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          大型空壓站蓄能器應(yīng)用研究探討

             【壓縮機(jī)網(wǎng)1 引言
           
            一個(gè)國家的氣動技術(shù)應(yīng)用水平與其科學(xué)技術(shù)發(fā)展和自動化應(yīng)用水平相適應(yīng)。隨著我國智能化生產(chǎn)飛速發(fā)展,大型/超大型空壓站(包括工業(yè)園集中供氣、空分/空壓兩空合一、熱電聯(lián)產(chǎn)超大型空壓站)以及EPC、BOT等服務(wù)型經(jīng)營模式普及推廣,蓄能器的應(yīng)用日益受到各方重視。
           
          大型空壓站蓄能器應(yīng)用研究探討
           
            2 蓄能器用途
           
            在壓縮空氣能系統(tǒng)中,運(yùn)用大型、中高壓儲氣容積和增壓設(shè)備,在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)和條件下,將系統(tǒng)內(nèi)外部能量轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s空氣能儲存起來,當(dāng)系統(tǒng)需要時(shí)又能定時(shí)定量釋放出去,重新補(bǔ)償供給系統(tǒng)。例如利用其巨大儲氣容積和壓力差,為壓縮空氣系統(tǒng)提供調(diào)峰,為備用機(jī)與運(yùn)行機(jī)切換以及為事故處理備用提供一定量的氣源儲備,以上3大用途在大型/超大型空壓站中顯得格外重要,如圖1。
           
          大型空壓站蓄能器應(yīng)用研究探討
           
            采用成熟技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品會大幅度降低蓄能器采購成本,利用電網(wǎng)差價(jià),離心機(jī)短期放空氣等,可有效降低蓄能器運(yùn)行成本。
           
            3 蓄能器規(guī)模估算原則
           
            目前壓縮空氣系統(tǒng)蓄能器規(guī)模的主要指標(biāo)是有效儲氣量(儲氣罐容積×壓力差)。
           
            3.1 調(diào)峰
           
            一般工業(yè)園用氣量均具有“三高三低”規(guī)律,(圖2、表1)除空壓機(jī)本身具有一定供氣量調(diào)節(jié)能力外,采用汽驅(qū)主供,電驅(qū)調(diào)峰,離心主供,螺桿調(diào)峰以及大小機(jī)組、多臺機(jī)組組合等配置方式,可有效削峰填谷。蓄能器則可作為補(bǔ)充,例如電驅(qū)空壓機(jī)可利用電網(wǎng)差價(jià)在晚上對貯能器充氣,白天高峰時(shí)釋放,熱電聯(lián)產(chǎn)空壓站由于采用了不易頻繁停機(jī)的大型汽輪機(jī)驅(qū)動離心空壓機(jī)組,可利用中餐、晚餐低谷時(shí)間段的排空氣(離心機(jī)由于喘振原因,氣量調(diào)節(jié)范圍為70%~100%,當(dāng)用氣量低于70%時(shí),需開啟排空放空多余氣體),開啟增壓機(jī)對蓄能器充氣,即從0.8MPa增壓至4.0MPa或22MPa。根據(jù)資料從0.8MPa吸入增壓至4.2MPa和22MPa比從大氣吸入增壓至同樣壓力,將節(jié)省能耗3/5和1/3左右(如空壓機(jī)排氣量Q=12Nm3/min吸入大氣直接壓縮至4.0MPa,需配置132kW電機(jī),而從0.8MPa吸入增壓至4.0MPa僅需55kW)。
           
          大型空壓站蓄能器應(yīng)用研究探討

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            3.2 備用機(jī)啟動
           
            一般電驅(qū)離心空壓機(jī)啟動需5~10min,汽驅(qū)分熱啟動和冷啟動,前者需10~30min,后者需1~3h。許多有重要客戶或重要用氣設(shè)備的空壓站為避免切換機(jī)時(shí)管網(wǎng)壓力發(fā)生波動影響使用,經(jīng)常開啟一臺離心機(jī)空轉(zhuǎn)以備用。采用蓄能器則可發(fā)揮穩(wěn)壓作用,填補(bǔ)切換機(jī)丟失的流量,相對于離心機(jī)空轉(zhuǎn)或排空往往能耗更低,甚至可減少一組空壓機(jī)的采購。
           
            3.3 事故備用
           
            工業(yè)園、特別是化工園以及有連續(xù)生產(chǎn)不能斷氣用戶的工業(yè)園,必須建立能應(yīng)付突然斷汽、斷電的儲備氣源,一般多以10min為限,用氣量基數(shù)可按空壓站z*大供氣量的50%~70%計(jì)算。
           
            4 蓄能器實(shí)施方案
           
            立式中壓罐按HG/T3153-1985(壓力容器設(shè)計(jì)手冊P617容器的容積表與質(zhì)量表),中壓球罐按GB/T17261-2011,高壓長管采用天然氣長管拖車專用型。
           
            以下計(jì)算依據(jù)來自2個(gè)具體案例:
           
            A工況:Q=2500m3/min,其中汽驅(qū)700m3×3臺,電驅(qū)200m3×2臺;
           
            B工況:Q=5000m3/min,其中汽驅(qū)1400m3×3臺,電驅(qū)200m3×4臺,供氣壓力p=0.8MPa,蓄能器壓力分為中壓4.0MPa和高壓20MPa。
           
            4.1 調(diào)峰,見表2
           
          大型空壓站蓄能器應(yīng)用研究探討
           
            按z*大供氣量的10%,累計(jì)供氣時(shí)間30min,管網(wǎng)z*低壓力0.5MPa,中壓立式儲氣罐:V=40/50m3,中壓球罐:V=120/200m3
           
            高壓長管:V=3.98m3
           
            A工況所需氣量:
           
            2500m3/min×10%×30min=7500m3
           
            B工況所需氣量:
           
            5000m3/min×10%×30min=15000m3
           
            中壓立式儲氣罐:(中壓方案一)
           
            A工況:
           
            40m3×(40-5)×6個(gè)=8400m3>7500m3
           
            B工況:
           
            50m3×(40-5)×9個(gè)=15750m3>15000m3
           
            中壓球罐:(中壓方案二)
           
            A工況:
           
            120m3×(40-5)×2個(gè)=8400m3>7500m3
           
            B工況:
           
            200m3×(40-5)×2個(gè)=14000m3≈15000m3
           
            高壓管:單管容積V=3.98m3
           
            A工況:
           
            3.98m3×(200-5)×10根=7761m3>7500m3
           
            B工況:
           
            3.98m3×(200-5)×20根=15522m3>15000m3
           
            4.2 切換
           
            按z*大機(jī)型700m3/1400m3,時(shí)間10min
           
            A工況所需氣量:700m3×10min=7000m3
           
            B工況所需氣量:1400m3×10min=14000m3
           
            需要儲氣量略小于調(diào)峰所需氣量,計(jì)算值同調(diào)峰,見4.1。
           
            4.3 事故備用
           
            按z*大供氣量的60%,供氣時(shí)間10min
           
            A工況所需氣量:
           
            2500m3×60%×10min=15000m3
           
            B工況所需氣量:
           
            5000m3×60%×10min=30000m3
           
            實(shí)際計(jì)算容量為調(diào)峰容量×2,見表3。
           
          大型空壓站蓄能器應(yīng)用研究探討
           
            從以上分析計(jì)算:調(diào)峰、切換、事故備用3項(xiàng)用途中事故備用所需氣量z*大,是前兩者的2倍左右。若采取分區(qū)或重點(diǎn)用戶現(xiàn)場設(shè)置事故備用氣源,或可大幅度減少空壓站內(nèi)事故備用氣容量。
           
            5 空壓機(jī)選型
           
            (1)中壓蓄能器系統(tǒng)采用PET充瓶無油增壓機(jī)A工況:進(jìn)氣0.8MPa,排氣4.2MPa,開機(jī)時(shí)間4h:
           
            排氣量Q=12m3/min×60min伊4h伊3臺=8640m3>7500m3
           
            B工況:排氣量Q=25m3/min×60min×4h×3臺=18000m3>15000m3
           
            (2)高壓機(jī)采用天然氣汽車加氣站用無油增壓機(jī),進(jìn)氣0.8MPa,排氣220MPa,排氣量760 Nm3/h,開機(jī)時(shí)間累計(jì)12h:
           
            A工況所需臺數(shù):
           
            15000m3/760m3×12 h=1.6臺,選2臺。
           
            B工況所需臺數(shù):
           
            30000m3/760m3×12h=3.2臺,選3臺。
           
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            6 結(jié)語
           
            蓄能器技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各種能源系統(tǒng),大型空壓站涉及多種能源的轉(zhuǎn)換和使用,但蓄能器技術(shù)和相關(guān)設(shè)備應(yīng)用甚少,亟需研究開發(fā)和應(yīng)用。
           
            本文僅提出一些觀點(diǎn)和簡單計(jì)算方法,以求引起設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、應(yīng)用各方的關(guān)注和重視。蓄能器理念深入壓縮空氣能系統(tǒng)不僅能協(xié)助解決系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和低能耗運(yùn)行,還能帶動儲氣、增壓、自動化控制等技術(shù)和裝備的市場發(fā)展。

          標(biāo)簽: 蓄能器應(yīng)用研究  

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