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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
中图分类号：TF734.62+1文献标识码： A 文章编号：
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）中符號与上式相同。
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：
=162.7kW =264.2kW
7.3 空压机管径计算
由7.1中的空压机组合，空压机出口母管中容积流量为2台空压机排气流量之和，即公式（3-2）代入数据如下
==12.86 m3/ min
将上式结果代入公式（3-1）计算的母管直径D=0.164m，由此可选DN175的标准管道。以此方法可计算其它支管管径，在此不在计算。
7.4 储气罐容积计算
气力输送系统始端输送压力一般由设备厂提供，如果没有资料时，可按0.35MPa计算，由公式（4-2）计算输送系统仓泵总容积为：
=14.0m3
将上式结果代入公式（4-1）的每套系统最小应配储气罐容积为：
=6.92 m3
7.5 空压机冷却水量计算
由图5-1 差得=1.003，将参数代入公式（5-1）得每台空压机冷却水量为：
=52.4 m3/h
系统节能探讨
在国家大力提倡节能减排的背景下，作为设计工作者应从设计出发，尽量优化系统，使系统更加节能环保。
由于压缩空气为气力输灰系统的动力源，因此压缩空气系统能耗即反应了输送系统的能耗。由工程热力学中我们得知，等温压缩的过程耗功最少，绝热压缩耗功最大，但实际压缩过程中，不可能做得到绝对的等温压缩，实际压缩过程即使介于绝热压缩和等温压缩之间的多变过程，因此，尽量改善压缩过程的冷却条件是降低空压机能耗的一个重要手段。另外，从系统设计方面，由公式（2-1）我们得知，空压机排气压力对压缩功耗影响很大，经计算对比，40m4/min的空压机，如果排气温度由0.75MPa降低至0.70MPa，空压机功率可降低38kW左右，因此在满足输送要求时，应尽量降低空压机排气压力。事实上，输送系统输送压力仅需要0.3~0.5MPa即可满足要求，但在现有市场上，刚好满足该压力的空壓机没有市场化，如果用户要求，则需要定做，但定做设备这对日常维护又不利。传统的火力发电厂气力输灰系统的空压机排气压力一般选为0.75MPa，其主要是因为输送用气与仪表用气共用气源，而仪表用气压力较高的缘故。因此在以后设计用，在输送用气量比较大时，应与仪用气源分开，输送用气可选择排气压力为0.7MPa且比较较市场化空压机，这可很大程度上节约能源。
结束语
通过本文的论述，让同行们可以比较准确的根据计算气力输送的的能耗以及比较合理地选配空压机组合，尽可能地优惠系统，避免设计不当，导致系统出力不足或过大导致能源浪费。
本文也提出了一些系统节能的研究方向共读者参考，有待广大读者进行更深入的研究，为社会做出更大贡献。
参考文献
1．曾丹玲、敖越、朱克雄、李清荣合编工程热力学（第二版）高等教育出版社1986 5
2．火力发电厂除灰设计规程 中国电力出版社2002
关键词:气力输送;压缩空气;系统设计
中图分类号：TF734.62+1文献标识码： A 文章编号：
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）中符號与上式相同。
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：
=162.7kW =264.2kW
7.3 空压机管径计算
由7.1中的空压机组合，空压机出口母管中容积流量为2台空压机排气流量之和，即公式（3-2）代入数据如下
==12.86 m3/ min
将上式结果代入公式（3-1）计算的母管直径D=0.164m，由此可选DN175的标准管道。以此方法可计算其它支管管径，在此不在计算。
7.4 储气罐容积计算
气力输送系统始端输送压力一般由设备厂提供，如果没有资料时，可按0.35MPa计算，由公式（4-2）计算输送系统仓泵总容积为：
=14.0m3
将上式结果代入公式（4-1）的每套系统最小应配储气罐容积为：
=6.92 m3
7.5 空压机冷却水量计算
由图5-1 差得=1.003，将参数代入公式（5-1）得每台空压机冷却水量为：
=52.4 m3/h
系统节能探讨
在国家大力提倡节能减排的背景下，作为设计工作者应从设计出发，尽量优化系统，使系统更加节能环保。
由于压缩空气为气力输灰系统的动力源，因此压缩空气系统能耗即反应了输送系统的能耗。由工程热力学中我们得知，等温压缩的过程耗功最少，绝热压缩耗功最大，但实际压缩过程中，不可能做得到绝对的等温压缩，实际压缩过程即使介于绝热压缩和等温压缩之间的多变过程，因此，尽量改善压缩过程的冷却条件是降低空压机能耗的一个重要手段。另外，从系统设计方面，由公式（2-1）我们得知，空压机排气压力对压缩功耗影响很大，经计算对比，40m4/min的空压机，如果排气温度由0.75MPa降低至0.70MPa，空压机功率可降低38kW左右，因此在满足输送要求时，应尽量降低空压机排气压力。事实上，输送系统输送压力仅需要0.3~0.5MPa即可满足要求，但在现有市场上，刚好满足该压力的空壓机没有市场化，如果用户要求，则需要定做，但定做设备这对日常维护又不利。传统的火力发电厂气力输灰系统的空压机排气压力一般选为0.75MPa，其主要是因为输送用气与仪表用气共用气源，而仪表用气压力较高的缘故。因此在以后设计用，在输送用气量比较大时，应与仪用气源分开，输送用气可选择排气压力为0.7MPa且比较较市场化空压机，这可很大程度上节约能源。
结束语
通过本文的论述，让同行们可以比较准确的根据计算气力输送的的能耗以及比较合理地选配空压机组合，尽可能地优惠系统，避免设计不当，导致系统出力不足或过大导致能源浪费。
本文也提出了一些系统节能的研究方向共读者参考，有待广大读者进行更深入的研究，为社会做出更大贡献。
参考文献
1．曾丹玲、敖越、朱克雄、李清荣合编工程热力学（第二版）高等教育出版社1986 5
2．火力发电厂除灰设计规程 中国电力出版社2002