陳世玉

摘要：內(nèi)燃機是燃氣電廠的主要耗能設(shè)備，也是余熱再回收的關(guān)鍵設(shè)備。本文結(jié)合GE公司的顏巴赫內(nèi)燃機對實際的運行能量數(shù)據(jù)進行分析，進而找到余熱利用的關(guān)鍵是煙氣和高品階熱水的利用，對余熱利用的主要方式和途徑進行分析說明，有效提升熱量的綜合利用效率。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機 余熱 GE顏巴赫

1引言

我國的能源結(jié)構(gòu)是多煤少油，因此煤炭在我國的利用率較高。我國的電力資源基本都是依靠煤炭或天然氣的燃燒提供，，電力是高輸能行業(yè)，同樣也是高耗能行業(yè)。隨著我國不斷地升級產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，節(jié)能降耗的工作不斷開展，電力企業(yè)的節(jié)能降耗工作也正在進行。內(nèi)燃機是電廠主要的耗能設(shè)備，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，發(fā)電機組燃燒燃料的三分之二都被散失或排放到環(huán)境中，內(nèi)燃機的實際熱利用效率只有30%左右，造成極大的能量浪費，如果能把內(nèi)燃機未充分利用的熱量充分再利用，則可以有效提升電廠的節(jié)能效果，從而提升電廠經(jīng)濟性。

2工作原理

GE顏巴赫型內(nèi)燃機是目前世界范圍內(nèi)最為先進的燃氣發(fā)電機組，此類型燃氣機組有效結(jié)合了先進的電子控制技術(shù)和發(fā)電機技術(shù)，有效實現(xiàn)了一種高效率、低排放的優(yōu)勢。內(nèi)燃機是通過能量轉(zhuǎn)化空間實現(xiàn)燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，然后通過一定結(jié)構(gòu)的設(shè)備類型，使得熱能轉(zhuǎn)化為機械能，從而推動發(fā)電機機組運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)發(fā)電。內(nèi)燃機在運行過程中，首先受空間內(nèi)燃料燃燒的作用，活塞在氣缸內(nèi)進行往復(fù)運動，活塞運動的同時帶動連桿運動，從而實現(xiàn)內(nèi)能向機械能的轉(zhuǎn)化。GE顏巴赫內(nèi)燃機運行具體以下優(yōu)點：（1）模塊化設(shè)計，擴展性和靈活調(diào)節(jié)性好。（2）并網(wǎng)靈活，發(fā)電模塊自配置并網(wǎng)裝置。（3）安全性、可靠性高，機械強度高壽命長。內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)過程中，需要借助外界冷卻系統(tǒng)帶走額外的熱量、通過尾氣帶走熱量。因此，可以對余熱進行設(shè)計利用，從而提升能量的利用效率。

3內(nèi)燃機余熱特點

內(nèi)燃機運行中的余熱主要包括尾氣、冷卻水（缸套冷卻水、潤滑系統(tǒng)冷卻水、中冷器冷卻水），結(jié)合某電廠的實際運行數(shù)據(jù)，進行了能量計算，具體數(shù)據(jù)見表1所示。

通過上述數(shù)據(jù)可以看出，內(nèi)燃機運行中換熱器按照介質(zhì)溫度不同，分成了高溫水系統(tǒng)和低溫水系統(tǒng)，其中高溫水系統(tǒng)主要是一級中冷器、潤滑油一級冷卻及缸套的冷卻器。高溫水系統(tǒng)的的介質(zhì)溫度一般在80-90℃，為低品位的余熱。低溫水系統(tǒng)主要包括二級中冷器、潤滑油二級冷卻器及外殼散熱。此介質(zhì)溫度一般在35-40℃，可以用于生活暖氣介質(zhì)用水。另外，還有溫度較高的煙氣，溫度可以達到347℃，屬于中品位余熱。按照不同類型的余熱情況，可以看出余熱利用的關(guān)鍵是高溫水系統(tǒng)和尾氣余熱的回收利用。

4內(nèi)燃機余熱利用設(shè)計

電廠熱電比是評價熱電廠重要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，用于衡量熱電機組在運行中熱的利用程度和節(jié)能效果。因此，余熱利用的目的是提升電廠的熱電比，使得電廠實際運行的熱電比接近設(shè)計熱電比。從熱力學(xué)上分類，內(nèi)燃機的余熱利用主要可以分為焓利用和?利用，焓利用的含義是不考慮余熱的品階，只關(guān)心余熱的大小。焓利用的方式主要通過換熱器或余熱鍋爐，將余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽。?利用考慮余熱的品階，綜合考慮余熱的回收方式，一般的方式是吸收式熱泵和制冷等。

（1）換熱器熱交換

換熱器熱交換主要利用各種類型的換熱器對內(nèi)燃機的高溫冷卻水、低溫冷卻水及煙氣中的能量進行回收，從而轉(zhuǎn)化為蒸汽或熱水，供用戶使用。一般常用的換熱器的類型有管殼式換熱器、板式換熱器。主要的換熱形式有水水換熱器、煙氣-水換熱器、余熱鍋爐等。余熱鍋爐是換熱器進行熱交換的主要類型，燃機的余熱鍋爐經(jīng)過多年的發(fā)展，形成幾種重要類型，受熱面水平布置強制循環(huán)余熱鍋爐、受熱面垂直布置自然循環(huán)余熱鍋爐，強制循環(huán)鍋爐需要額外配置循環(huán)泵實現(xiàn)蒸發(fā)器的水循環(huán)。

（2）吸收式制冷

吸收式制冷裝置主要由四個部分組成，分別是發(fā)生器、冷凝器、吸收器和蒸發(fā)器系統(tǒng)，運行介質(zhì)為二元溶液。介質(zhì)首先在發(fā)生器內(nèi)通過外部熱源的作用，介質(zhì)吸收熱量產(chǎn)生制冷劑蒸汽，制冷器蒸汽在冷凝器中冷卻水的作用下形成冷凝水，經(jīng)過膨脹閥的泄壓作用，進入蒸發(fā)器，低壓狀態(tài)的蒸汽產(chǎn)生制冷效果。發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的濃溶液經(jīng)過節(jié)流裝置進入吸收器，通過吸收制冷劑蒸汽，形成稀溶液，由泵輸送至發(fā)生器，進行下一輪的循環(huán)過程。目前，吸收式制冷的主要應(yīng)用類型有氨水吸收制冷和溴化鋰水溶液。吸收式制冷的主要優(yōu)勢是以余熱資源為推動力，無需投入過多的電能資源即可實現(xiàn)對余熱的回收，因此能源的綜合利用率高。

（3）吸收式熱泵

吸收式制冷是以熱量為推動力，實現(xiàn)能量從高溫?zé)嵩磦鬟f到低溫?zé)嵩吹倪^程，而吸收式熱泵是利用二元溶液的吸收特性實現(xiàn)熱量從低溫?zé)嵩聪蚋邷責(zé)嵩幢盟偷倪^程。通過內(nèi)燃機的低品階的余熱，如低溫冷卻水，制得高品位熱水以供下游的用戶使用。因內(nèi)燃機的低品階余熱部分能量小，因此需要吸收式熱泵機組的規(guī)模大，在實際應(yīng)用案例較少。

另外還有有機朗肯循環(huán)發(fā)電余熱應(yīng)用，因內(nèi)燃機的余熱溫度較低，直接利用常規(guī)的水循環(huán)朗肯循環(huán)效率不高，因此可以使用有機朗肯循環(huán)發(fā)電，主要的區(qū)別是循環(huán)介質(zhì)的不同，有機朗肯循環(huán)使用低沸點的有機介質(zhì)，介質(zhì)在低溫?zé)嵩醋饔孟?，吸熱變成蒸汽，進入透平機做功，然后乏汽進行冷凝器冷卻，液態(tài)的介質(zhì)通過介質(zhì)泵打入蒸發(fā)器，從而實現(xiàn)循環(huán)過程。

燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組由燃機、汽輪機和發(fā)電機組成，燃機主要由壓氣機、燃燒室和燃氣透平組成，燃機排氣在余熱鍋爐中加熱給水，產(chǎn)生的蒸汽推動汽輪機做功，為充分利用燃燒排氣余熱，氣輪機不作負荷調(diào)整之用，負荷調(diào)整由燃機承擔(dān);整套機組與常規(guī)火電機組相比，其主要優(yōu)點有整個裝置體積小、安裝周期短。

5結(jié)語

余熱利用是內(nèi)燃機提升熱效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是燃氣電廠提升經(jīng)濟性的核心。本文結(jié)合GE顏巴赫內(nèi)燃機對內(nèi)燃機余熱利用的主要方式和途徑進行分析說明，在實際過程中，電廠需要根據(jù)實際的工程應(yīng)用特點選擇合適的余熱利用方式，從而提升能量綜合利用效率。

參考文獻

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