張 勇

（陜西省天然氣股份有限公司，西安 710016）

天然氣是一種高效、潔凈、環(huán)保的優(yōu)質(zhì)能源，在我國的使用率逐年提高，應(yīng)用領(lǐng)域涉及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活服務(wù)等方面，可以說天然氣的應(yīng)用改變了人們的生活，帶來許多便利。在天然氣的使用過程中，人們需要運(yùn)用天然氣輸送設(shè)備，其中燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)在天然氣增壓站中使用較為廣泛。燃?xì)廨啓C(jī)不僅具有良好的熱力性能以及低污染低排放等特點(diǎn)，還具有啟動(dòng)快、運(yùn)行平穩(wěn)靈活、效率高、功率大、體積小等優(yōu)勢(shì)，因此燃?xì)廨啓C(jī)的使用已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注。

燃?xì)廨啓C(jī)在使用時(shí)，可在短時(shí)間內(nèi)將初始溫度升到1 400℃，超高溫條件會(huì)產(chǎn)生大量的熱能[1]。然而，目前燃?xì)廨啓C(jī)的簡(jiǎn)單循環(huán)熱效率并不高，一般只有20%～45%，小型、微型燃?xì)廨啓C(jī)的熱效率更低，只有不到20%。經(jīng)簡(jiǎn)單循環(huán)后，燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度一般為450～600℃，排氣溫度相對(duì)較高。燃?xì)廨啓C(jī)的此種運(yùn)行方式既浪費(fèi)了大量燃?xì)鉄崮?，又造成氮氧化物及碳化物等的超?biāo)排放，對(duì)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展和燃?xì)廨啓C(jī)未來的應(yīng)用與發(fā)展是極為不利的。

為了有效控制燃?xì)廨啓C(jī)余熱排放對(duì)環(huán)境造成的影響，為了推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，提高燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱的利用率，降低能源消耗，加大科技投入，積極開發(fā)綠色產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)余熱的高效回收利用，是我國當(dāng)前燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的必由之路。

1 陜西省天然氣股份有限公司壓縮機(jī)組余熱利用現(xiàn)狀

陜西省天然氣股份有限公司作為陜西省唯一的天然氣長(zhǎng)輸管道運(yùn)營商，承擔(dān)著保證陜西省天然氣穩(wěn)定供應(yīng)及持續(xù)發(fā)展的重大責(zé)任，不僅要考慮公司的效益，還應(yīng)該考慮如何提高天然氣輸送管道設(shè)備的利用率，使整體項(xiàng)目可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前，陜西省天然氣股份有限公司正在不斷加快管輸設(shè)施建設(shè)，截至目前已經(jīng)建成長(zhǎng)輸管網(wǎng)3 000 km，已建成投運(yùn)壓氣站9座，其中有3座6（套）燃驅(qū)離心式壓縮機(jī)場(chǎng)站，燃驅(qū)離心式壓縮總裝機(jī)容量達(dá)42 MW。

陜西省天然氣股份有限公司使用的6套燃驅(qū)機(jī)組均為索拉T70燃機(jī)驅(qū)動(dòng)陜鼓動(dòng)力離心式壓縮機(jī)。上述離心式壓縮機(jī)具有以下特點(diǎn)：壓縮機(jī)的氣量大并且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單和緊湊，重量較輕，機(jī)組整體尺寸較小，使用時(shí)占地面積??；運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，操作可靠，運(yùn)轉(zhuǎn)率高，摩擦件少，因此備件需用量少，維護(hù)費(fèi)用及人員少；在化工流程中，離心式壓縮機(jī)對(duì)化工介質(zhì)可以做到絕對(duì)無油的壓縮處理；離心式壓縮機(jī)為一種回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器，它適宜于工業(yè)汽輪機(jī)或燃汽輪機(jī)直接拖動(dòng)。一般大型化工廠常用副產(chǎn)蒸汽驅(qū)動(dòng)工業(yè)汽輪機(jī)作動(dòng)力，這為熱能綜合利用提供了可能。在實(shí)際應(yīng)用中，索拉T70燃機(jī)驅(qū)動(dòng)陜鼓動(dòng)力離心式壓縮機(jī)組為天然氣增壓，該機(jī)組效率高達(dá)34.8%，在運(yùn)行過程中燃?xì)獬鯗丶s為1 200℃，同時(shí)尾氣的排放溫度也可以維持在較低的溫度，約為500℃。此型號(hào)的燃機(jī)效率高，尾氣的排放溫度得到了控制，但是沒有從根本上解決對(duì)環(huán)境的污染及節(jié)能減排的問題。因此，為提高能源利用效率，減少因機(jī)組運(yùn)行而造成的環(huán)境破壞，降低公司生產(chǎn)運(yùn)營成本，促進(jìn)公司多元化發(fā)展，進(jìn)行燃?xì)廨啓C(jī)余熱利用是可持續(xù)發(fā)展的必由之路[2]。

2 余熱利用解決方案

為了解決當(dāng)前燃驅(qū)離心式壓縮機(jī)組運(yùn)行中遇到的一系列問題，真正提高能源利用效率，在最大程度上減少因機(jī)組運(yùn)行時(shí)進(jìn)行大量余熱排放而造成的環(huán)境破壞，降低并有效控制公司生產(chǎn)運(yùn)營成本，最終促進(jìn)公司朝著多元化方向發(fā)展。合理利用燃驅(qū)離心式壓縮機(jī)組產(chǎn)生的余熱，不僅可以減少因余熱排放造成的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和綠色生產(chǎn)，還可以提高公司的經(jīng)濟(jì)效益。本文提出了兩種有效利用燃驅(qū)離心式壓縮機(jī)組所產(chǎn)生余熱的方式，具體方案如下。

2.1 余熱鍋爐換熱，降低場(chǎng)站能源消耗

目前，陜西省天然氣股份有限公司的燃驅(qū)離心式壓縮機(jī)組，運(yùn)行時(shí)間主要集中在每年的11月中旬至次年的3月中下旬，長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月。運(yùn)行期間，正值冬季氣溫最低時(shí)段，這時(shí)也是場(chǎng)站能源消耗最大的時(shí)期（見圖1），如場(chǎng)站生活區(qū)供暖、設(shè)備防凍保溫、機(jī)組油箱及燃料氣加熱、備用機(jī)組的暖機(jī)，上述情況均需要消耗大量熱能。而壓縮機(jī)組在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的余熱排放，溫度可高達(dá)500℃，如果可以對(duì)壓縮機(jī)產(chǎn)生的余熱進(jìn)行再利用，不僅可以節(jié)約成本還可以給公司帶來額外的經(jīng)濟(jì)效益。具體方案如圖1所示，首先利用擋板對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)煙道進(jìn)行改造，將部分熱量通過余熱鍋爐進(jìn)行轉(zhuǎn)化回收，剩余部分通過擋板調(diào)整，通過另一側(cè)直接排放，通過鍋爐來向場(chǎng)站提供暖氣、熱水，向生產(chǎn)設(shè)備提供保溫。這樣不僅可以降低公司生產(chǎn)運(yùn)營成本，提高設(shè)備可靠性，而且在條件允許的情況下還可以給附近城鎮(zhèn)及周邊居民進(jìn)行供暖，提高經(jīng)濟(jì)效益。

表1 志丹壓氣站2016年11月至2017年3月能源消耗記錄

圖1 余熱鍋爐換熱流程

2.2 聯(lián)合循環(huán)（朗肯循環(huán)）

朗肯循環(huán)是指以水蒸氣作為工質(zhì)的一種理想循環(huán)過程，主要包括等熵壓縮、等壓加熱、等熵膨脹和一個(gè)等壓冷凝過程，目前廣泛應(yīng)用于余熱回收利用領(lǐng)域。通過燃?xì)廨啓C(jī)煙道排氣對(duì)鍋爐進(jìn)行加熱，產(chǎn)生過熱蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電，其產(chǎn)生的電量，一是可以作為自用消耗，二是可以作為附近企業(yè)及城鎮(zhèn)的動(dòng)力電源，三是可以并網(wǎng)外售。朗肯循環(huán)目前在國內(nèi)余熱發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用較為成熟，在水泥、冶金、鋼鐵等行業(yè)應(yīng)用較為廣泛，為我國節(jié)能減排事業(yè)做出了重要貢獻(xiàn)。朗肯循環(huán)在國內(nèi)的應(yīng)用已經(jīng)走向與卡琳娜動(dòng)力循環(huán)的聯(lián)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了在不同煙溫的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

總之，能源的合理利用關(guān)系到經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，提高能源利用效率，減少環(huán)境污染，建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)和生態(tài)保護(hù)型社會(huì)已成大勢(shì)所趨。鑒于能源供需緊張，燃?xì)廨啓C(jī)大量余熱直接排放造成能源的巨大浪費(fèi)，大力發(fā)展燃機(jī)余熱利用不僅有助于環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約，也有助于降低企業(yè)運(yùn)行成本，提升經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

余熱鍋爐燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的組合適用于回收和利用大中型燃?xì)廨啓C(jī)的余熱，熱效率高；朗肯循環(huán)在國內(nèi)的應(yīng)用已經(jīng)走向與卡琳娜動(dòng)力循環(huán)的聯(lián)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了在不同煙溫的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。本文提供了兩種有效解決壓縮機(jī)余熱利用的方式，大大降低了余熱排放對(duì)環(huán)境造成的污染，也最大程度地降低了能耗損失，提高了企業(yè)效益。

1 徐鐵軍，張偉偉，吳中林.輸氣管道壓氣站余熱利用[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2012，31（12）：887-890.

2 王鳳君，高新宇，張志偉.9FB燃?xì)廨啓C(jī)余熱鍋爐脫硝裝置的研究[J].發(fā)電設(shè)備，2013，27（1）：51-54.