除灰系统耗气量计算(西北院)

除灰系统耗气量计算及空压机和干燥器的选型西北电力设计院许尚宏摘要：正压气力除灰中，压缩空气是输灰的动力，因此除灰系统耗气量计算，空压机的容量及台数的选择是除灰系统的安全经济和稳定运行的保证，根据工作实践的总结，提出气力除灰系统中压缩空气系统的配置方案，与同行共同探讨研究。关键词除灰系统耗气量计算空压机干燥器1.0概述：正压浓相气力除灰过程中，空压机是输灰的动力，是除灰系统的安全经济和稳定运行的保证。因此，在设计过程中必须确定运行方式、输送距离，当地气压和气温等条件，并根据《火力发电厂除灰设计规程》确定除灰系统出力来计算输灰系统的耗气量，选择空压机的容量及台数和相配套的干燥装置。2.0除灰系统耗气量计算2.1、设计依据2.1.1、除灰系统出力、输送距离、提升高度、当地气压及气温等条件。2.1.2、除灰系统运行方式（间断或连续运行，同时运行几套系统）2.1.3、分别设置输灰空压机和仪用空压机，还是合并选用空压机。2.1.4、除灰空压机供全厂用气，应由用气专业提出空气品质要求、用量及供气时间和地点等。2.2、除灰系统总耗气量计算2.2.1、在标准状态下，海拔高度为0m，温度为0℃，压力为1013hPa，输灰耗气量计算：j=njh60G1000（Nm3/min）公式（1-1）Q式中：Qj——标准状态下输灰耗气量（Nm3/min）。G——除灰系统出力（t/h），与运行方式（间断或连续）有关，根据每台锅炉排灰量按《除灰设计规程》计算。如果每台炉允许2套除灰系统同时运行，应以2G代入公式（1-1）内。hhj——在标准状态下，空气温度为0℃时，空气比重j=1.293kg/m3.n——灰气比（kg/kg），即1kg空气可输送多少kg灰，主要与灰的性质及输送距离有关。建议采用如下数值：当输送距离L≤300m时，n=25～30；当L在300～500m之间时，n=20～25；当L在500～800m之间-1-时，n=15～20；当L在800～1200m之间时，n=10～15。n取值偏低一点，对输灰耗气量有一定的裕度。如有厂家提供n值，应以厂家n值为依据进行复算。2.2.2、在标准状态下，温度为20℃时，空气比重计算：=Njjt273273（kg/m3）公式（1-2）式中：——在标准状态，空气温度为20℃时的空气比重；Njj——同公式（1-1）；t——假设温度为20℃，与空压机厂家样本在20℃时给出的设备流量相符合。∴=1.293×Nj293273=1.205kg/m32.2.3、推导空气温度为20℃时，输灰系统额定耗气量QN=nGNjh601000（m3/min）公式（1-3）将公式（1-2）=1.205kg/mNj3代入公式（1-3），经整理所得：QN=13.83nGh（m3/min）公式（1-4）该式即在标准状态下，温度为20℃时，除灰系统额定耗气量。在不同地区以该式为依据核算成当地输灰自由耗气量来选择空压机的容量。2.2.4、除灰系统额定总耗气量计算：a以输灰和仪用空气合并设计为前提，适宜中、小型发电厂除灰。Q=[Q+Q+QZNNYNfN+（Q+Q+QNYNfN）·K]×1.1（m3/min）公式（1-5）式中：Q——输灰系统额定总耗气量（mZN3/min）Q——输灰系统额定耗气量（mN3/min）见公式（1-4）QY——输灰系统仪用空气量（mN3/min），对2×135MW机组，建议QY=3.0（mN3/min），对2×300MW机组，建议QYN=6.0（m3/min），对2×6000MW机组，建议QYN=10（m3/min）。(备注：定州电厂为10m3/min，台山电厂为6m3/min，气量不够，又增加了一台。)QfN——灰库布袋过滤器反吹空气量（m/min）。当过滤面积F≤60㎡时，Q3fN=0.8～1.0m3/min，当F=60～100㎡时，QfN=1.0～1.2m/min，当F=100～150㎡时，Q3fN=1.2～1.5m3/min。K——再生干燥器中的再生耗气量占输灰系统总耗气量的百分数（%），对无热再生吸附式干燥器，K=12～16%，对微热再生吸附式干燥器，K=5～8%，对有热再生吸附式干燥器，K=4～6%，对组合式干燥器，K=3～5%。-2-b以单独输灰额定耗气量，适宜中、大型发电厂除灰。Q=1.1Q（mZNN3/min）公式（1-6）式中：Q——同公式（1-4），计算式同公式（1-4）Nc以单独设置仪用和反吹用气的耗气量：QuN=[Q+QYNfN+（Q+Q）·K]×1.1（mYNfN3/min）公式（1-7）Z式中：QuN——输灰仪用和反吹空气量（m/min）。式中其它符号见公式（1-5）。32.2.5、以不同地区除灰系统所需总耗气量：QZ=ZNjZNQ（m/min）公式（1-8）3式中：Q——本地区除灰系统所需总耗气量（m3/min）；ZZ——见公式（1-2），NjNj=1.205kg/m3。Z——本地区为20℃时自由空气比重（kg/m3），Z=Nj1013P=0.001189P公式（1-9）式中：P——本地区气温为20℃的气压（hPa）。在本地区工程中均附有当地年平均气压，可代入公式（1-9）中。温度对给定气压稍有影响，计算结果影响不大。1013——在标准状态下，海拔高度为0m，温度为0℃时，由1.0333kg/cm2气压转换成hPa的数值。将公式（1-9）Z代入公式（1-8）中，则得：ZZ=1.205PQZN001189.0=1013PQZN公式（1-10）Q该公式极为重要，应以QZZ为依据，选择空压机的容量和台数。3.0确定主辅机设备的台数及选型3.1、根据《火力发电厂除灰设计规程》第4.6.2条空压机房内，空气压缩机的台数宜为3～6台，对同一品质、压力的供气系统，空压机的型号不宜超过两种。第4.6.3条当运行的空气压缩机为1～2台时，应设1台备用；运行3台及以上时可设2台备用。第4．6.4条空气压缩机排气量（m3/min）应满足系统设计出力计算容量的110%；其出口压力不应小于系统计算阻力的120%。3.2、除灰系统额定总耗气量波动范围较大，或有时一台炉2套除灰系统运行时，宜选用2台运行1台备用。3.3、现有厂家生产的标准型和全性能（机组内置冷冻式干燥器）空压机，宜选用标准型空压机。3.4、当空压机作为输灰用空气时，可配带冷冻式干燥器，除去输灰空气中的部分水-3-份。个别电厂连冷冻式干燥器也不装，因气灰混合物温度始终不会低于空压机出口的空气温度，所以气灰混合物中空气不会出现凝结水。3.5、当空压机兼供仪用空气时，为保证空气品质，需配带吸附式再生干燥器，按其型式可分为四种：无热、微热和有热的三种再生式干燥器，如图表1所示表1吸附式干燥器经济技术分析比较无热再生式微热再生式有热再生式工作原理变压吸附/再生（PSA法）变压吸附/再生变温吸附/再生变温吸附/再生（TSA法）干燥程度（大气露点0℃）-40～-60-40～-80-40～-80经济处理气量（m3/min）0.3～2010～20010～200吸附塔相对尺寸11～1.51.5～2最低工作压力（bar）411再生气温度（℃）20～35150～250200～300循环（全）周期（h）5～20（min）2～812～24吸附剂种类铝胶、分子筛同左硅胶、铝胶加热设备无中大再生耗气量（7bar）12～16%6～8%4～6%综合耗能指标10.851.15价格比11.301.65能耗（kW·h）250×14%×0.9=31.5250×7%+18×50%=26.5250×5%+78.2×30%=36综合评价优点结构简单、一次性投资低综合了PSA和TSA二者的优点，避其弱点，属第三代吸附式干燥器。综合经济、技术再生气耗量小、工作周期长式型目项-4-缺点再生气耗量大，切换频繁指标好结构复杂、制造与使用成本高应用场合中小压、中高压中大型、低中压中大型、低压注：此表摘抄《除灰技术》2002年第2期超滤公司李大明等人著《吸附式干燥器的运行与选型》文章中的图表。另一型式为组合式再生干燥器，其内加装一套制冷装置，使压力露点更低，再生耗气量更少，约3～5%。目前电厂采用组合式再生干燥器逐渐增多。这四种再生式干燥器视具体情况和业主要求而定。3.6、空压机与干燥器，一般选用一对一单元式系统，其后接至空气母管，储气罐接自空气母管，分别供给各锅炉除灰用压缩空气。这种一对一单元式系统较简单，便于维修，故障少，易于控制。缺点是空压机与干燥装置不能相互切换。3.7、当选择干燥器的容量应与空压机容量相匹配。如：空压机容量Q=43.5m3/min，压力P=0.8MPa，空压机出口温度为40℃时，每小时排水量为17.035kg，当温升5℃时，每小时排水量为21.871kg，就多排4.84kg/h，增加干燥器的负荷，降低水分离效率，最终导致空气品质下降等恶果。所以，为保证空气品质，干燥器容量不得低于空压机容量，甚至还可选择向上一档的容量。3.8、储气罐容量的选择，根据《火力发电厂除灰设计规程》第4.6.8条“空气压缩机出口储气罐的容积应等于或大于仓泵压力回升阶段内所必需的容积。”对仓泵压力的回升时间尚无定论。一般以各中标厂家提供的储气罐容积要求为准依据配置储气罐。各气力除灰公司对储气罐容积要求不一样。一般，当运行空压机流量Q≤20m3/min时，储气罐容积V=7～10m3，当Q=20～40m3/min时，V=15～20m3，当Q=40～60m3/min时，V=22～30m3，仅供参考。4.0计算实例：对华电包头河西电厂2×600MW机组工程除灰系统空压机选择为例进行核算。4.1核算依据：4.1.1、本工程气象资料多年平均气压895.6hpa多年平均气温6.9℃主厂房零米海拔高度（黄海高程）：1026m4.1.2、输灰系统有关数据每台炉设2根输灰管道，直径￠219×8无缝钢管，不变径；输灰距离最远400m，升高25m。-5-4.1.3、除灰系统出力及运行方式本工程燃烧煤质较好，设计煤种较校核煤种差一点，所以按设计煤种为依据：灰份A=10.39%，每台炉排灰量G=26.34t/h,连续运行，除灰系统出力G=40t/h；间断运行则G=60t/h。系统裕量符合《火力发电厂除灰设计规程》第4.1.2条规定。灰气比（厂家提供）为40：1。arPhhh4.1.4、单独设置除灰空压机3台，Q=43.9m3/min，P=0.75MPa，N=250kW，其中2台运行，1台备用。除尘器内仪用空气由全厂仪用空压机供气。4.1.5、3台空压机配3台组合式干燥器，一对一单元布置。干燥器出口接空气母管，母管上接出2台V=10m3的储气罐分别供给2台炉除灰用的压缩空气。4.2按间断运行输灰系统总耗气量4.2.1、输灰系统额定耗气量：按公式（1-4）核算Qn=13.83nGh=13.834060=20.745m3/min4.2.2、输灰系统考虑10%备用量的额定耗气量：按公式（1-6）核算QZN=1.1Q=1.1×20.745=22.82m/minN34.2.3、本工程当地总耗气量：按公式（1-7）核算ZZ=1013ZNQ=10136.89582.22=25.81m/min3Q4.3分析总结：4.3.1、为了计算当地总耗气量，在推导空压机容量计算过程中列出10个计算公式，现只需要其中3个公式即可满足空压机选型要求，如上述计算所示。4.3.2、本工程选择3台空压机，其参数为Q=43.5m3/min，P=0.75MPa，N=250kW。按本工程灰气比为40计算输灰总耗气量Q=25.81m3/min。本工程选用空压机容量则为Q=43.5m3/min，是计算耗气量的1.685倍，备用量为68.5%.出现计算耗气量和空压机容量不匹配的关键问题是灰气比的选择.现汇总有关工程列表如下:华电包头河西电厂一期工程陕西府谷清水川电厂一期工程陕西国华锦界煤电工程机组容量（MW）2×6002×3004×600当地气压（hPa）895.6905.3910海拔高度（m）1126862.61153项较比据数称名厂电-6