堵渣状态对压缩空气吹炸系统的影响分析

堵渣状态对压缩空气吹炸系统的影响分析

安琪

中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司，河北 秦皇岛 066000

摘要：随着中国新能源发电技术的迅猛发展，大规模新能源并网大势所趋。但新能源电站发电间歇性和波动性越来越突出，并入大电网时将严重影响电网安全和电能质量，且目前缺乏行之有效的解决方案。作为能有效缓解电网调峰压力技术之一的先进绝热压缩空气储能技术，因其大储能规模及高储能效率等显著优势，得到众多界业学者的关注，且近年来发展迅猛。

关键词：堵渣位置；堵渣程度；压缩空气；数值模拟

引言

压缩空气储能（CAES）系统被认为是最有发展前景的大规模电力储能技术之一，其可以很好地解决电力系统用电和发电的不匹配问题，同时也为可再生能源的大规模应用提供了保障。涡轮是压缩空气储能系统释能阶段的关键核心部件，其性能会直接影响储能系统效率，而涡轮的启动性能至关重要。压缩空气储能系统要及时对用电负荷的变化做出响应，这就意味着涡轮存在反复的启动和停机过程。而涡轮在启动过程中，涡轮的转速从零增长到一个稳定值时，涡轮运行在严重偏离设计工况的条件下，其内部流场表现出强的非稳态特性，会对叶片产生非稳定的气动力，引起叶片振动，此过程中对涡轮造成的损害很大。而为对用电负荷做出响应，在用电高峰期输出电能，在用电低谷期储存电能，涡轮机组会有频繁的启动过程，这种启动损害不断累积，会对涡轮的叶片造成较大的损害，从而降低涡轮寿命，影响涡轮的正常运行，导致启动故障的频繁发生，因此研究涡轮的启动过程至关重要。

1压缩空气系统

压缩空气中有三种主要污染物：固体颗粒、水和油。它们之间会相互影响（例如：固体颗粒会使水和油滴聚集成更大的颗粒，油和水会形成乳状物），且有时会在压缩空气系统的管道中沉淀和凝结（如：油蒸气或水蒸气）。压缩空气管路系统应根据空压站产出的压缩空气质量等级选择相应的或更高一级的管道，否则会导致管路系统的锈蚀、泄露等，进一步影响用气点压缩空气的品质，导致产品废品增加、用气设备故障等，压缩空气泄露会直接导致生产成本的增加。

2吹渣系统

热电气联产机组中，使用汽轮机排汽带动空气压缩机产生压缩空气供用户使用。因此，可从压缩空气供给管路中接出分路用于落渣管的吹渣。基于上述思路，设计了新型落渣管吹渣系统，其具有节约成本、简化系统以及安全运行的特点。在热电气联产机组中，锅炉加热给水产生的高温高压蒸汽带动汽轮机发电；汽轮机排汽的一部分直接通过供热管道提供给客户，另一部分带动空气压缩机产生压缩空气供用户使用。带有较高压力的压缩空气可作为吹渣过程的气源，因此从压缩空气供气母管引出一路接至高压储气罐。高温灰渣在落渣管内发生堵塞时，开启储气罐出口的电动球阀使压缩空气通入落渣管内。此时，关闭落渣管底部的电动闸阀，防止压力的损失以及对下游冷渣机的损伤。压缩空气产生强大的冲击可使堵塞的灰渣被吹走，进而落渣管得到疏通。基于热电气联产机组的压缩空气吹渣系统如图1所示。

图1基于热电气联产机组的压缩空气吹渣系统

3压缩空气管道对比分析

在铸造车间选用多为比较经济的热镀锌钢管，热镀锌钢管是先将钢管进行酸洗，再清洗，然后进行热浸镀，使熔融金属与铁基体反应而产生合金层，从而使钢管具有耐腐蚀能力。在实际应用中，热镀锌钢管作为压缩空气输送的管路系统，长时间使用也会生锈。近些年铝合金管道不断被企业所接受，应用越来越多。铝合金管道经过阳极氧化处理后内壁形成三氧化二铝致密保护层使管材具有优秀的抗碱、酸腐蚀能力，且管道内壁光滑，有利于降低气体输送的摩擦系数，减少压降，管道外壁采用特殊材料干粉喷涂，使得内外不被腐蚀，具有很强的耐酸和耐碱性；铝合金管道易安装，管路和接头无须另外处理可以立即安装，快速装配；价格高于热镀锌钢管，低于不锈钢管和铜管。不锈钢管道特性与铝合金管道相似，但价格昂贵。

4优化措施

4.1吹渣系统设计

在热电气联产机组中，锅炉燃烧产生蒸汽带动发电机发电，汽轮机排汽的一部分通过供热管道供用户使用，另一部分带动空气压缩机产生压缩空气供用户使用。带有较高压力的压缩空气可作为吹渣过程的起源，因此，从压缩空气供气母管引出一路接至高压储气罐。锅炉排渣在炉渣管内发生堵塞时，开启储气罐出口的电动球阀使压缩空气通入炉渣管内。此时，关闭落渣管底部的电动闸阀，防止压力的损失以及对下游冷渣机的损伤。压缩空气产生强大的冲击可使堵塞的灰渣被吹走，进而疏通炉渣管。完成后，关闭储气罐出口的电动球阀，使压缩空气再次充满高压储气罐，准备下一次的吹灰；打开落渣管底部的电动闸阀，灰渣顺利落入冷渣机进行冷却。

4.2操作关键细节

用两个吸收瓶进行吸收，吸收瓶底部进气上部出气，吸收2h后，暂时停止吸收进行一次四氯化碳溶液补充，要求操作必须迅速，并注意做好安全防护。同时给湿式气体流量计进行纯水补充。这个是保证气体流量稳定计数的关键，整个试验的过程中避免使用聚乙烯类的容器，尤其是四氯化碳溶液绝对不能用此类容器盛装。

4.3保证疏水通畅

将压缩空气系统中的液态水及时排出是保证净化后压缩空气露点温度合格的一项重要措施，具体措施有：①将储气罐底部排污阀改为电磁排水器，自动定时排放储气罐底部积水，同时在储气罐底部排污管路上加装伴热装置，防止冬季结冻，影响正常疏水；②将油水分离器、过滤器等浮球式排水器改为电磁排水器，定时排水；③在压缩空气系统低点增设自动疏水装置，及时排除沿管线逐渐凝结析出的液态水，保证终端用气点压缩空气的干燥度。

4.4仪器操作要求

严格按仪器操作要求操作，分析过程避免强电场、强磁场、空气温度、压力强烈变化。测定空白溶液、标准溶液及未知样品时，一定要注意比色皿的方向是一致的，同时还要保证每次测定时比色皿位置的一致性。为保证数据的稳定性要求，比色测定的第一次结果需要舍弃。一是避免仪器的电压波动影响；二是避免刚倒入比色皿容器中的溶液受气泡影响；三是避免各光谱特征扫描的不稳定性影响。

结束语

通过数值模拟的手段总结了堵渣位置及堵渣程度对压缩空气吹渣系统性能的影响规律，分析影响规律的形成机理，探讨了压缩空气吹渣系统适用性，所得结论如下：（1）随着堵塞位置的升高，最大吹渣压强逐渐下降。本文条件下，堵渣位置的差异可使最大吹渣压强降低约42.9%。（2）随着堵渣程度的增加，最大吹渣压强快速升高。100%堵渣程度下，最大吹渣压强为20%堵渣程度时的47.9倍。（3）低堵塞程度下，压缩空气吹渣作用很弱，因此压缩空气吹渣系统不适用于落渣管部分堵塞的情况。

参考文献

[1]刘睿超,优质本体着色玻璃与压缩空气站管网互通控制技术.浙江省,长兴旗滨玻璃有限公司,2020-04-25.

[2]许华,张华伦,潘莉,李大明,万屹.火电厂压缩空气后处理系统设计优化探讨[J].电力勘测设计,2019(12):17-22.

[3]陈华兰,周言高.某集装箱船的应急压缩空气系统分析[J].上海船舶运输科学研究所学报,2019,42(04):12-17.

[4]高敬博,王彬彬,夏清梁,高占斌,范金宇.相继增压柴油机切换延迟时间的试验分析[J].广州航海学院学报,2019,27(04):1-4.

[5]孔令成,张振生,张杰一.一种密封静态泄漏率测量装置设计及验证[J].机械研究与应用,2019,32(06):39-41.