摘要：文章介紹了一種燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)，通過實(shí)例中的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)并計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，來探討并論證其應(yīng)用于輸氣管道壓氣站的可行性和優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)；余熱發(fā)電技術(shù)；輸氣管道；有機(jī)朗肯技術(shù)

中圖分類號(hào)：TE832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）07-

壓氣站主要用于輸氣管道加壓，以保持其正常輸送功能。而目前其運(yùn)營(yíng)成本就占用管道運(yùn)營(yíng)成本的大部分，而大部分是用于電能與熱能消耗。在壓氣站實(shí)施余熱利用方案是提高輸氣管道運(yùn)營(yíng)水平、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑。本文提出的燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)是在原有的余熱利用方案上的一種改良技術(shù)，不僅具有節(jié)能減排的基本功效，還節(jié)省了經(jīng)濟(jì)成本。

1 燃?xì)廨啓C(jī)余熱發(fā)電技術(shù)原理

1.1 壓氣站的余熱利用方案

原始的余熱利用方案按照應(yīng)用途徑主要分為熱、電與機(jī)械三類。而這三類方案在未經(jīng)技術(shù)改良前，往往只能作為新思路，尚須在技術(shù)上進(jìn)一步完善方可實(shí)現(xiàn)利用。其中燃?xì)廨啓C(jī)余熱鍋爐回收、燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)嵫h(huán)、蒸汽朗肯循環(huán)、有機(jī)朗肯循環(huán)、燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣制冷等技術(shù)，是當(dāng)前技術(shù)比較成熟、應(yīng)用較為廣泛的余熱利用方案。

而不同的壓氣站在選擇余熱利用方案時(shí)，應(yīng)結(jié)合其現(xiàn)有條件、機(jī)組性能以及運(yùn)行模式等因素進(jìn)行綜合評(píng)估后，做出正確抉擇。一般而言所選方案確保產(chǎn)熱過量或不足以及壓氣站機(jī)組正常啟停機(jī)不會(huì)對(duì)余熱利用設(shè)備造成影響，在設(shè)備失效時(shí)不影響壓氣站的正常運(yùn)行和功率輸出?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)，所選余熱利用方案以流程簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)相對(duì)容易，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和監(jiān)測(cè)最為宜。同時(shí)還應(yīng)綜合考慮項(xiàng)目成本、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等經(jīng)濟(jì)因素，對(duì)方案進(jìn)行比選，確保方案的實(shí)施具有較好的投資回報(bào)。當(dāng)然還有環(huán)保利用問題也應(yīng)在評(píng)價(jià)一個(gè)系統(tǒng)的可行性和優(yōu)越性的范疇內(nèi)。

1.2 有機(jī)朗肯技術(shù)原理

所謂有機(jī)朗肯技術(shù)，也即是一種將燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電回收煙氣中的熱量，產(chǎn)生的電能供其他用戶使用的技術(shù)，故也稱為燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)技術(shù)。這種技術(shù)不僅能夠?qū)⒌推肺粺崃哭D(zhuǎn)化為高品位電能，較大地提高燃驅(qū)機(jī)組的效率；更解決了其他余熱利用方案無法解決的排氣污染和能量大量耗費(fèi)等問題。該技術(shù)在國(guó)外早有先例，而在國(guó)內(nèi)仍未得到應(yīng)用，主要源于兩個(gè)原因：一方面該技術(shù)所產(chǎn)生的電能不適用于常規(guī)電網(wǎng)，僅供輸氣站自用，使得電能無法得到充分使用；另一方面該技術(shù)增設(shè)了汽輪發(fā)電機(jī)，價(jià)格較為昂貴。

2 有機(jī)朗肯發(fā)電技術(shù)在輸氣管道中的應(yīng)用分析

2.1 應(yīng)用原理與過程

有機(jī)朗肯循環(huán)余熱利用系統(tǒng)在我國(guó)西部地區(qū)燃驅(qū)壓氣站的應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。由于有機(jī)朗肯循環(huán)采用戊烷等低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)，使其可在較低的溫度和壓力下獲得較高的工作效率，故省掉余熱鍋爐氣化取熱工作，而采用導(dǎo)熱油作為中間熱介質(zhì)取熱，再通過換熱器與有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行換熱，組成雙循環(huán)系統(tǒng)。有機(jī)工質(zhì)在換熱器中從余熱流中吸收熱量，形成具有一定溫度和壓力的蒸汽，隨后蒸汽進(jìn)入透平機(jī)械膨脹做功，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)或壓縮機(jī)。從透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷卻水放熱，凝結(jié)成液態(tài)，最后借助工質(zhì)泵重新回到換熱器，并持續(xù)循環(huán)。導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)可將有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)與壓氣站廠房分隔，實(shí)現(xiàn)站外建設(shè)有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）系統(tǒng)，對(duì)壓氣站的運(yùn)行影響較小且安全性較高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和項(xiàng)目需要，有機(jī)朗肯循環(huán)余熱系統(tǒng)可選用不同的結(jié)構(gòu)配置以適應(yīng)不同的用途，既可選用“一對(duì)一”配置，也可選用“多對(duì)一”或“一對(duì)多”配置。對(duì)于多機(jī)組壓氣站，有機(jī)朗肯循環(huán)可通過采用煙氣并聯(lián)或熱油循環(huán)并聯(lián)以獲得較大的輸出功率；對(duì)于功率較大的燃機(jī)，可通過選用換熱器串聯(lián)以獲得多個(gè)有機(jī)朗肯循環(huán)，實(shí)現(xiàn)不同的輸出

功率。

根據(jù)上述原理，我們分別對(duì)以下兩個(gè)運(yùn)用有機(jī)朗肯循環(huán)的輸氣站進(jìn)行對(duì)比研究。西氣東輸某輸氣站的3套額定功率為30MW燃驅(qū)壓縮機(jī)組，“兩用一備”運(yùn)行；相鄰的某輸氣站有4套額定功率為20MW電驅(qū)壓縮機(jī)組，“三用一備”運(yùn)行。通過記錄現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算兩站燃?xì)廨啓C(jī)排煙熱焓，進(jìn)而求解兩站的排煙余熱發(fā)電量，并分析產(chǎn)生的電能應(yīng)用于電驅(qū)壓縮機(jī)組的可行性和優(yōu)越性。

2.2 可行性分析

對(duì)兩站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，一般在燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷達(dá)到全年平均負(fù)荷且運(yùn)行穩(wěn)定后開始測(cè)試，并記錄數(shù)據(jù)。在各站抽取一臺(tái)對(duì)其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)增加汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組后，將燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫?zé)煔鈱?dǎo)入換熱式蒸汽器中，與發(fā)電機(jī)組主換熱器內(nèi)的有機(jī)工作液進(jìn)行熱量交換，熱交換后，煙氣溫度可從482.9℃降至140℃，換熱后的低溫?zé)煔饪梢灾苯优湃氪髿?，或者通過增加煙氣/水換熱器，充分利用煙氣剩余熱能，為輸氣站提供冬季采暖所需的循環(huán)熱水。

再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排煙熱焓和發(fā)電量計(jì)算，主要計(jì)算公式為：

排煙處過剩空氣系數(shù)：

V0、VRO、V0N、V0、V為1m3燃料氣完全燃燒所需空氣量和所得到的RO2、N2、H2O量，分別為排煙處干煙氣、RO2、N2、O2和H2O的平均比定壓熱容。由上述公式所得結(jié)果可知通過蒸汽發(fā)電機(jī)組換熱后，熱焓降低，大部分熱量得到了回收。

若汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組效率按35%計(jì)算，根據(jù)公式：

可計(jì)算得到每臺(tái)汽輪機(jī)的發(fā)電量，結(jié)果表明兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)排煙余熱產(chǎn)生的電量已可滿足一套電驅(qū)壓縮機(jī)組所需的絕大部分電量，剩余少部分電量可由公網(wǎng)補(bǔ)足。

綜合以上分析可知，隨著燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)和并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和成熟，有機(jī)朗肯循環(huán)方案能夠較好地解決燃?xì)廨啓C(jī)余熱發(fā)電電量的利用問題，其運(yùn)行安全性也逐步提高，該方案具有可行性。

2.3 優(yōu)越性分析

根據(jù)原有的系統(tǒng)方案和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算可知，一套有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)投資2×108元，每年可發(fā)電1.0296×108kW·h，基礎(chǔ)單位電價(jià)0.573元，折合電費(fèi)0.5899×108元，不到4年即可收回成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯，節(jié)能效果也較為顯著。若折合成用煤量，該站有機(jī)朗肯循環(huán)每年發(fā)電量可減排巨量的干煙氣、RO2、N2等。在此基礎(chǔ)上增加煙氣/水換熱器，則可以進(jìn)一步利用煙氣的剩余熱能，為輸氣站提供冬季采暖所需的循環(huán)熱水。

有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）是以低沸點(diǎn)有機(jī)物為工質(zhì)的，可滿足其對(duì)高溫高壓蒸汽的要求，目前已廣泛應(yīng)用于低溫余熱回收領(lǐng)域；而相較于其他利用方案，在該領(lǐng)域ORC在經(jīng)濟(jì)和節(jié)能減排方面是足具優(yōu)越性的，同時(shí)還具備較高的運(yùn)行效率、安全性和穩(wěn)定性。

3 結(jié)語

在輸氣管道壓氣站中，采用有機(jī)朗肯循環(huán)方案能夠較好地解決電能利用問題，且該系統(tǒng)設(shè)備投資回收周期短，技術(shù)成熟，節(jié)能效果顯著。我國(guó)正大力推廣合

同能源管理方式，可見該系統(tǒng)應(yīng)用前景無可限量。

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作者簡(jiǎn)介：蘇威，河北樂亭人，哈爾濱電氣股份有限公司項(xiàng)目經(jīng)理，研究方向：燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)務(wù)技術(shù)及項(xiàng)目管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）