摘 要：通過對(duì)神堂嘴電站瓦斯發(fā)電機(jī)組散熱器進(jìn)行改造，降低了卡特彼勒和顏巴赫瓦斯發(fā)電機(jī)組缸套水溫度，提高了瓦斯發(fā)電機(jī)組夏季帶負(fù)荷能力，減少了溫室氣體排放，提高了發(fā)電量，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益明顯。

關(guān)鍵詞：缸套水；散熱器；溫室氣體；節(jié)能減排；CDM

前言

陽泉礦區(qū)的煤層氣含量極為豐富，全礦區(qū)煤層氣資源總面積2668km2，煤層氣資源量6448億立方米。煤層最大含氣量為21.7m3/t（煤），平均17.2m3/t（煤）。在煤炭生產(chǎn)過程中有大量煤層氣涌出，最大涌出量達(dá)781.36m3/min。為實(shí)施煤層氣減排，保護(hù)大氣環(huán)境、創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益，陽煤集團(tuán)充分利用瓦斯進(jìn)行發(fā)電，建有神堂嘴瓦斯、貴石溝瓦斯、虎尾溝瓦斯發(fā)電站三座，有效利用減少了溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。

1 改造原因

神堂嘴電站一期工程裝機(jī)4×3000kW進(jìn)口高濃瓦斯發(fā)電機(jī)組，2006年投產(chǎn)發(fā)電，二期工程裝機(jī)4×4000kW進(jìn)口高濃瓦斯發(fā)電機(jī)組，2011年投產(chǎn)發(fā)電。在實(shí)際運(yùn)行中，夏季由于環(huán)境溫度偏高，機(jī)組缸套水出口溫度達(dá)到95℃，高于機(jī)組設(shè)定的額定溫度90℃，機(jī)組自控系統(tǒng)自動(dòng)降載運(yùn)行，造成了發(fā)電機(jī)組降載運(yùn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)夏季溫度高，機(jī)組最多帶載50%，同時(shí)瓦斯進(jìn)氣量減少，大量瓦斯氣資源得不到充分利用，只能排空，嚴(yán)重影響公司各項(xiàng)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)的完成和集團(tuán)公司CDM經(jīng)濟(jì)收入。

2 改造方案

為了降低缸套水溫度，提高發(fā)電機(jī)負(fù)荷率，需要對(duì)發(fā)電機(jī)組現(xiàn)有的散熱冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，利用原有建筑和機(jī)組附帶板式換熱器，配合現(xiàn)有的散熱水箱帶走過量余熱，要求冷卻塔設(shè)計(jì)按帶走8臺(tái)機(jī)組多余熱量考慮。

2.1 改造制冷量的確定

通過對(duì)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的研究分析發(fā)現(xiàn)，夏季環(huán)境溫度偏高導(dǎo)致機(jī)組降載運(yùn)行的直接原因是其缸套水與中冷水與外界環(huán)境的熱交換不充分，現(xiàn)有強(qiáng)制風(fēng)冷式冷卻系統(tǒng)無法滿足機(jī)組內(nèi)部的散熱需求。

在正常設(shè)計(jì)條件下機(jī)組要求缸套水的回水溫度為78℃，在機(jī)組內(nèi)部完成熱交換溫度升高至94℃后進(jìn)入風(fēng)冷式強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)進(jìn)行熱交換，重新冷卻至78℃，往復(fù)工作。同樣中冷水的設(shè)計(jì)回水溫度為48℃，在機(jī)組內(nèi)部完成熱交換溫度升高至53℃后進(jìn)入風(fēng)冷式強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)，冷卻后回到機(jī)組往復(fù)工作。

而實(shí)際運(yùn)行過程中，由于夏季外界環(huán)境溫度偏高，強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)的散熱能力受到嚴(yán)重阻礙，導(dǎo)致缸套水回水溫度高達(dá)83℃，而中冷水回水溫度達(dá)到56℃，不但沒有起到冷卻作用，反而存在小幅度溫升的情況，由此導(dǎo)致液體在機(jī)組內(nèi)循環(huán)利用時(shí)溫度逐步升高，直至影響機(jī)組無法滿載運(yùn)行。

利用原有建筑和機(jī)組附帶換熱設(shè)備（板換），配合現(xiàn)有的散熱水箱帶走過量余熱，冷卻塔設(shè)計(jì)按帶走6臺(tái)機(jī)組多余熱量考慮。按照冷卻塔能配合散熱水箱使缸套水降溫5℃計(jì)算，需要的散熱能力計(jì)算見表下表。

計(jì)算公式為：散熱量=流量×密度×比熱×溫差（計(jì)算單位均折算為國(guó)際單位）。

熱量合計(jì)為3×（411+629）=3120kW，裕量按滿足溫差8℃考慮，合計(jì)為3120/5×8=4992kW。

散熱量計(jì)算表

2.2 改造方案

目前一期安裝板換3臺(tái)，換熱能力為1700kW/臺(tái)，二期安裝板換4臺(tái)，換熱能力1650kW/臺(tái)，一期再安裝同型號(hào)板換1臺(tái)，既可以在冬季采暖時(shí)從機(jī)組交換更多余熱，又可以在夏季降溫時(shí)保證設(shè)備的備用率。按照夏季降溫使用時(shí)的設(shè)計(jì)規(guī)模，擬增加3臺(tái)KBLH閉式冷卻塔，進(jìn)出水溫差5℃，單臺(tái)冷卻水量300m3/h，換熱量約為1744kW。3臺(tái)循環(huán)水泵（兩用一備），單臺(tái)流量174m3/h，揚(yáng)程38米，電機(jī)功率30kW，1座循環(huán)水補(bǔ)水箱，以降低缸套水溫度，保證發(fā)電機(jī)組在額度負(fù)荷下正常工作。

循環(huán)水補(bǔ)水由現(xiàn)有軟化水系統(tǒng)補(bǔ)給。冷卻塔補(bǔ)水由現(xiàn)有生產(chǎn)供水系統(tǒng)補(bǔ)給。

冷卻塔技術(shù)參數(shù)：冷卻水量300m3/h，換熱量1744kW。風(fēng)機(jī)功率4kW×4，噴淋水泵功率4kW×1，進(jìn)出口徑200mm，最大工作溫度120℃。

循環(huán)水泵技術(shù)參數(shù)及臺(tái)數(shù)：3臺(tái)；流量174m3/h，揚(yáng)程38米，電機(jī)功率30kW。循環(huán)水泵需考慮備用和變頻。

2.3 設(shè)備布置

新增板換布置在廠房?jī)?nèi)二層平臺(tái)5米層的預(yù)留位置。閉式冷卻塔和循環(huán)水補(bǔ)水箱布置在主廠房原余熱鍋爐5米平臺(tái)上，利用原有的余熱鍋爐基礎(chǔ)。冷卻塔運(yùn)行重量約10t，原設(shè)計(jì)余熱鍋爐基礎(chǔ)可承重60-70t。

循環(huán)水泵由于需做設(shè)備基礎(chǔ)，不便于放置在5米平臺(tái)上，因此暫設(shè)計(jì)放在零米層，為留出設(shè)備進(jìn)出通道，基礎(chǔ)設(shè)置在緊鄰主廠房東側(cè)，靠近8#機(jī)組大門。

2.4 運(yùn)行方式

輔助散熱系統(tǒng)均采用母管制運(yùn)行，一次循環(huán)采用軟化水，與機(jī)組原有散熱系統(tǒng)相互獨(dú)立，系統(tǒng)的投入、解列均不影響原有散熱系統(tǒng)。

夏季需輔助降溫時(shí)，關(guān)斷采暖供回水總閥門，打開冷卻塔進(jìn)出水母管的總閥門，同時(shí)打開冷卻塔的進(jìn)出水和生產(chǎn)上水閥門、板換的一、二次側(cè)進(jìn)出水閥門，開啟循環(huán)水泵及補(bǔ)水定壓裝置，輔助散熱開始運(yùn)行。一次循環(huán)水補(bǔ)水箱和冷卻塔內(nèi)補(bǔ)水（二次側(cè)補(bǔ)水）均受液位控制。冷卻塔單臺(tái)或雙臺(tái)運(yùn)行、循環(huán)水泵的投入臺(tái)數(shù)及變頻參數(shù)，均根據(jù)當(dāng)時(shí)機(jī)組散熱量要求確定，可與缸套水進(jìn)出水溫度關(guān)聯(lián)。

冬季采暖時(shí)，關(guān)斷冷卻塔進(jìn)出水母管的總閥門和生產(chǎn)上水閥門，切開輔助冷卻系統(tǒng)，同時(shí)打開采暖供回水總閥門以及板換的一、二次側(cè)進(jìn)出水閥門，轉(zhuǎn)入采暖運(yùn)行模式。

輔助冷卻系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)（春、秋、冬季），應(yīng)以冷卻塔進(jìn)出水母管的總閥門、生產(chǎn)上水閥門和軟化水進(jìn)水閥門為界，將系統(tǒng)內(nèi)所有水放凈，防止停運(yùn)時(shí)低溫導(dǎo)致設(shè)備管道發(fā)生冰凍現(xiàn)象。

3 運(yùn)行效果

改造工程2014年5月底完成，散熱裝置從6月份投運(yùn)到9月底結(jié)束，共運(yùn)行4個(gè)月，發(fā)電機(jī)負(fù)荷率提高10%，多發(fā)電600萬，減少溫室氣體排放468萬立方米，直接經(jīng)濟(jì)效益300萬元，散熱裝置安全可靠，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益良好。

4 結(jié)束語

通過對(duì)瓦斯發(fā)電機(jī)組缸套水進(jìn)行散熱技術(shù)改造，解決了缸套水溫度高的問題，缸套水溫度由93℃降低到89℃，滿足了機(jī)組正常運(yùn)行要求，但在日常運(yùn)行中，要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)循環(huán)泵進(jìn)行經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)，確定最佳運(yùn)行工況，降低散熱器水耗。

參考文獻(xiàn)

[1]煤炭工業(yè)合肥設(shè)計(jì)研究院.神堂嘴電站散熱設(shè)計(jì)說明書[Z].

[2]顏巴赫燃?xì)獍l(fā)電機(jī)機(jī)組技術(shù)文件（神堂嘴）[Z].

[3]卡特彼勒燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組技術(shù)文件（神堂嘴）[Z].

作者簡(jiǎn)介：王永軍（1971-），男，山西昔陽人，工程師，公司副總經(jīng)理，研究方向：電力安全生產(chǎn)和技術(shù)管理。