空壓機在輪機和電機狀況剖析中運用

　　1汽輪機與電機拖動(dòng)現狀分析
　　電動(dòng)機現在已是生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的旋轉驅動(dòng)設備，它以工作運行平穩、啟?？刂坪?jiǎn)單、技術(shù)包含比重低、維修成本價(jià)格相對低廉等優(yōu)點(diǎn)覆蓋了各行各業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節；但大型電機（額定功率較大）在起動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)容量要求比較高，很容易影響(influence)周?chē)O備正常運行；其設備技術(shù)含量高、控制方式及調速方式復雜、維修成本及價(jià)格較高。
　　汽輪機(Turbine)目前已廣泛應用于電力、化工、石油、冶金、建材(Building materials)、環(huán)保、紡織、造紙等工業(yè)領(lǐng)域，并因性能優(yōu)越，節能效益好，結構(簡(jiǎn)單得到了廣泛好評。
　　2空氣(Basin air)壓縮機采用電機拖動(dòng)的初設及投資分析
　　空氣壓縮(compression)機是制氧機設備中的關(guān)鍵設備，又稱(chēng)原料壓縮機。由于40 000 m3/h制氧機所需220 000m 3/h的0. 45 M Pa 0. 5 M Pa的空氣量，所以空氣壓縮機的旋轉軸功率為18 500 kW.
　　首先在沒(méi)有工廠(chǎng)設計之前，筆者認為應當與空壓機生產(chǎn)廠(chǎng)家(factory)進(jìn)行技術(shù)交流，空壓機配套拖動(dòng)設備(shèbèi)如選用電機拖動(dòng)，額定電壓(Voltage)為10 kV，電機功率為19 800 kW；國內無(wú)法生產(chǎn)，只有采用進(jìn)口A(yíng)BB或西門(mén)子電機；電機的采購費用較高，交貨周期為18個(gè)月。
　　2. 1空壓機電機拖動(dòng)設計及分析(Analyse)
　　同等工藝條件下空壓機配套電機參數：電壓為10 kV；功率為19 800 kW；電流(Electron flow)為1 283 A；功率因數為0. 9.由于空壓機直接起動(dòng)時(shí)扭矩過(guò)大，起動(dòng)電流是額定電流的6倍，母線(xiàn)的壓降也很大（要求不能大于15% ），所以采用特殊的起動(dòng)方式：
　?。?1）采用變壓器-電動(dòng)機組起動(dòng)。昆山空壓機是回轉容積式壓縮機，在其中水或其它液體當作活塞來(lái)壓縮氣體，然后將氣體排出。
　　如采用這種起動(dòng)方式，則需新建一座3 25 MV
　　A、35 /10 kV變電所為3臺空壓機電機供電。3臺20 MW空壓機電機采用變壓器-電動(dòng)機組供電方式。
　　根據35 kV母線(xiàn)最小短路容量S m in= 632 MVA計算可得出實(shí)際起動(dòng)電流I q = 4 69
　　7. 446 A.
　　計算馬達起動(dòng)時(shí)間為：
　　電機起動(dòng)時(shí)間=
　?。?GD）2 N r2 / = 
　　8. 000 1 470. 000 2 / = 
　　2
　　1. 664計算得到35 kV母線(xiàn)壓降為12%，但35 kV變電站占地面積較大，而且35 kV母線(xiàn)壓降超過(guò)熱軋機組變頻（frequency conversion)器對電壓波動(dòng)的要求，將對其它在線(xiàn)機組變頻器運行產(chǎn)生影響，會(huì )造成變頻器跳停。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備?？諝鈮嚎s機與水泵構造類(lèi)似。大多數空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。
　?。?2）采用熱變電阻降壓起動(dòng)。昆山空壓機保養主要噪聲源是進(jìn)、排氣口，應選用適宜的進(jìn)排氣消聲器?？諌簷C進(jìn)氣噪聲的頻譜呈低頻特性，進(jìn)氣消聲器應選用抗性結構或以個(gè)、抗性為主的阻抗復合式結構?？諌簷C的排氣氣壓大，氣流速度高，應在空壓機排氣口使用小孔消聲器
　　如采用這種起動(dòng)方式，則需新建一座3 50 MV
　　A、35 /10 kV制氧變電所為3 40 000 m 3 /h制氧機供電，3路35 kV供電電源引自鋼東變。
　　根據35 kV母線(xiàn)最小短路容量S m in = 632 MVA計算出10 kV側最小短路容量為S min = 29
　　9. 4 MVA.
　　根據計算出的10 kV母線(xiàn)最小短路容量，又因熱變電阻(resistance)降壓起動(dòng)可以將電流(Electron flow)控制在2 4倍以?xún)?，滿(mǎn)足起動(dòng)要求；然而采用熱變電阻降壓起動(dòng)，本身占地面積較大，液阻隨溫度變化劇烈，導致起動(dòng)過(guò)程中電流、時(shí)間不好控制，不能恒定某一個(gè)值，相對危險性較大；對設備會(huì )產(chǎn)生不良的影響。
　?。?3）采用高壓變頻器起動(dòng)。昆山空壓機維修工作時(shí)，空氣經(jīng)過(guò)自潔式空氣過(guò)濾器被吸入，通過(guò)PLC自動(dòng)清洗過(guò)濾器，空氣在經(jīng)過(guò)進(jìn)口導葉自動(dòng)調節后進(jìn)入一級壓縮，經(jīng)一級壓縮后的氣體溫度較高，然后進(jìn)入中間冷卻器進(jìn)行冷卻(水走管內，氣走管外，中冷器的水流量要求為110m/h)之后進(jìn)入二級壓縮系統
　　根據10 kV母線(xiàn)最小短路容量可知滿(mǎn)足起動(dòng)條件，起動(dòng)平穩，對電網(wǎng)無(wú)沖擊；但投資（意義：是未來(lái)收益的累積）費用較高，國內沒(méi)有辦法生產(chǎn)，國外采購周期(cycle)很長(cháng)，會(huì )影響施工進(jìn)度及投產(chǎn)日期。
　　投資分析(Analyse)。綜合分析可知：保證上級變電站提前改擴建完成是制氧項目投產(chǎn)的前提，根據以上的計算分析，為避免影響系統內其他單位的供電，筆者建議采用高壓變頻起動(dòng)方式，但結合項目的投產(chǎn)日期，因而以上都不能滿(mǎn)足要求。
　　2. 2空壓機的運行成本分析
　?。?1） 3 40 000 m 3 /h制氧機(Oxygen making machine)組1臺空壓機年耗電量：
　　年平均運行功率： 19 800 kW 0. 9；平均電價(jià)(Electricity price)： 0. 4元/kWh；年運行小時(shí)： 350天24小時(shí)= 8 400小時(shí)；年電費： 19 800 kW 0. 9 8 400小時(shí)0. 4元/ kWh= 59 875 200元。
　?。?2）其中不含每次起動(dòng)時(shí)的電費和日常維護保養費用(expense)。
　　3空氣壓縮機采用汽輪機拖動(dòng)的初設及投資分析
　　鍋爐所產(chǎn)生的初次蒸汽，溫度高、壓力大，可以很好地利用到汽輪機上，利用汽輪機拖動(dòng)壓縮機做功。
　　針對此種情況，其可取代馬達來(lái)驅動(dòng)空壓機做功，以節省企業(yè)電能。根據以上空分配套壓縮機所需的重要參數，可選
　　4. 5 M Pa， 450 ， 19 800 kW的飽和蒸汽汽輪機，相當于替代（用一物質(zhì)代替另一物質(zhì)（多為強者取代弱者的地位))19 800 kW的電動(dòng)。利用汽輪機來(lái)拖動(dòng)空壓機這種形式，不但控制簡(jiǎn)單、成本低，并且運行能耗遠遠低于電動(dòng)機運行所耗的電能，為企業(yè)連續地創(chuàng )造經(jīng)濟效益。
　　3. 1空壓機汽輪機拖動(dòng)設計及分析
　　按同等工藝條件下配套為
　　4. 5 MPa， 450 ，19 800 kW的飽和（saturation）蒸汽汽輪機。為了滿(mǎn)足汽輪機所需要的70 t/h蒸汽量，綜合考慮（consider)后，需新建2臺220 t/h的鍋爐，建設周期較短，可在制氧項目投產(chǎn)前完成。
　　新建的鍋爐采用純燒煤氣的運行方式方法，煤氣由煉鐵高爐產(chǎn)出；這樣不但有效地利用了能源，而且還環(huán)境保護，使成本大大降低；其次根據地區發(fā)展的綜合考慮新建2臺220 t/h的鍋爐不但解決廠(chǎng)區、生活區供熱問(wèn)題，還可以取締、拆除小鍋爐以達到環(huán)保要求。
　　3. 2空壓機的運行成本分析
　?。?1） 3 40 000 m 3 /h制氧(Oxygen)1臺空壓機年耗蒸汽量：平均蒸汽價(jià)格： 64元/T；每小時(shí)用量： 64元/T 70 = 4 480元/小時(shí)；年運行小時(shí)： 350天24小時(shí)= 8 400小時(shí)；年消耗費用： 70 8 400小時(shí)64元/T= 37 632 000元。
　?。?2）不含日常（daily）維護保養費用(expense)。
　　4運行經(jīng)濟性、可靠性分析
　　蒸汽汽輪機的進(jìn)汽壓力一般為
　　4. 5 M Pa， 450 ，功率19 800 kW，排氣- 0. 09 M Pa，轉速4 550 r/m in，在布置方式上，將汽輪機的油站布置在汽機本體的下部，在其上方直接安裝汽機本體、調速器及水泵，占地面積小，安裝使用方便。機組的調速系統采用電-液調節方式，并使用美國ICS TC3000控制系統，通過(guò)調節汽輪機導葉開(kāi)度以達到調速目的。
　　電機拖動(dòng)壓縮機運行，由于壓縮機轉速(Rotating speed)較高，所以壓縮機與電機之間必須安裝(installation)變速箱連接才能滿(mǎn)足實(shí)際運行需要；如所示，電機拖動(dòng)負載起動(dòng)時(shí)為了達到額定轉速需要克服很大的負載轉矩，而這樣對電網(wǎng)造成的影響也很大。
　　而利用汽輪機取代電動(dòng)機拖動(dòng)負載，控制好汽輪機的高速調節閥可使轉速緩慢的增加(increase)，直到額定轉速，這樣起動(dòng)不但相對線(xiàn)性，轉速逐漸上升，克服的力矩相對較小，而且運行平穩可靠。昆山空壓機保養主要噪聲源是進(jìn)、排氣口，應選用適宜的進(jìn)排氣消聲器?？諌簷C進(jìn)氣噪聲的頻譜呈低頻特性，進(jìn)氣消聲器應選用抗性結構或以個(gè)、抗性為主的阻抗復合式結構?？諌簷C的排氣氣壓大，氣流速度高，應在空壓機排氣口使用小孔消聲器
　　5投資成本
　　本研究（research)選用馬達拖動(dòng)和配套高壓變頻裝置及變電站建設費用共計6 500萬(wàn)元（ 1臺）；選用上述汽輪機拖動(dòng)需一臺蒸汽汽輪機和輔助設備及鍋爐，共投資8 000萬(wàn)元左右。
　　6運行成本(cost)
　　若用電動(dòng)機(Motor)驅動(dòng)，按一年滿(mǎn)負荷運行8 400小時(shí)計算，每年需電費大約59 875 200元。而用上述蒸汽汽輪機(Turbine)機組(unit)驅動(dòng)，消耗的蒸汽成本(cost)需費用37 632 000元左右，相對電機驅動(dòng)，每年可節省成本為22 243 200元。
　　結合不同拖動(dòng)方式的綜合比較分析（如所示），雖然使用汽輪機拖動(dòng)要比使用變頻調速電動(dòng)(electric)機的投資（意義：是未來(lái)收益的累積）成本高，但運行成本遠遠低于后者；一年（運行8 400小時(shí)）為企業(yè)節約2 2
　　2
　　4. 32萬(wàn)元，投資汽輪機可很快收回成本。
　　7結語(yǔ)
　　在具備飽和（saturation）蒸汽的條件下，都可以利用蒸汽汽輪機，作為動(dòng)力源取代電機，避免直接排空或不合理的資源浪費。
　　隨著(zhù)化工(Chemical industry)煉油石油化工冶煉金屬輕工和紡織等工業(yè)的發(fā)展，以及節約能源的需要，工業(yè)汽輪機將得到更廣泛的應用。隨著(zhù)石油化工等生產(chǎn)流程系統向大型高效方向發(fā)展，工業(yè)汽輪機的蒸汽參數(parameter)和功率等級范圍也將相應地提高。為了更好地節約能源，合理利用品位較低的余熱，開(kāi)發(fā)(Development)利用蒸汽或其它工質(zhì)的小型工業(yè)汽輪機將會(huì )日益受到重視。