費(fèi)多：（48-19.25）×300×24=20.7萬(wàn)元/年
3）壓縮熱干燥器的兩大先天性缺陷，使其不能邁入其它吸附式干燥器低露點(diǎn)行列，除非采用第三、四代改良型。
各種型式無(wú)油機(jī)不同排氣溫度下再生所能達(dá)到的產(chǎn)品氣露點(diǎn)，見(jiàn)下表，大致可歸納為再生氣溫度每提高10℃，產(chǎn)品氣露點(diǎn)可降低2~3℃。
凡有熱再生型必設(shè)吹冷程序，一般從塔平均溫度100℃降至50℃，需消耗5%以上產(chǎn)品氣，按加熱/吹冷2/2小時(shí)計(jì)，吹冷瞬時(shí)進(jìn)氣流量需8%~10%左右，至于樣本上所標(biāo)注的1%~2%等均不可信。此外中大型干燥器吸附熱導(dǎo)致進(jìn)排氣溫差達(dá)8~13℃，即吹冷氣本身已達(dá)50℃左右，即使加大吹冷氣量也無(wú)法吹冷至常溫，通常吹冷結(jié)束塔內(nèi)平均溫度仍可達(dá)70℃左右，需切換后用較低溫度的進(jìn)氣帶出熱量，同時(shí)排出的產(chǎn)品氣露點(diǎn)和自身溫度亦上升10~20℃，時(shí)間約需0.5~1小時(shí)，即行業(yè)中稱為的“露點(diǎn)漂移”。為了使壓縮熱型干燥器接近零氣耗、低露點(diǎn)和低漂移，行業(yè)中用了二十多年時(shí)間產(chǎn)生了第三代和第四代機(jī)，包括壓縮熱和鼓風(fēng)外加熱。
具有低露點(diǎn)、低漂移、零排放以及自帶二級(jí)冷卻功能的第四代半壓縮熱干燥器：
具有射流回收功能的零排放鼓風(fēng)外加熱干燥器：
3、對(duì)冷凍+吸附的重新定義：
冷干加吸附是干燥脫水裝置中的一種特例，但作為一種基本配置大面積推廣則是不可取的。畢竟它以兩倍的占地面積、兩倍的采購(gòu)成本、兩倍的壓差和幾乎兩倍的運(yùn)行費(fèi)用去完成原本可用一臺(tái)機(jī)完成的功能。真理往前走一步就變成謬論，但它的思路仍可借鑒，即空壓機(jī)排氣溫度在常溫時(shí)（25~45℃），冷卻除水是最經(jīng)濟(jì)適用的方法。
7bar下壓力露點(diǎn)（進(jìn)吸附塔溫度）對(duì)應(yīng)水份含量表：
|
PDP(7bar) |
DP（常壓） |
g/Nm3 |
PDP(7bar) |
DP(常壓) |
g/Nm3 |
|
20 |
-8.5 |
2.2 |
37 |
3.7 |
5.59 |
|
22 |
-7.1 |
2.5 |
38 |
4.4 |
5.89 |
|
24 |
-5.7 |
2.8 |
40 |
6.0 |
6.51 |
|
26 |
-4.3 |
3.1 |
42 |
7.5 |
7.19 |
|
28 |
-2.9 |
3.47 |
43 |
8.3 |
7.55 |
|
30 |
-1.5 |
3.87 |
44 |
9.0 |
7.93 |
|
32 |
-0.2 |
4.31 |
46 |
10.5 |
8.3 |
|
34 |
1.3 |
4.79 |
48 |
12.1 |
9.6 |
|
35 |
2.1 |
5.05 |
50 |
13.6 |
10.54 |
|
36 |
2.9 |
5.31 |
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從表中可看出，以30℃為基準(zhǔn)，當(dāng)氣溫增至35℃/38℃/43℃時(shí)，壓縮空氣中所攜帶的含水量將增加30%/50%/100%，因此，采用成熟工業(yè)冷水機(jī)組和水冷卻器，即可在原32℃的工業(yè)冷卻水和后冷卻器基礎(chǔ)上再降低氣體溫度5~8℃，即可將氣體中的含水量降低30~50%，此時(shí)對(duì)吸附式干燥器可做到一箭四雕：
1）降低進(jìn)氣溫度幾乎可達(dá)到同時(shí)1：1降低產(chǎn)品氣露點(diǎn)溫度；
2）降低水負(fù)荷30~50%，避免吸附塔提前穿透；
3）降下來(lái)的水負(fù)荷亦同時(shí)降低吸附熱，即同時(shí)降低了吹冷氣的起點(diǎn)溫度；
4）避免了過(guò)多吸附熱導(dǎo)致吸附劑溫度上升，相當(dāng)于降低了吸附劑有效吸附量（約
10~30%），確保了在整個(gè)吸附周期吸附劑不被水份穿透。
4、結(jié)束語(yǔ)：節(jié)能減排是國(guó)家大事，是空壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)、采購(gòu)、運(yùn)行的重要考量?jī)?nèi)容，吸附式干燥器應(yīng)最大限度的利用系統(tǒng)中的熱源和環(huán)境中的冷量，大膽采用新工藝、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、加速推進(jìn)空壓機(jī)站節(jié)能減排進(jìn)程、利國(guó)、利民、利己。目前在用和正在設(shè)計(jì)選型中的吸附式干燥器、高能耗的一代機(jī)占95%以上，節(jié)能減排源頭是設(shè)計(jì)選型，升級(jí)換代主體是制造商，客戶是直接受益者，供貨方不應(yīng)利用消費(fèi)者的幼稚和專業(yè)知識(shí)的缺乏去愚弄客戶，而應(yīng)培養(yǎng)促進(jìn)消費(fèi)者的成熟。限制無(wú)熱、淘汰微熱、發(fā)展有熱、推廣余熱。節(jié)能減排從我做起，從手下項(xiàng)目起步。三方協(xié)力爭(zhēng)取5~10年不僅制造規(guī)模接近國(guó)際同行，技術(shù)性能和節(jié)能減排技術(shù)也要達(dá)到國(guó)際水平。
