燃气发电机组余热利用设计要点

随着国家环保节能政策的实施，燃气发电机组冷、热、电分布式能源项目因为其能效高、清洁环保、安全性好、经济效益高等特点而蓬勃发

随着国家环保节能政策的实施，燃气发电机组冷、热、电分布式能源项目因为其能效高、清洁环保、安全性好、经济效益高等特点而蓬勃发展。在燃气发电机组冷、热、电分布式能源项目中，燃气发电机组是其重要的组成部分。燃气发电机组部分设计好坏关乎着整个项目的成败。上期我们介绍了燃气发电机组的安装应用设计要点（点击阅读），本期将继续向大家介绍燃气发电机组余热利用设计要点。

本期主讲

排烟系统设计要点

冷却系统设计要点

1排烟系统设计要点

任何燃气发动机均有其允许的最大排气背压。当实际排气背压高于发动机所允许的排气背压时，燃气发动机将出现排烟不畅，排气温度高的现象。严重时将不能满载运行且将出现气门和涡轮增压器损坏的现象。

对于燃气发电机组分布式能源项目来说，为了充分利用尾气中的热量，排烟管道上要增加各种换热设备；为了优化燃气发动机排放，排烟系统中还将应用SCR/OXI技术；为了将发动机废气排到相应的地方，将配置排烟弯头，排烟管道和排烟消音器。不同管径、不同数量、不同角度的弯头均将产生一定的阻力。所有这些排烟系统的设备都将增加排烟系统的阻力。排烟系统的设计是燃气系统中最复杂的部分，主要体现在以下几个方面：

1排烟管的热胀冷缩：钢制管道在500︒C时长度延伸量约为3%。为了抵消烟管因为热胀冷缩而造成的巨大压力，必须在管道上加装钢膨胀节，否则将严重损坏烟管的固定支架。一般来说，排烟管道每隔6米需安装一个膨胀节，管道在每个膨胀节之后要增加约2.54mm的直径。

2保温要求高：良好的保温可以让烟气的热量全部排出室外或者全部进入余热利用设备。发动机烟气成分主要是CO2和水蒸汽，发动机排烟管道较长，如果温度下降过快，烟气在没有排出烟卤前就冷却到100︒C以下，如此烟气中的水蒸汽将变成液体倒灌回发动机，从而严重损坏发动机气缸。

3排烟系统的所有设备均将形成一定的阻力：排烟管道，排烟弯头将形成一定的阻力；烟气余热利用设备安装在排烟系统内也将形成一定的阻力；为了使排气背压小于发动机正常运行的要求，我们应设计合适管径的排烟管道以及选择相应阻力的烟气余热利用设备。

根据排气背压计算公式及发动机允许的排气背压，设计排烟管道的管径。排气背压计算公式：

P = ( L * S * Q2) /( 5184 * D2)

S = 365 /(273 + t)

P—排烟系统的背压

L—排烟管道长度

S—烟所在特定温度下的比重

Q—烟气流量

D—排烟管的管径

t—排烟温度

在烟气余热利用设备的选型和设计上，需要进行以下考虑：

1）烟气余热利用设备的阻力应满足发动机背压的要求。如设备的阻力超过发动机背压的最高限制时，必须在阻力最大的管路末端加装引风机，用以减小管路的背压。同时在选择引风机时必须考虑其安装位置的烟气温度。

2）在任何一种工作状态或故障状态都要确保烟气管路的畅通。在管路上最好不要加装任何安全阀门。如果必须安装，则需要在阀门前段安装旁通管道。3）排烟管道安装设备安全问题：在排烟管道弯头端，方形管端1米处加装泄爆阀。因为发动机排烟系统内经常会有未能完全燃烧的CH4气体，当遇到火星时会在局部形成爆炸。为了避免较严重的烟管中CH4气体爆炸情况，在烟管中加装泄爆阀，以避免损坏管道和用热设备。

4）高温烟气中NOX和COX处理及应用

高温烟气中含有大量热量，是余热利用的重要热量来源。 另一方面在运用了稀薄燃烧技术并采用SCR/OXI技术时，燃气发动机尾气中的NOX含量将降到100mg/m3以下，基本对大气没有污染。因此可利用尾气中大量CO2气体，将其作为温室气体的重要来源。

2冷却系统设计要点

大功率燃气发动机冷却系统由两部分组成：一部分为高温系统，包括缸套水冷却系统和润滑油冷却系统；另一部分是低温系统，即中冷水冷却系统。这两部分不是同一回路，工作温度也各不相同，需要分别设计不同冷却系统。

1高温冷却系统

这是分布式能源项目系统中余热利用的重要部分。通常情况下，使用热交换设备将高温回路中的热量交换出来，再与烟气换热器中交换出来的热水回路进行并联，经过补热或直接送入吸收式冷水机组之中予以利用。为了更好地余热利用，建议选择110︒C温度冷却系统。

2低温冷却系统

温度越低，热回收就越困难。燃气发动机低温冷却系统即中冷水系统的温度越低。发动机效率越高，排放也越好，功率也越大。为了最大限度地利用燃气发电机组电能，我们通常选择尽可能低的中冷水温度。对于分布式能源项目中的中冷水系统，也一般不作为余热利用。

3远程散热系统

当分布式能源系统中的余热回收装置停止工作时，发动机冷却系统也将停止工作。为了保证发电机组正常运行，在分布式能源系统中，发电机组还需设计远程散热系统。远程散热系统可分为冷却塔散热系统和远置散热水箱系统。可根据项目应用进行选择。

这里着重讨论远置散热水箱系统的设计要点：

1

发动机与散热水箱之间需配置热交换器主要原因有：

1.1）发动机冷却系统能够承受的最大静压力约为17KPA，当散热水箱放置在高于发动机17.6米以上时，散热水箱相对于发动机的静压力将大于17KPA，发动机密封系统不能承受。因此需加装热交换器将散热水箱和发动机循环水隔离，以减小发动机承受的静压力。

1.2）发动机自带泵的扬程不够。由于系统中散热水箱通常安装在离发动机较远的地方，较长的管路，较多的弯头将在系统管路中形式较大的阻力，超出了发动机水泵的动力需求。如果为了满足水泵扬程而加大冷却水管径，从而减小阻力，则安装空间和安装工程成本将增加。在增加了热交换器后系统可以根据水管的阻力选择相应的水泵，性价比更高。

2换热设备二次回路上循环水泵需要设计一主一备，以及相应检修阀门。保证系统的可靠性。3散热水箱上的冷却风扇采用电动机驱动，其电源引自发电机组输出电源。这些设备的控制需设计专门的配电控制系统。4为了确保安装在室外的散热水箱的冷却水不结冰，冷却水必须添加一定比例的防冻液。5远程散热水箱的风扇运行时将产生较大的噪声，应根据环境要求对噪声作出相应的降噪处理。

本期关于燃气发电机组余热利用设计要点已讲解完毕，希望能帮助到工作在燃气发电机组方面的各位同行。不全或不尽之处敬请各位专家同行指正。希望通过技术交流和讨论，大家能相互学习，共同进步。