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聂鹏飞 张宏宇 王洋 马杰 张金生 河北大唐国际王滩发电有限责任公司 高志 唐山学院 摘要：某电厂脱硫系统仪用压缩空气带水严重， 直接影响脱硫设备、仪表的运行和使用效果。分析其 主要原因为：压缩空气中液态水含量超标， 油水分离器和除油过滤器等疏水不畅，浮球式自动排水器堵 塞， 空气压缩机排气温度高， 干燥器运行操作设置不合理等。为此，采取了一系列改进措施：（1） 将储气 罐后置改为前置；（2）调整干燥器运行设置， 将干燥剂由活性氧化铝改为分子筛+活性氧化铝（混装）；（3）改善空气压缩机房通风条件；（4） 增加电子自动排水器等。改造后效果明显， 压缩空气露点温度由原 来的-3 ℃降至-35 ℃， 压缩空气中水分减少约93%。 0 引言 华北某海滨电厂2×600 MW 机组湿法脱硫系 统广泛使用气动控制阀等气动部件，终端用气点在 300 个以上，其压缩空气系统采用的是目前典型设 计的电厂压缩空气系统。脱硫装置自2006 年投运 以来， 一直深受仪用压缩空气带水问题的困扰，气 动控制阀电磁阀、气缸等部件故障频繁，尤其在冬 季-20 ℃左右的环境温度下，压缩空气冷凝水量大 大增加，压缩空气表管路及压缩空气主管道结冰现 象经常发生，气源时断时续，造成室外气动控制系 统基本陷于瘫痪状态，严重影响脱硫设备、仪表等 运行和使用效果。 1 压缩空气系统及设备简介 某电厂脱硫压缩空气系统设置2 台螺杆式微 油空压机， 冷却方式为空冷，1 用1 备， 工作压力 0.7 MPa，额定气量26 m3/min，用气量20 m3/min，每 台空气压缩机（空压机）对应1 套无热再生式干燥 吸附装置。其系统流程如图1 所示。空压机产出的 压缩空气首先经过油水分离器和油过滤器进行初 级气液分离，然后进入吸附式干燥器，再经尘过滤 器过滤后进入储气罐，最终进入各个用气点。 无热再生式干燥器是根据变压吸附的原理，利 用自热（无需外部热源）再生的方法对压缩空气进 行吸附干燥的除湿净化装置，设计参数如表1 所示。
该无热再生式干燥器的工艺流程如图2 所示。以A 塔干燥、B 塔再生为例：压缩空气通过进气阀 IA 进入吸附塔A，空气被干燥。干燥后的空气经止 回阀CA 到达出口，其中的一部分空气作为再生气 在到达出口前从气流中分出， 经再生气节流孔板 RV 的流量控制，减压到接近大气压，然后流入吸附 塔B。吸附塔B 内存有上半个周期吸附下来的水 分，再生气带走这些水分并经再生阀RB 和消声器 MF 排空。 1 个循环周期内， 每个吸附塔都经过3 个阶 段：吸附—再生—充压。进气阀和再生阀的动作程 序由逻辑控制器进行控制。吸附式干燥器的处理能 力与空气和吸附剂接触时间以及吸附剂的数量有 关，处理效果则随压缩空气的进气温度、湿度和空 气流速的增加而降低。
2 仪用压缩空气带水原因分析 2.1 压缩空气中液态水含量超标 空气被空压机压缩时， 部分空气中的气态水 会凝结为液态水。液态水的初级过滤主要靠油水 分离器和除油过滤器， 滤出的液态水通过设在过 滤器底部的浮球式自动排水器排出， 但压缩空气 中含有的油泥、尘垢等杂质会频繁堵塞排水器，使 滤出的液态水无法排出。干燥器只能清除压缩空 气中的气态水，不能清除已凝结的液态水［1］。大量 液态水进入干燥器吸附塔后会造成吸附恶化、露 点温度急剧上升，严重时导致吸附剂破裂成粉状， 继而堵塞后置粉尘过滤器， 从而不得不更换吸附 剂。更为严重的情况是吸附剂浸泡为浆状物后会 进入储气罐。压缩空气储气罐底部的手动排污阀 靠人工操作， 存在排污不及时情况， 且疏水效果 差，冬季易冻结，致使压缩空气中的水分不能及时 排除， 这就使得压缩空气中未除尽的液态水全部 进入系统终端用气点。 2.2 空压机排气温度高 （1）润滑油冷却系统不佳。风冷式空压机采用 板翅式油冷却器，压缩机产生的绝大部分热量由润 滑油带走，并在油冷却器中通过风扇强制对流的方 式传递给环境。如果发生缺油、冷却器堵塞等情况， 就会影响冷却效果，使空压机排气温度过高，超出 设计要求。空压机后冷却器采用自然吸风冷却，面 板常被打开，由于空压机进风方向的改变，后冷却 器经常失效。 （2）环境温度高。空压机安装在相对密闭的厂 房内， 经过油冷却器后的热空气通过风扇直接排 入周围环境， 但由于空压机的吸气口与排气口相 邻，导致部分热空气排出后即被重新吸入，致使压 缩空气的排气温度一直居高不下， 夏季最高可达 60 ℃。空压机排气温度高于设计值，致使干燥器的 除湿效果降低。此外，高温下压缩空气中的水分多 以气态水形式存在， 压缩空气在进入各用气点的 过程中逐渐散热，气态水冷凝结露，这样就将更多 的水分带入后续系统，冬季温差大时这一问题更为 突出。 2.3 干燥器运行不正常 （1）干燥剂在不良环境下运行，易失效。 （2）干燥器运行操作设置不合理。在进气含水 量比较高的情况下，吸附塔交换运行的周期设定时 间过长，干燥器再生时间不够，导致运行后期吸附 剂逐渐失去吸水能力。其次，再生气源阀门开度不 够，干燥器再生气量不足，使吸附剂再生不充分，因 而不能充分发挥吸附剂除水的功效。 3 改造方案及相关措施 衡量压缩空气带水多少最有效的指标是压缩 空气的露点，提高压缩空气质量即需尽量降低其露 点。改造前，某电厂对脱硫系统仪用压缩空气进行 了多点实地测量，得出露点温度大约在-3 ℃。根据 GB 4830—1984 《工业自动化仪表气源压力范围和 质量》规定，气源压力露点温度至少应比环境最低 温度低10 ℃［3］。因此，相对于某电厂冬季-20 ℃以 下的环境温度， 至少要使压缩空气露点温度从-3 ℃降至-30 ℃。 3.1 工艺流程的改进 本次对仪用压缩空气系统改造的重点是在压 缩空气进入干燥器之前去除其中的液态水，减轻油 水分离器等的负荷， 使干燥器充分起到干燥作用。一般，解决类似问题的方法是在干燥器前增加冷干 机或者将无热再生式干燥器改造成有热再生式干 燥器， 但这2 种方案均需对原系统进行较大改造， 费用较高，而且都会增加能耗以及相应的检修工作量，故未采用。 某电厂改造方案如图3 所示，首先改变压缩空 气流程，将压缩空气储气罐由后置变为前置，使压 缩空气先经过储气罐，得到初步降温、冷凝，分离部 分液态水分和油污，再通过油水分离器、除油过滤 器去除部分液态水和油污，最大限度地减少进入吸 附塔的液态水和油污量， 降低其后干燥设备的负 荷。冬季北方地区室内外温差为30～40 ℃，通过自 然冷却降温， 可使压缩空气中的水蒸气凝结成液 滴，达到减少液态水的目的。
3.2 吸附剂的选择 活性氧化铝、分子筛是常用的干燥吸附剂，它 们的共性是吸附空气中水分能力随着压缩空气相 对湿度的增高而上升，且吸附温度越低，吸附剂的 吸附能力越强［2］。分子筛在恶劣工况下仍有较强的 吸附能力，在较高的温度、较低的湿度情况下仍有 较好的吸水能力；活性氧化铝有很高的表面硬度和 抗压强度，而分子筛机械强度有限［4］。所以，改造方 案中同时采用这2 种吸附剂，以混装的方式置于吸 附式干燥器中。 3.3 其他措施 （1）排水设施的改进。在压缩空气储气罐底部 加装保温伴热装置， 为使已凝结析出的液态水彻 底排出， 将压缩空气储气罐底部的手动排污阀改 为电子排水器，自动排放油/水，减少进入过滤器 和干燥器的杂质和油污。同时，将油水分离器、除 油过滤器等的浮球式排水器改为电子排水器，定 时排水［5］。此外，在压缩空气系统增设自动疏水装 置，以便随时将系统中的液态水排出，保证压缩空 气的干燥度。 （2）干燥器运行操作调整。根据空气湿度的不 同，对干燥器的控制器进行调节，适当缩短吸附塔 的运行切换时间。一般在冬季将运行周期从20 min 改为10 min，其他季节保持不变；另外按照工艺要求,定期检查并按时更换吸附剂，及时检测吸附塔 压力变化，监测再生气量是否充足。 （3）空压机房通风改进。针对夏季环境温度过 高， 安装通风管路将空压机油冷却器风扇的排气 接到室外进行高点放空， 保证热空气不在系统中 循环［6］；并且经常吹扫油冷却器，以保证冷却器始终 具有良好的运行状况。空压机运行时盖上面板，防 止因改变空压机进风方向和流向而降低冷却效果。 4、效果评估 改造后的新系统投运后， 压缩空气的品质得 到了提高，露点温度实测为-35 ℃，很好地满足了 脱硫现场的使用要求， 并且吸附剂的使用寿命也 明显延长。改造前后压缩空气露点温度的对比如 表2 所示（其中储气罐前置时对吸附剂的采取方式 也进行了试验）。
为了更直观地对改造后压缩空气除水效果进 行评估，对除水量进行了详细计算,计算公式为 M=g×α×ν×t÷1 000 （1） 式中：M 为压缩空气中带水量，kg；g 为标准大气 压下饱和空气的含湿量， g/m3；α 为对应工作压力 下的校正系数；ν 为压缩空气产生量，m3/min；t 为 时间，min。 结合压缩空气露点温度换算图（ 见图4） 可 得［7］：某电厂脱硫系统压缩空气压力0.7 MPa 下， －3 ℃压缩空气露点对应大气压力露点为－23 ℃。 由大气压力露点/ 水分含量表查出－23 ℃时饱 和空气含水量为0.84 g/ m3 ［8］。则改造前每天的 压缩空气含水量M1 = 0.84 ×0.95 ×26 ×60 ×24 = 29.88 kg 。 而0.7 MPa 压力下－35 ℃压缩空气露点对应大 气压力露点－50 ℃，由大气压力露点/水分含量表查 出－50 ℃时饱和空气含水量为0.062 g/m3。则改造 后每天的压缩空气含水量M2 = 0.062×0.95×26×60× 24=2.21 kg。
由此可知， 改造后的压缩空气带水量每天可 减少27.67 kg， 也即压缩空气中水分减少约93%，效果非常明星。 5 结语 通过改变压缩空气流程，将压缩空气储气罐由 后置变为前置，利用北方地区冬季室内外的巨大温 差，使压缩空气在储气罐冷凝结露，减轻了其后干 燥分离设备的工作负荷。同时，辅以本文提及的其 他措施，得到了高品质的仪用压缩空气，保证了脱 硫系统气动控制设备的正常运行。本文改造方案对 北方地区电厂具有借鉴意义。 更多空分知识交流，请扫码进群： |
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