蘇利輝

（浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315722）

0 引言

空壓機(jī)長期連續(xù)地運(yùn)行過程中，把電能轉(zhuǎn)換機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能。在機(jī)械能轉(zhuǎn)換為風(fēng)能過程中，空氣受到強(qiáng)烈的高壓壓縮，使之溫度驟升，這屬于普通物理學(xué)機(jī)械能轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，機(jī)械螺桿的高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)也摩擦發(fā)熱，這些產(chǎn)生的高溫氣體由空壓機(jī)潤滑油的加入混合成油/氣蒸汽排出機(jī)體。這部分高溫氣流的熱量相當(dāng)于空壓機(jī)輸入功率的80%，溫度通常在 80℃（冬季）～100℃（夏秋季），需要一套循環(huán)冷卻系統(tǒng)降溫，才能滿足機(jī)器運(yùn)行的溫度要求。而常規(guī)的熱力發(fā)電廠在設(shè)計(jì)之初，均未考慮系統(tǒng)熱量的循環(huán)使用問題，不符合節(jié)能環(huán)保的要求。以下主要研究如何將空壓機(jī)這部分余熱回收利用。

1 技術(shù)分析

某發(fā)電廠空壓機(jī)為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的單級(jí)螺桿空壓機(jī)，型號(hào)為iHRS-COMP-250，由2根螺桿（陽螺桿和陰螺桿）嚙合進(jìn)行壓縮空氣。油氣混合物從主機(jī)排放到分離系統(tǒng)分離后，含油量只剩微量，冷卻油回到冷卻系統(tǒng)，而空氣經(jīng)過冷卻器和分離器后排出空壓機(jī)。冷卻系統(tǒng)由油池、冷卻器、溫控閥和過濾器等組成。當(dāng)空壓機(jī)工作時(shí)冷卻油加壓后流向各軸承?？諌簷C(jī)的具體工作原理和內(nèi)部換熱器技術(shù)參數(shù)分別如圖1和表1所示。

圖1 空壓機(jī)工作系統(tǒng)示意

2 熱回收系統(tǒng)改造

壓縮空氣系統(tǒng)的熱回收節(jié)能改造主要包括空壓機(jī)內(nèi)部改造、溫度控制系統(tǒng)改造和熱回收模塊改造。英格索蘭iHRS-COMP-250噴油螺桿式壓縮機(jī)（以下簡稱iHRS）智能熱回收系統(tǒng)見圖2。

表1 空壓機(jī)內(nèi)部換熱器技術(shù)參數(shù)

圖2 空壓機(jī)改造部分示意

2.1 空壓機(jī)內(nèi)部改造步驟

首先將進(jìn)出口蓋板固定在空壓機(jī)上，然后將油氣分離桶后的油管連接到進(jìn)出口蓋板內(nèi)側(cè)出油口，連接進(jìn)出口蓋板回油口到后部冷卻器之間的管路，并固定檢查。

然后安裝溫控閥至空壓機(jī)進(jìn)出接口蓋板之間的管路及接頭；安裝冷卻器至空壓機(jī)進(jìn)出接口蓋板之間的管路。

2.2 空壓機(jī)外部管道安裝步驟

將iHRS換熱器固定在合適的基礎(chǔ)上；安裝iHRS換熱器至空壓機(jī)進(jìn)出接口蓋板之間的管路及接頭；安裝冷卻水系統(tǒng)管道；熱回收裝置與空壓機(jī)距離不超過5 m。

3 應(yīng)用案例分析

3.1 空壓機(jī)余熱供廠區(qū)生活用水

某發(fā)電廠一期工程4×600 MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組工程所配套的西部生活區(qū)日常生活用水由生活水泵房提供，生活區(qū)熱水由生活水泵出口母管取水至1號(hào)機(jī)組生活水加熱器加熱后輸送至各用戶。一單元壓縮空氣系統(tǒng)配備4臺(tái)空壓機(jī)，冷卻水由閉式水提供。為提高生活水加熱系統(tǒng)效率，減少生活水加熱所需要的蒸汽量，有效利用空壓機(jī)換熱器的余熱，將生活水接入空壓機(jī)換熱器進(jìn)行加熱，提高生活水加熱器生活水的入口溫度，從而達(dá)到降低汽耗和有效利用空壓機(jī)余熱的目的。

將生活水母管取水接至空壓機(jī)換熱器入口，經(jīng)空壓機(jī)換熱器加熱后接至汽機(jī)房6.9 m生活水加熱器入口處，經(jīng)生活水加熱器送至各用戶。改造后系統(tǒng)如圖3所示。

單臺(tái)空壓機(jī)實(shí)際改造后，實(shí)測板式換熱器進(jìn)/出口生活水溫度分別為20℃和78℃，流量為1.63 t/h。

圖3 1號(hào)機(jī)汽機(jī)房生活水加熱系統(tǒng)改造工程管道布置平面

經(jīng)核算：換熱器傳遞的熱量為：

Q=cmΔt=4.18×1.63×1 000×（78-20）=395 177 kJ/h，標(biāo)煤發(fā)熱量為29 307.6 kJ/kg，折合標(biāo)煤13.5 kg/h，每月可節(jié)約標(biāo)煤 13.5×24×30=9 720 kg， 則每年可節(jié)約標(biāo)煤 9.72×12=116.64 t；標(biāo)煤單價(jià)650元/t，每年可節(jié)約費(fèi)用7.58萬元。

原加熱用生活水加熱蒸汽（輔組蒸汽0.9 MPa，270℃），其焓值約為2 964.8 kJ/kg，每年可節(jié)約蒸汽質(zhì)量約 395 177×24×30×12÷2 964.8≈1.15×106kg。

3.2 空壓機(jī)余熱供廠區(qū)暖通空調(diào)用熱水

某發(fā)電廠中央空調(diào)用冬季熱水水源為電加熱。根據(jù)空壓機(jī)冷卻利用原理，將回收空壓機(jī)余熱加熱空調(diào)暖通熱水，供空調(diào)采暖使用，來達(dá)到節(jié)省廠用電，節(jié)約成本的目的。

為確保冬夏兩季的換熱交換，保留原有冷卻器冷卻水源，確保夏冬兩季能夠自行切換。新增空壓機(jī)余熱供/回水閥門AA071，AA072，AA073，AA074，見圖 4。

中央空調(diào)投入空壓機(jī)余熱加熱模式前，使二單元A空壓機(jī)冷卻水由二單元中央空調(diào)暖通水系統(tǒng)供應(yīng)，倒換措施如下：

（1）確認(rèn)二單元A空壓機(jī)已停運(yùn)，否則將該空壓機(jī)倒換至其他空壓機(jī)運(yùn)行。

（2）關(guān)閉供二單元A空壓機(jī)的閉式水閥門及回水手動(dòng)門。

（3）開啟二單元中央空調(diào)暖通水系統(tǒng)供A空壓機(jī)冷卻水閥門及回水手動(dòng)門。

將二單元中央空調(diào)暖通水系統(tǒng)調(diào)整至空壓機(jī)余熱加熱方式，具體操作如下：

（1）開啟二單元中央空調(diào)暖通水系統(tǒng)供空壓機(jī)冷卻水閥門及回水手動(dòng)總門。

（2）維持單臺(tái)單元中央空調(diào)暖通水循環(huán)泵運(yùn)行。

（3）微開二單元A，B，C風(fēng)冷熱泵組入口、出口手動(dòng)門，調(diào)節(jié)二單元中央空調(diào)暖通水系統(tǒng)供A空壓機(jī)冷卻水閥門及回水壓力。

確認(rèn)二單元中央空調(diào)暖通水系統(tǒng)供A空壓機(jī)冷卻水供水壓力不低于0.4 MPa，供回/水壓差不低于0.06 MPa。

確認(rèn)二單元A空壓機(jī)具備啟動(dòng)條件，啟動(dòng)該空壓機(jī)運(yùn)行，加強(qiáng)對(duì)空壓機(jī)供/回水溫度、空壓機(jī)排氣溫度的監(jiān)視。

調(diào)節(jié)二單元A空壓機(jī)回水溫度不超45℃，具體操作如下：

（1）調(diào)節(jié)二單元A，B，C風(fēng)冷熱泵組入口、出口手動(dòng)門開度，改變空調(diào)循環(huán)水的冷卻量。

（2）適當(dāng)打開組合風(fēng)箱自然風(fēng)擋風(fēng)板，調(diào)節(jié)空調(diào)循環(huán)水溫度。

圖4 新增的空壓機(jī)余熱供/回水閥門示意

中央空調(diào)改造前，冬季制熱模式為一單元中央空調(diào)，需要啟動(dòng)3臺(tái)壓縮機(jī)，二單元中央空調(diào)需要啟動(dòng)2臺(tái)壓縮機(jī)；制熱模式的時(shí)間段為當(dāng)年的12月至次年的2月，制熱時(shí)間為90天左右。每臺(tái)壓縮機(jī)的制熱功率為137.9 kW。改造完成后壓縮機(jī)退出運(yùn)行，由空壓機(jī)對(duì)中央空調(diào)循環(huán)水進(jìn)行加熱。改造后節(jié)約用電量為 137.9×24×5×90 kWh=1 489 320 kWh，電費(fèi)按照 0.5元/kWh計(jì)算，1 489 320×0.5=74.5萬元。另外在改造前，每年中央空調(diào)制熱模式運(yùn)行期間，壓縮機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)需要花費(fèi)一定的費(fèi)用，比如氟利昂的補(bǔ)充及相關(guān)零配件的更換等，其中氟利昂需要300 kg，300×40元/kg=1.2萬元，相關(guān)零配件膨脹閥、過濾器等日常更換需要2萬元，制熱日常維護(hù)保養(yǎng)所花費(fèi)的人工費(fèi)約4萬元，1.2+2+4=7.2萬元。每年可節(jié)約費(fèi)用合計(jì)為74.5+7.2=81.7萬元。可見節(jié)能效果顯著。

4 結(jié)語及展望

通過空壓機(jī)余熱利用技術(shù)在熱力發(fā)電廠生活用熱水以及二單元中央空調(diào)暖通用水的應(yīng)用，證明熱力發(fā)電廠空壓機(jī)余熱利用技術(shù)是可行的。由于空壓機(jī)工作的特殊性，會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，將熱能應(yīng)用于其他需要加熱的系統(tǒng)中如氨站蒸發(fā)器水浴用熱水等，可減少系統(tǒng)能量浪費(fèi)，在空壓機(jī)余熱得以利用的同時(shí)也削減了原系統(tǒng)冷卻用水的水量，今后可做進(jìn)一步的冷卻水出力方面的節(jié)能研究工作。

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