火电厂空压机系统智能控制的升级与应用

冯美荣，冯凯翔

（中电神头发电有限责任公司，山西朔州 036800）

0 引言

火电厂空压机系统是电厂机组稳定运行的重要组成系统，其主要作用如下：一是为气动自动化控制设备提供气源，二是为锅炉燃烧后灰分气力输送提供气源，三是为布袋除尘器清灰提供气源，四是提供压缩空气给检修、吹灰等用[1]。某电厂空压机站配置9台40.2 m3/min康普艾L250螺杆式空压机及对应的9台50 m3/min组合式干燥机，分4台仪用，5台输灰用，采用母管制。空压机共配置6个压缩空气储气罐，其中2个输灰气用储气罐、2个仪用气储气罐、1个布袋喷吹用气储气罐、1个杂用气储气罐。

1 空压机系统运行中存在的问题

1.1 系统能耗高且用气损失大

原有螺杆机属于容积式空压机，原理及设计水平落后，效率低，能耗高，而后处理设备组合式干燥机技术较为落后，再生耗气量大，达处理气量的5%，导致能耗额外增加，造成了能源损失。

1.2 智能化控制程度低且无运行参数监测

原系统不能实现压力带控制、顺序控制，多台空压机负载无法分配，虽给下游供气量较为充足，但加卸载频繁；无监控装置，需人工了解设备运转情况；无故障预警功能，增加了运行风险；用气端各参数监测仪表不完善，现有操作箱仪表存在一定的误差。

1.3 无法对空气成本及运行数据进行有效管理

原系统无法对用气成本进行分析，也没有报表数据展示，缺失了各参数的实时曲线，不能及时掌握空压站的运行状态。

2 空压机系统优化方案

为了解决空压机系统高能耗问题，必须对现有系统进行升级改造。在1号螺杆式仪用空压机及1号仪用组合式干燥机原有基础上进行升级改造，安装1台韩国进口离心式高效空压机及压缩热再生吸附式干燥机，并对动力电源、控制电源相应升级改造。

经过升级改造后的空压机系统主要实现了以下功能：一是新增智能控制与监测系统，可视频监控，实现无人值守；二是新增压缩空气能耗评估系统，实时评估监测现场空压站空气成本，并定期生成空气成本数据报表；三是实现Web、移动端App实时查看数据分析；四是优化连通管道，包括管道布局及直径；五是安装并完善各仪表，包括流量计、电量表、压力传感器、露点仪等。

2.1 新增智能控制和监控系统

新增的自控与监测系统如图1所示，主要包含空压机集中控制、视频监控装置，实现了空压站现场真正的无人值守，提高了空压机控制智能化程度，并完善了现场各参数监测、采集，提供对外输出数据接口及通信。空压机控制智能是通过智能控制及能耗分析系统将离心式与螺杆式空压机系统实现智能切换控制。

图1 空压机智能控制系统组成图

2.2 新增压缩空气能耗分析系统

通过读取智能控制与监测系统所采集的工况数据，包括管路压力、管路流量、运行电流、排气温度、含尘量、运行时间等，根据设定的算法进行分析，得出压缩空气成本及各参数实时曲线，从而直观反映空压机的运行状态，实现对空压站运行数据、统计记录的有效管理。

未改造的原有8台螺杆式空压机、8台组合式干燥机（包括干燥机电动入口门）控制及监测回路接入空压机集中控制系统，作为系统备用空压机，在用气量大（或小）、系统压力低（或高）时，通过对控制系统升级，实现自动启停。

3 系统安装与调试[1]

3.1 装置调试

新安装的离心式空压机及干燥机单体调试。当所有设备安装完毕后，启动1号离心式空压机并入系统，为了保证全厂压缩空气系统稳定运行，利用8台螺杆式空压机出口压力进行联锁，即设置好8台螺杆式空压机加、卸载压力，启动后利用卸载压力比1号仪用空压机出口压力低进行卸载并停运，1号仪用空压机有故障时其他空压机能及时加载，确保全厂压缩空气系统稳定运行。

所有空压机及干燥机接入集中控制系统后的远程控制试验合格，启停及状态显示正常，干燥机入口电动门开关正常，行程到位，各种数据传输试验正常。

3.2 联动调试

a）运行专业制定空压机集中控制联动调试预控措施，防止发生压缩空气系统拉垮事件。

b）1号仪用空压机（离心式）及1号仪用干燥机保持长期运行状态，不参与联动，8台螺杆式空压机可分别任意设置主机、备1～7、退出状态。联动投入或退出运行时，按照主机、备1～7优先顺序执行，退出状态不参与联动。

c）设置好系统上限压力、下限压力后，备用螺杆式空压机根据上限压力、下限压力联动启停，即空压机出口总管压力低于下限压力按联动次序启动1台空压机，超过加装延时后压力仍低于设定压力启动第二台空压机，依此类推。空压机出口总管压力高于上限压力按联动相反次序停止1台空压机，超过卸装延时后压力仍高于设定压力停止第2台空压机，依此类推。

d）设置好系统最小压力后，空压机出口总管压力低于最小压力，联动启动所有备用空压机。

3.3 调试过程中发现的问题及解决办法

调试过程中发现空压机及干燥机联动系统投入运行后，备用的干燥机电动入口门关闭，在空压机出口总管（干燥机出口门后）压力下降时，由于干燥机入口电动门关闭，螺杆式空压机出口压力维持原来压力并没有下降，导致备用空压机背压太高，不能正常启动。

为避免备用空压机启动背压过高，在投入空压机、干燥机联动前，开启2台干燥机电动入口门并启动对应干燥机，把这2台干燥机设置为联动退出状态，保持常运行状态。

4 空压机系统改造后的效益分析

空压机系统于2019年4月1日开始改造，4月15日完成，系统投入运行，改造前在满负荷工况时系统需运行8～9台空压机，前3年又4个月平均耗电率0.268 7%（2016年—2019年4月空压机用电4 633.866万kW·h，发电1 724 309万kW·h）；改造后系统实现智能控制和监控，实时进行空气能耗分析，成功完成了节能降耗的目标。

通过跟踪和统计2019年全年用电情况（如表1所示），发现2019年1—4月空压机未改造前用电380.686万kW·h，发电121 236.72万kW·h，平均耗电率0.314%；改造后5—12月用电640.213 3万kW·h，发电390 914.88万kW·h，平均耗电率0.163 77%，比改造前下降0.150 23%耗电率，比前3年又4个月平均耗电率0.268 7%下降0.104 93%，可节约厂用电410.19万kW·h，按0.332元/（kW·h）计算，可节约费用136.18万元，平均每月可节约电量51.274万kW·h，可节约费用17.02万元。

表1 2019年空压机用电情况表

5 结束语

机组新空压机系统可实现空压机的智能监控，减少运行维护成本，并完成对系统运行过程中工况数据的监控，进行在线能耗分析和数据呈现，大大降低了系统运行的厂用电率，达到月平均17.02万元的节能效益，具有推广应用价值。