GE顏巴赫J624型內燃機余熱利用措施探究

陳世玉

摘要：內燃機是燃氣電廠的主要耗能設備，也是余熱再回收的關鍵設備。本文結合GE公司的顏巴赫內燃機對實際的運行能量數據進行分析，進而找到余熱利用的關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。

關鍵詞：內燃機 余熱 GE顏巴赫

1引言

我國的能源結構是多煤少油，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，同樣也是高耗能行業。隨著我國不斷地升級產業結構，節能降耗的工作不斷開展，電力企業的節能降耗工作也正在進行。內燃機是電廠主要的耗能設備，據相關數據顯示，發電機組燃燒燃料的三分之二都被散失或排放到環境中，內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能效果，從而提升電廠經濟性。

2工作原理

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

3內燃機余熱特點

內燃機運行中的余熱主要包括尾氣、冷卻水（缸套冷卻水、潤滑系統冷卻水、中冷器冷卻水），結合某電廠的實際運行數據，進行了能量計算，具體數據見表1所示。

通過上述數據可以看出，內燃機運行中換熱器按照介質溫度不同，分成了高溫水系統和低溫水系統，其中高溫水系統主要是一級中冷器、潤滑油一級冷卻及缸套的冷卻器。高溫水系統的的介質溫度一般在80-90℃，為低品位的余熱。低溫水系統主要包括二級中冷器、潤滑油二級冷卻器及外殼散熱。此介質溫度一般在35-40℃，可以用于生活暖氣介質用水。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鍵是高溫水系統和尾氣余熱的回收利用。

4內燃機余熱利用設計

電廠熱電比是評價熱電廠重要技術經濟指標，用于衡量熱電機組在運行中熱的利用程度和節能效果。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計熱電比。從熱力學上分類，內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，燃機的余熱鍋爐經過多年的發展，形成幾種重要類型，受熱面水平布置強制循環余熱鍋爐、受熱面垂直布置自然循環余熱鍋爐，強制循環鍋爐需要額外配置循環泵實現蒸發器的水循環。

（2）吸收式制冷

吸收式制冷裝置主要由四個部分組成，分別是發生器、冷凝器、吸收器和蒸發器系統，運行介質為二元溶液。介質首先在發生器內通過外部熱源的作用，介質吸收熱量產生制冷劑蒸汽，制冷器蒸汽在冷凝器中冷卻水的作用下形成冷凝水，經過膨脹閥的泄壓作用，進入蒸發器，低壓狀態的蒸汽產生制冷效果。發生器內產生的濃溶液經過節流裝置進入吸收器，通過吸收制冷劑蒸汽，形成稀溶液，由泵輸送至發生器，進行下一輪的循環過程。目前，吸收式制冷的主要應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，實現能量從高溫熱源傳遞到低溫熱源的過程，而吸收式熱泵是利用二元溶液的吸收特性實現熱量從低溫熱源向高溫熱源泵送的過程。通過內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模大，在實際應用案例較少。

另外還有有機朗肯循環發電余熱應用，因內燃機的余熱溫度較低，直接利用常規的水循環朗肯循環效率不高，因此可以使用有機朗肯循環發電，主要的區別是循環介質的不同，有機朗肯循環使用低沸點的有機介質，介質在低溫熱源作用下，吸熱變成蒸汽，進入透平機做功，然后乏汽進行冷凝器冷卻，液態的介質通過介質泵打入蒸發器，從而實現循環過程。

燃氣-蒸汽聯合循環發電機組由燃機、汽輪機和發電機組成，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，氣輪機不作負荷調整之用，負荷調整由燃機承擔;整套機組與常規火電機組相比，其主要優點有整個裝置體積小、安裝周期短。

5結語

余熱利用是內燃機提升熱效率的關鍵環節，也是燃氣電廠提升經濟性的核心。本文結合GE顏巴赫內燃機對內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，電廠需要根據實際的工程應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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