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摘要：目前火力发电厂压缩空气系统的设计主要有两种方式，即压缩空气系统统一布置方式和压缩空气系统分开布置方式。本文针对这2种设计方案，在设计选型、布置方式、以及经济性方面做了比较，并提出个人建议。
关键词：火力发电厂；压缩空气系统；设计；优化
Abstract: at present, the thermal power plant is the design of the compressed air system there are two main ways, namely the compressed air system unified arrangement and compressed air system separate arrangement. In this paper the two designs on design selection, decorate means, and compared the economic aspect, and puts forward personal advice.
Keywords: thermal power plant; Compressed air system; Design; optimization
中圖分类号：TM621文献标识码：A文章编号：
目前，随着火力发电厂机组单机容量的不断扩大和大量投产，气力除干灰系统得到了广泛的应用，压缩空气系统作为全厂压缩空气动力源，其建设规模也在不断扩大。因此，压缩空气系统的运行安全性、功能齐全性及经济节能性对火力发电厂的运行管理控制具有重要作用和意义。
1 火力发电厂各压缩空气用户对空气品质的要求
按照所需压缩空气品质的不同，火力发电厂压缩空气用户可以分为三大类：热工控制用气、全厂检修用气和物料输送用气。各种用气品质和用气时间各不相同，其中物料输送用气需要连续供应，其品质要求为：压力露点：-40ºC，含油量<1mg/Nm3，灰尘粒径<5um，压力：0.7MPa；热工控制用气要求连续供应，其供气品质要求为：压力露点：-40ºC，含油量<0.1mg/Nm3，灰尘粒径<1um，压力：0.6-0.7MPa；全厂检修用气相对前面两种用气是品质最低、要求最少的用气，只在全厂停机检修时供应，基本没有特殊要求。详细要求见表1-1。
按照全厂布置方式的不同，常见的压缩空气系统设计方案有以下两种：（1）压缩空气系统统一配置方式，即全厂共用一个空压机房，共用一套压缩空气系统，并根据不同用气品质及用气量的要求设置空气净化系统，全厂集中设计集中布置；（2）压缩空气系统分开配置方式，即按照专业需求，各个专业根据各自的用气品质和用气量单独设置压缩空气系统，按专业分散设计分散布置。压缩空气系统统一配置方案运行安全可靠，便于统一管理，更重要的是能够减少工程成本，因此该方案越来越受到电厂业主和广大设计同行的认可。
现以某燃煤电厂2×1000MW机组工程压缩空气系统的设计为例，分别对压缩空气系统统一配置与压缩空气系统分开配置方案进行技术经济性比较。
2 工程概况
本期工程建设2×1000MW空冷超超临界机组，同步建设烟气脱硫、脱硝设施。需要压缩空气的专业有机务、除灰、上煤、化学、脱硫、脱硝、热控等专业，可分为干灰输送用气、热控控制用气和热机检修用气三大类。各系统对压缩空气用气量和使用时间各不相同，详细要求见表2-1
2.1空压机设置方案
2.1.1压缩空气系统统一配置方案
在锅炉房固定端设置空压机房作为全厂配气中心，为机务、除灰、化学、脱硫、脱销等提供仪用气、检修气和气力输灰系统用气。在空压机房中，并联布置6台螺杆式空压机，6台空气净化设备。空压机4台运行、2台备用，其参数为Q=70m3/min，P=0.85MPa，组合式空气净化设备6台，其参数为Q=75m3/min，P=0.85MPa。在空压机房外，布置2台除灰储气罐，每台容积50m3，布置2台仪用储气罐，每台容积75m3。检修气从输灰用储气罐出口母管上接出。
2.1.2压缩空气系统分开配置方案
按照常规设计方案，机务与除灰专业所需空压机分开设置，方案介绍如下：
机务专业：火力发电厂设计技术规程规定，发电厂应设置热工控制用和检修用压缩空气系统，空气压缩机的台数宜为二台运行，二台备用，总容量应能满足热工控制用气设备的最大连续用气总量【1】。根据本期工程全厂所需的仪用、检修空气用量，应设置4台70m3/min、排气压力0.85MPa的空压机，2台运行，2台备用，相应设置4台75m3/min、排气压力0.8MPa的空气净化设备，2台运行，2台备用。
除灰专业：按照《火力发电厂除灰设计技术规程》要求，当空气压缩机运行3台及以上时，可设2台备用【2】。根据实际灰渣量，所需设置3台70m3/min，排气压力0.85MPa的空压机，2台运行，1台备用，相应设置3台75m3/min，排气压力0.85MPa的空气净化设备，2台运行，1台备用。
2.2经济性比较
如果压缩空气系统采用分开独立配置方式，除灰专业和热机专业分别设两处空压机房，各专业供气系统各行其道，独立成各自的系统，不单设备总量增多，备用设备台数也增多，另外各个设备位置的分散布置，将导致维护管理难度加大、系统调控性能变差、建筑面积增加等一系列问题；采用压缩空气系统全厂统一配置方式，不仅可以减少设备总数量，减少建筑面积，减少起吊设施，并且系统调控性能得到提高，备用机的互相备用可增加系统的可靠性，维护管理也更方便[3]。
压缩空气系统分开布置和统一布置两种配置方式进行经济性比较，压缩空气系统统一布置的配置方式经济性更好，详细比较情况见表2-2。
3 全厂压缩空气系统介绍及设备选型
3.1综述
压缩空气系统全厂统一布置时，可以提高设备利用率，减少备用设备数量，提高压缩空气供气的可靠性。缩小空压机与后处理设备所需的总占地面积，减少监控费用，同时也减少了维修费用。每台空压机的内部布置由智能控制器，具有操作简便、工作参数可随时调节、多台设备联合控制、故障快速诊断等功能。
3.2空压机设备的选型
传统的活塞式空压机噪音大，性能不好，产气压力不稳定，品质不良【4】，随着科技进步和价格下降，螺杆式空压机已经取代活塞式空压机广泛应用于各个火力发电厂工程。螺杆式空压机是具有螺旋状转子的容积式压缩机，能满足变工况下大容量、稳定气流的要求。螺杆压缩机的主要部件就是阴阳转子，随着它们依次向前推动，减小阴阳螺杆与机壳之间容积，进而将空气进行压缩。每一个螺杆主机都有固定的内压缩比，内压缩比主要与转子长度、节距以及排气口的形状有关系。当压缩比与所需的工作压力相适应时，压缩空气效率最高。小尺寸、大流量是螺杆压缩机在高转速下工作时所具有的优点【3】。根据以上所述，本工程压缩空气系统中的空压机选用螺杆式空压机。
3.3压缩空气后处理设备的选型
经过空压机压缩后排出的压缩空气含有许多如水滴或蒸汽，油滴或油雾以及灰尘等多余的物质，为满足不同用户用气品质要求，必须对空压机压缩后排出的压缩空气进行处理。空气后处理设备一般包括干燥设备和过滤器，为集成式模块化设计，并可以根据用户对空气品质的要求不同，作出相应的配置。压缩空气经过时，将油、水、灰尘等进行分离，处理后的空气即为符合要求的压缩空气。压缩空气系统运行的经济性和安全性与压缩空气后处理设备的性能有着直接的关系，因此有必要进行优化配置【3】。
综合了冷冻式干燥机和无热再生式干燥机的优势，空气后处理设备采用组合式空气干燥机，其优点主要有：能量消耗低、再生耗气量少、压力露点温度低且稳定、结构紧凑、自动化程度高、操作简便等【3】。
3.4储气罐的选型
为了储存压缩空气，消除由压力导致的波动，压缩空气系统需要设储气罐，并且都应该配有安全阀和排污阀。合理的储气罐设置可以提高整个压缩空气系统的安全性能，尤其是在极端情况下，对保证用气工艺的安全运行有着非常重要的作用。根据设计规程的规定【5】，本工程设置两个容量为75m3的仪用储气罐，在储气罐内压力下降到0.6MPa的过程中仍可以向仪用气用户持续供气5min。另外设置2个容积为50m3的储气罐，用来平稳输送干灰。
4 全厂压缩空气系统的控制与调节系统的选择
全厂压缩空气系统采用智能化控制，设中控单元，空压机群的控制采用节能型自动控制调节方式。每台空压机内部有智能控制器，只要输入系统所需压力及运行方式，不需要任何手动操作就可以实现自动运行。为了满足外部压缩空气要求，并且实行轮换制工作方式，中控单元会根据系统压力变化，经过优化计算后，自动启动不同的空压机，另外还可以与集控室进行通讯，提供系统运行状态及报警信号[3]。
5 结论
综上所述，运行全厂统一布置供气的方式集中供气的方式，可以减少设备备用数量、监控费用和维修费用，减少了设备故障点，减少了占地，维护费用及工作量相应较少，并且增加系统可靠性。因此方案一全厂压缩空气系统统一配置方案在电厂设计中优势更加明显，宜广泛推广。
参 考 文 献
大中型火力发电厂设计规范，GB 50660-2011
火力发电厂除灰设计规程，DL/T 5142-2002
张莲莺，华能巢湖电厂全厂压缩空气系统优化，电力建设，2010年4月：55-58
谭志模，两种空压机的使用比较，2007年7月
火力发电厂设计技术规程，DL 5000-2000
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：火力发电厂；压缩空气系统；设计；优化
Abstract: at present, the thermal power plant is the design of the compressed air system there are two main ways, namely the compressed air system unified arrangement and compressed air system separate arrangement. In this paper the two designs on design selection, decorate means, and compared the economic aspect, and puts forward personal advice.
Keywords: thermal power plant; Compressed air system; Design; optimization
中圖分类号：TM621文献标识码：A文章编号：
目前，随着火力发电厂机组单机容量的不断扩大和大量投产，气力除干灰系统得到了广泛的应用，压缩空气系统作为全厂压缩空气动力源，其建设规模也在不断扩大。因此，压缩空气系统的运行安全性、功能齐全性及经济节能性对火力发电厂的运行管理控制具有重要作用和意义。
1 火力发电厂各压缩空气用户对空气品质的要求
按照所需压缩空气品质的不同，火力发电厂压缩空气用户可以分为三大类：热工控制用气、全厂检修用气和物料输送用气。各种用气品质和用气时间各不相同，其中物料输送用气需要连续供应，其品质要求为：压力露点：-40ºC，含油量<1mg/Nm3，灰尘粒径<5um，压力：0.7MPa；热工控制用气要求连续供应，其供气品质要求为：压力露点：-40ºC，含油量<0.1mg/Nm3，灰尘粒径<1um，压力：0.6-0.7MPa；全厂检修用气相对前面两种用气是品质最低、要求最少的用气，只在全厂停机检修时供应，基本没有特殊要求。详细要求见表1-1。
按照全厂布置方式的不同，常见的压缩空气系统设计方案有以下两种：（1）压缩空气系统统一配置方式，即全厂共用一个空压机房，共用一套压缩空气系统，并根据不同用气品质及用气量的要求设置空气净化系统，全厂集中设计集中布置；（2）压缩空气系统分开配置方式，即按照专业需求，各个专业根据各自的用气品质和用气量单独设置压缩空气系统，按专业分散设计分散布置。压缩空气系统统一配置方案运行安全可靠，便于统一管理，更重要的是能够减少工程成本，因此该方案越来越受到电厂业主和广大设计同行的认可。
现以某燃煤电厂2×1000MW机组工程压缩空气系统的设计为例，分别对压缩空气系统统一配置与压缩空气系统分开配置方案进行技术经济性比较。
2 工程概况
本期工程建设2×1000MW空冷超超临界机组，同步建设烟气脱硫、脱硝设施。需要压缩空气的专业有机务、除灰、上煤、化学、脱硫、脱硝、热控等专业，可分为干灰输送用气、热控控制用气和热机检修用气三大类。各系统对压缩空气用气量和使用时间各不相同，详细要求见表2-1
2.1空压机设置方案
2.1.1压缩空气系统统一配置方案
在锅炉房固定端设置空压机房作为全厂配气中心，为机务、除灰、化学、脱硫、脱销等提供仪用气、检修气和气力输灰系统用气。在空压机房中，并联布置6台螺杆式空压机，6台空气净化设备。空压机4台运行、2台备用，其参数为Q=70m3/min，P=0.85MPa，组合式空气净化设备6台，其参数为Q=75m3/min，P=0.85MPa。在空压机房外，布置2台除灰储气罐，每台容积50m3，布置2台仪用储气罐，每台容积75m3。检修气从输灰用储气罐出口母管上接出。
2.1.2压缩空气系统分开配置方案
按照常规设计方案，机务与除灰专业所需空压机分开设置，方案介绍如下：
机务专业：火力发电厂设计技术规程规定，发电厂应设置热工控制用和检修用压缩空气系统，空气压缩机的台数宜为二台运行，二台备用，总容量应能满足热工控制用气设备的最大连续用气总量【1】。根据本期工程全厂所需的仪用、检修空气用量，应设置4台70m3/min、排气压力0.85MPa的空压机，2台运行，2台备用，相应设置4台75m3/min、排气压力0.8MPa的空气净化设备，2台运行，2台备用。
除灰专业：按照《火力发电厂除灰设计技术规程》要求，当空气压缩机运行3台及以上时，可设2台备用【2】。根据实际灰渣量，所需设置3台70m3/min，排气压力0.85MPa的空压机，2台运行，1台备用，相应设置3台75m3/min，排气压力0.85MPa的空气净化设备，2台运行，1台备用。
2.2经济性比较
如果压缩空气系统采用分开独立配置方式，除灰专业和热机专业分别设两处空压机房，各专业供气系统各行其道，独立成各自的系统，不单设备总量增多，备用设备台数也增多，另外各个设备位置的分散布置，将导致维护管理难度加大、系统调控性能变差、建筑面积增加等一系列问题；采用压缩空气系统全厂统一配置方式，不仅可以减少设备总数量，减少建筑面积，减少起吊设施，并且系统调控性能得到提高，备用机的互相备用可增加系统的可靠性，维护管理也更方便[3]。
压缩空气系统分开布置和统一布置两种配置方式进行经济性比较，压缩空气系统统一布置的配置方式经济性更好，详细比较情况见表2-2。
3 全厂压缩空气系统介绍及设备选型
3.1综述
压缩空气系统全厂统一布置时，可以提高设备利用率，减少备用设备数量，提高压缩空气供气的可靠性。缩小空压机与后处理设备所需的总占地面积，减少监控费用，同时也减少了维修费用。每台空压机的内部布置由智能控制器，具有操作简便、工作参数可随时调节、多台设备联合控制、故障快速诊断等功能。
3.2空压机设备的选型
传统的活塞式空压机噪音大，性能不好，产气压力不稳定，品质不良【4】，随着科技进步和价格下降，螺杆式空压机已经取代活塞式空压机广泛应用于各个火力发电厂工程。螺杆式空压机是具有螺旋状转子的容积式压缩机，能满足变工况下大容量、稳定气流的要求。螺杆压缩机的主要部件就是阴阳转子，随着它们依次向前推动，减小阴阳螺杆与机壳之间容积，进而将空气进行压缩。每一个螺杆主机都有固定的内压缩比，内压缩比主要与转子长度、节距以及排气口的形状有关系。当压缩比与所需的工作压力相适应时，压缩空气效率最高。小尺寸、大流量是螺杆压缩机在高转速下工作时所具有的优点【3】。根据以上所述，本工程压缩空气系统中的空压机选用螺杆式空压机。
3.3压缩空气后处理设备的选型
经过空压机压缩后排出的压缩空气含有许多如水滴或蒸汽，油滴或油雾以及灰尘等多余的物质，为满足不同用户用气品质要求，必须对空压机压缩后排出的压缩空气进行处理。空气后处理设备一般包括干燥设备和过滤器，为集成式模块化设计，并可以根据用户对空气品质的要求不同，作出相应的配置。压缩空气经过时，将油、水、灰尘等进行分离，处理后的空气即为符合要求的压缩空气。压缩空气系统运行的经济性和安全性与压缩空气后处理设备的性能有着直接的关系，因此有必要进行优化配置【3】。
综合了冷冻式干燥机和无热再生式干燥机的优势，空气后处理设备采用组合式空气干燥机，其优点主要有：能量消耗低、再生耗气量少、压力露点温度低且稳定、结构紧凑、自动化程度高、操作简便等【3】。
3.4储气罐的选型
为了储存压缩空气，消除由压力导致的波动，压缩空气系统需要设储气罐，并且都应该配有安全阀和排污阀。合理的储气罐设置可以提高整个压缩空气系统的安全性能，尤其是在极端情况下，对保证用气工艺的安全运行有着非常重要的作用。根据设计规程的规定【5】，本工程设置两个容量为75m3的仪用储气罐，在储气罐内压力下降到0.6MPa的过程中仍可以向仪用气用户持续供气5min。另外设置2个容积为50m3的储气罐，用来平稳输送干灰。
4 全厂压缩空气系统的控制与调节系统的选择
全厂压缩空气系统采用智能化控制，设中控单元，空压机群的控制采用节能型自动控制调节方式。每台空压机内部有智能控制器，只要输入系统所需压力及运行方式，不需要任何手动操作就可以实现自动运行。为了满足外部压缩空气要求，并且实行轮换制工作方式，中控单元会根据系统压力变化，经过优化计算后，自动启动不同的空压机，另外还可以与集控室进行通讯，提供系统运行状态及报警信号[3]。
5 结论
综上所述，运行全厂统一布置供气的方式集中供气的方式，可以减少设备备用数量、监控费用和维修费用，减少了设备故障点，减少了占地，维护费用及工作量相应较少，并且增加系统可靠性。因此方案一全厂压缩空气系统统一配置方案在电厂设计中优势更加明显，宜广泛推广。
参 考 文 献
大中型火力发电厂设计规范，GB 50660-2011
火力发电厂除灰设计规程，DL/T 5142-2002
张莲莺，华能巢湖电厂全厂压缩空气系统优化，电力建设，2010年4月：55-58
谭志模，两种空压机的使用比较，2007年7月
火力发电厂设计技术规程，DL 5000-2000
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。