火力发电厂气力输灰用压缩空气系统设计选型计算和探讨

火力发电厂气力输灰用压缩空气系统设计选型计算和探讨
摘要:气力输送系统的动力源来自压缩空气，压缩空气的能耗即是气力输送系统的能耗，压缩空气系统的选型设计是否得当直接决定着气力输送系统的经济性和稳定性。

文章提出火力电厂气力输灰用压缩空气系统设计的计算方法以及探讨其节能设计研究方向，供同行在设计和评介气力输送系统优劣中参考和讨论。

关键词:气力输送;压缩空气;系统设计
火力发电厂中气力除灰系统具有输送距离远,输送量大,系统所需供料设备少，能耗低等特点,成为国内乃至全世界燃煤电厂最广泛采用的一种干除灰方式。

气力输灰系统是采用经压缩并处理后的空气作为推动物料输送的动力源，压缩空气系统的能耗即使气力输送系统的能耗。

压缩空气系统的经济性和稳定性直接决定着气力输送系统的经济性和稳定性。

因此,在设计气力除灰系统时,首先要正确设计系统的耗气量,然后再经过合理的选型以及配管计算，为气力输灰系统提供压力、流速适当的压缩空气，为输送系统安全、可靠运行提供保障。

1 压缩空气耗气量计算方法
气力输送耗气量主要取决于气力输送系统输送时的平均灰气比，灰气比通常可以根据以下经验公式计算:
kg/kg公式（1-1）
式中为输送管道的当量长度，单位为m。

输送系统的额定汽耗量计算
以纯输送用气计算汽耗量，不含系统用仪用空气量。

kg/h 公式（1-2）
式中为气力输送系统出力t/h
换算成压缩空气系统出力通用单位：
m3/min公式（1-3）
式中为当地自由空气密度kg/m3，按下式计算：
kg/m3 公式（1-4）
式中：
——为标准状态下，温度为0ºC时空气比重=1.293kg/m3
B——为当地大气压（Pa）
——为当地标准大气压(Pa)
——为当地年平均温度ºC。

输送系统总汽耗量计算
考虑系统的漏风系数，以及后处理气量损失，系统的总汽耗量为：
m3/min公式（1-5）
式中：
——漏风系数，通常取1.1；
——因后处理气量损失而考虑的系数，可取1.12。

2 空压机功率计算方法
2.1 空压机轴功率计算
空压机工作过程实际是基本热力过程的多变过程，压缩1kg空气耗功为：kJ/kg 公式（2-1）
式中：
——压缩单位质量空气耗功（kJ/kg）
——空气的其他常数，=0.287（kJ/kg••K）
——空压机吸气温度，=273+(K)
——空压机排气压力，国内气力除灰系统空压机排气压力通常取0.75Mpa B——为当地大气压（Pa）
——气体压缩过程的多变指数，可由确定，其中为空压机排气温度，有较好的冷却系统时一般取313K；
由公式（2-1）可计算空压机的轴功率：
kW 公式（2-2）
式中除3600是将单位换算为kW。

2.2 空压机配套电机额定功率计算
由空压机轴功率可知空压机配套电机的额定功率为：
kW公式（2-3）
式中：
——空压机额定功率kW；
——电动机富裕系数电厂用空压机均大于50kW，富裕系数可取1.08；
——空压机机械效率取0.65；
——电动机效率，取0.95。

压缩空气管径计算方法
压缩空气管径计算可以用以下公式：
mm 公式（3-1）
式中——管道内某点的容积流量（m3/ min）;
——管道内某点的流速（m/ s）。

设计流速一般取10 m/ s
上式中，压缩空气管道内容积流量计算应考虑空压机排气温度的升高对气体容积的影响，其计算公式如下：
m3/ min公式（3-1）
式中符号同上。

输送系统储气罐容积计算
气力输送系统用压缩空气储气罐容积应大于或等于每套输送系统所有发送器同时发送时仓泵压力回升所需要的压缩空气容积。

储气罐的最小容积可按下式计算：
m3公式（4-1）
式中：
——储气罐容积（m3）；
——每套系统输送仓泵的总容积（m3），计算公式见下文；
——仓泵充满系数取0.75；
——干灰的堆积密度（kg/m3）；
——干灰的真实密度（kg/m3）；
——输送系统始端输送压力（Pa）：
其余符号与上述相同。

输送系统仓泵总容积，是指该储气罐提供给输送单元所有的仓泵容积之和，计算时可以每小时有80%灰按完成8次输送循环，有20%的灰按16次循环输送为依据计算，计算公式如下：
m3公式（4-2）
公式（4-2）中符号与上式相同。

空压机冷却水量计算
空压机冷却水一般各个设备厂会提供，在没有提供时，可按下式计算：
m3/h 公式（5-1）
式中：
——冷却器进口空气温度（ºC），按输送系统压力等级，可取153 ºC；
——冷却器出口空气温度（ºC），一般不大于40 ºC；
——空气比热，可按图5-1查得；
——冷却水进口温度，一般选工业水温30（ºC）；
——冷却水出口温度，一般选工业水回水温度37（ºC）；
图5-1
空压机的选型
火力发电厂气力输送系统多为一台炉一个单元，空压机选型应根据总耗气量，以及运行模式选择合适的空压机组合方式，火电厂输送系统的配套的空压出力一般有20~30m3/min、30~50m3/min、≥50m3/min几个等级，经调查，出力为30~50m3/min等级的空压机，单位出力造价最为经济，因此应尽量选择该等级的空压机。

实例计算
下面以某火力发电厂气力除灰系统原始数据为参数，对其配套压缩空气系统进行实际选型计算。

主要技术参数如下：
气力输灰系统出力：=70t/h 输送当量距离：= 400m
干灰堆积密度：= 750kg/m3 当地多年平均气温：= 21.6 ºC
干灰堆积密度：= 2200kg/m3压缩空气系统出口压力：=0.75MPa
当地多年平均气压：B= 101090 Pa
7.1 耗气量计算
将原始数据代入公式（1-1）~（1-5）可分别计算出：
=27.5 kg/kg、=1.198 kg/m3、=35.4 m3/min 、=43.6
根据上述空压机选型原则，每套输送系统可选一台45 m3/min的空压机，如两台机组两套输灰系统，可配三台45 m3/min的空压机，两运一备。

7.2 空压机功率计算
根据空压机排气温度和排气压力要求，可以计算气体压缩过程的多变指数
=1.03，将及其他参数代入公式（2-1）可计算的压缩单位质量空气耗功=-181.11 kJ/kg（负号表示耗功，在下式计算中直接去掉负号），再将已知和计算的参数代入公式公式（2-2）和公式（2-3）可分别计算出空压机（以=45 m3/min计算）轴功率和配套电机分别为：。