胡楊波

【摘 要】隨著社會(huì)的發(fā)展，我國的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也有了很大的提高。目前，用于分布式能源站的原動(dòng)機(jī)主要有小型燃?xì)廨啓C(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)?；谌?xì)鈨?nèi)燃機(jī)分布式冷熱電多聯(lián)供系統(tǒng)通常配置于小型樓宇，與燃?xì)廨啓C(jī)為主的區(qū)域式分布式能源站相比，系統(tǒng)設(shè)備位于用戶附近，用戶的電力和冷、熱需求可以就近解決，減少了長距離輸送造成的成本增加和能源損耗。燃?xì)廨啓C(jī)冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)在中國的發(fā)展已經(jīng)相對(duì)成熟，而基于內(nèi)燃機(jī)分布式冷、熱、電多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的研究尚未成熟，還處于發(fā)展初期。因此，本文從內(nèi)燃機(jī)分布式能源站余熱利用的角度，以瓦錫蘭的20V38SG內(nèi)燃機(jī)及其系列內(nèi)燃機(jī)為例，提出了燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的余熱利用方案，對(duì)內(nèi)燃機(jī)余熱利用的各種技術(shù)方案進(jìn)行對(duì)比分析，得到了工程設(shè)計(jì)中三種常用的煙氣余熱利用方案的設(shè)備配置原則。

【關(guān)鍵詞】內(nèi)燃機(jī)分布式能源站；煙氣余熱利用方案；研究

引言

為了解決內(nèi)燃機(jī)分布式能源站中煙氣余熱利用的問題，以瓦錫蘭20V38SG內(nèi)燃機(jī)的分布式能源站為具體研究對(duì)象，采用定量的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的方法，分析了包括蒸汽余熱鍋爐+蒸汽型吸收式制冷機(jī)組、熱水余熱鍋爐+熱水型吸收式制冷機(jī)組、煙氣型吸收式制冷機(jī)組三種利用方案，得到了工程設(shè)計(jì)中三種常用的煙氣余熱利用方案的設(shè)備配置原則。研究結(jié)果表明，對(duì)于相同的熱源的熱水型制冷系統(tǒng)，當(dāng)進(jìn)口溫度為362℃煙氣時(shí)，采用煙氣型制冷系統(tǒng)的制冷量比熱水型、單效蒸汽型大，比雙效蒸汽型制冷量小。

1分布式能源站中內(nèi)燃機(jī)的各類余熱型式

在燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)，天然氣進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)混合器，與空氣混合，經(jīng)過煙氣渦輪增壓器增壓、冷卻器冷卻后進(jìn)入汽缸，通過火花塞高壓點(diǎn)火，燃燒膨脹，推動(dòng)活塞做功，帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由發(fā)電機(jī)輸出電能。燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)排出的熱量存在三種放熱物質(zhì)：1）煙氣：燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的排氣溫度通常在400℃左右，需要考慮綜合煙氣回收方案的設(shè)備價(jià)格、燃料價(jià)格、熱價(jià)和電價(jià)，以及煙氣低溫腐蝕的影響，余熱利用后的煙氣溫度一般下降至150℃左右。煙氣可以通過加熱余熱鍋爐中的水成為蒸汽或熱水，用于吸收式制冷、采暖、供熱水；也可以直接進(jìn)入吸收式制冷機(jī)提供冷水或熱水。此部分余熱大約占內(nèi)燃機(jī)可利用余熱的50%～60%。2）高溫缸套水：燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的高溫缸套水溫度在80～120℃。高溫缸套水可用于吸收式制冷、采暖、供熱水。為保持內(nèi)燃機(jī)汽缸有適當(dāng)?shù)臏囟?，高溫缸套水的熱量不能全部利用?）低溫缸套水：燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的低溫缸套水溫度在40～70℃。低溫缸套水的水溫較低、熱量較少，可用于供熱水，可利用量有限。

2分布式能源站內(nèi)燃機(jī)煙氣余熱利用方案

目前，大部分內(nèi)燃機(jī)的排煙溫度為350～450℃?？煽紤]用于供熱、制冷或發(fā)電。目前，煙氣余熱的直接利用設(shè)備主要有余熱鍋爐、煙氣余熱發(fā)電裝置和煙氣型吸收式制冷機(jī)組。煙氣余熱利用的主要方案如下：1）余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽/熱水。適用于僅有蒸汽/熱水負(fù)荷需求、無冷負(fù)荷需求的場合。2）蒸汽余熱鍋爐+蒸汽型吸收式制冷機(jī)組。適用于有蒸汽負(fù)荷和冷負(fù)荷需求的場合，也適用于只有冷負(fù)荷需求的場合。3）熱水余熱鍋爐+熱水型吸收式制冷機(jī)組。適用于有熱水負(fù)荷和冷負(fù)荷需求的場合，也適用于只有冷負(fù)荷需求的場合。4）煙氣余熱發(fā)電裝置。適用于無蒸汽/熱水負(fù)荷、無冷負(fù)荷需求的場合。5）煙氣余熱發(fā)電裝置+電制冷。適用于無蒸汽/熱水負(fù)荷、有冷負(fù)荷需求的場合。6）煙氣型吸收式制冷機(jī)組。適用于無蒸汽/熱水負(fù)荷、有冷負(fù)荷需求的場合。根據(jù)以上的煙氣余熱利用方案及其適用場合可知，當(dāng)有蒸汽/熱水負(fù)荷需求時(shí)，一般配置余熱鍋爐，若同時(shí)還有冷負(fù)荷，則配置相應(yīng)的吸收式制冷機(jī)；當(dāng)沒有蒸汽/熱水負(fù)荷、冷負(fù)荷需求時(shí)，可考慮配置余熱發(fā)電裝置；當(dāng)沒有蒸汽/熱水負(fù)荷需求、只有制冷負(fù)荷需求時(shí)，可選擇第2）、3）、5）、6）種的煙氣余熱利用方案，下面針對(duì)這2）、3）、6）三種余熱利用方式進(jìn)行分析比較。

2.1方案2）技術(shù)參數(shù)分析比較

下面以瓦錫蘭的20V38SG內(nèi)燃機(jī)的煙氣余熱為例，制冷機(jī)按樣本參數(shù)選型，余熱鍋爐生產(chǎn)的蒸汽壓力、溫度和給水溫度（按冷凝水回水溫度）按制冷機(jī)的需求設(shè)置，其他的邊界條件（如內(nèi)燃機(jī)排煙參數(shù)、制冷機(jī)冷卻水溫度、冷凍水溫度、余熱鍋爐節(jié)點(diǎn)溫差、窄點(diǎn)溫差和接近點(diǎn)溫差等）設(shè)置相同。在相同的煙氣參數(shù)輸入條件下，主蒸汽參數(shù)每上升約20℃，余熱鍋爐的排煙溫度升高約15℃。針對(duì)雙效型蒸汽制冷機(jī)組，在相同的煙氣參數(shù)輸入條件下，主蒸汽參數(shù)每上升約10℃，余熱鍋爐的排煙溫度升高約10℃。其原因是主蒸汽參數(shù)提高時(shí)，余熱鍋爐的蒸發(fā)量減少，給水量也減少，給水在余熱鍋爐省煤器內(nèi)的吸熱量減少，故余熱鍋爐的排煙溫度越高。根據(jù)計(jì)算的制冷量可知，余熱鍋爐配置雙效型蒸汽制冷機(jī)的制冷量比配置單效型蒸汽制冷機(jī)的制冷量大很多；雙效型蒸汽制冷機(jī)采用的蒸汽壓力越低，制冷量越大；單效型蒸汽制冷機(jī)也一樣，采用的蒸汽壓力越低，制冷量越大。

2.2方案3）技術(shù)參數(shù)分析比較

內(nèi)燃機(jī)煙氣余熱利用系統(tǒng)配置熱水余熱鍋爐，生產(chǎn)不同品質(zhì)的熱水，可根據(jù)熱水品質(zhì)配置相適用的雙效和單效的熱水型吸收式制冷機(jī)組。下面以瓦錫蘭的20V38SG內(nèi)燃機(jī)的煙氣余熱為例，制冷機(jī)按樣本參數(shù)選型，熱水余熱鍋爐給水溫度（熱水回水溫度）和熱水供水溫度按制冷機(jī)的需求設(shè)置，其他的邊界條件（如內(nèi)燃機(jī)的排煙參數(shù)、制冷機(jī)的冷卻水溫度、冷凍水溫度、余熱鍋爐的節(jié)點(diǎn)溫差等）設(shè)置相同，計(jì)算結(jié)果如表2所示。根據(jù)表2計(jì)算結(jié)果可知，雖然采用雙效熱水型制冷系統(tǒng)的余熱鍋爐排煙溫度較高，但其制冷系數(shù)COP比單效型大很多，采用雙效熱水型制冷系統(tǒng)制冷量要比單效型大，熱經(jīng)濟(jì)性較好。由于余熱鍋爐生產(chǎn)雙效熱水型制冷的高溫?zé)崴?，排煙溫度比較高，還能用于生產(chǎn)適用于單效熱水型制冷的低溫?zé)崴?，排煙溫度可降至與單效熱水型制冷相同的溫度。因此，對(duì)于相同的熱源的熱水型制冷系統(tǒng)，建議采用雙效熱水型制冷系統(tǒng)。

結(jié)語

通過分析比較內(nèi)燃機(jī)煙氣余熱利用方案及其適用場合，得到如下結(jié)論：1）當(dāng)有蒸汽/熱水負(fù)荷需求時(shí)，一般配置余熱鍋爐，若同時(shí)還有冷負(fù)荷，則配置相應(yīng)的吸收式制冷機(jī)。2）當(dāng)沒有蒸汽/熱水負(fù)荷、冷負(fù)荷需求時(shí)，可考慮配置余熱發(fā)電裝置。3）當(dāng)沒有蒸汽/熱水負(fù)荷需求、只有制冷負(fù)荷需求時(shí)，可以有多種不同制冷方案。4）相同的煙氣參數(shù)，采用雙效蒸汽型制冷系統(tǒng)的制冷量最大，其次是煙氣型，熱水型的制冷量最小。

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（作者單位：杭州華電華源環(huán)境工程有限公司）