天然氣西氣東輸沿線壓氣站余熱回收利用的探索

王彥普+趙茹男

摘 要 根據(jù)中石油西氣東輸二線壓氣站余熱回收的工程案例實(shí)踐，著重研究了余熱回收利用過(guò)程的幾個(gè)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)對(duì)這些技術(shù)點(diǎn)的把握優(yōu)化，保證了余熱利用的安全可靠，在西氣東輸沿線壓氣站具有很好的推廣實(shí)用價(jià)值，另一方面也將對(duì)俄羅斯向中國(guó)輸氣管線的設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞 壓氣站；燃驅(qū)機(jī)；余熱發(fā)電；控制連鎖；空冷技術(shù)

中圖分類號(hào)：TK431 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0137-01

西氣東輸二線是我國(guó)第一條引進(jìn)境外天然氣的大型管道工程，主供氣源為土庫(kù)曼斯坦、哈薩克斯坦等中亞國(guó)家的天然氣。氣源從霍爾果斯進(jìn)入西氣東輸二線管道，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、湖北、江西、湖南、廣東、廣西等10個(gè)省區(qū)市，干線全長(zhǎng)4895千米，加上若干條支線，管道總長(zhǎng)度超過(guò)9102千米。

由于西氣東輸二線管道輸送距離遠(yuǎn)，沿途壓損大，需要進(jìn)行沿程升壓，抵消壓力損耗，沿程約每200千米設(shè)置一座天然氣升壓站（以下簡(jiǎn)稱壓氣站）。而在廣袤的西部地區(qū)，大多數(shù)壓氣站建在戈壁荒漠，其電網(wǎng)覆蓋率不足，因此，采用了燃機(jī)壓縮機(jī)升壓（以下簡(jiǎn)稱燃驅(qū)機(jī)）。燃驅(qū)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)排出廢氣溫度在470～500℃之間，最高達(dá)到530℃。中石油設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)壓氣站時(shí)，考慮壓氣站一般比較偏遠(yuǎn)，采用燃驅(qū)機(jī)廢氣直接排放方案，不僅造成了空氣熱污染，更是一種熱量的浪費(fèi)。在今天提倡“節(jié)能減排”的大環(huán)境下，有必要對(duì)這部分熱能進(jìn)行回收利用。

1 壓氣站配置

西氣東輸二線從新疆霍爾果斯至寧夏中衛(wèi)段共有11個(gè)壓氣站，通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)拖動(dòng)壓縮機(jī)做功。各壓氣站配置各不相同，常規(guī)配置為三臺(tái)燃驅(qū)機(jī)，正常運(yùn)行兩臺(tái)，備用一臺(tái)。燃驅(qū)機(jī)供貨商主要為美國(guó)GE（通用）和英國(guó)Rolls-Royce（羅爾斯·羅伊斯），其中以GE公司燃機(jī)為主，燃驅(qū)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

機(jī)型 PGT25+ 功率 31364 kW

廢氣流量 84.3 kg/s 廢氣溫 485℃

燃驅(qū)機(jī)做功后高溫乏氣通過(guò)煙道排至機(jī)房頂部，直接對(duì)空排放。

2 余熱利用建議

在余熱回收過(guò)程中，通過(guò)大口徑煙氣管道，將高溫廢氣引入余熱鍋爐，產(chǎn)生高品質(zhì)蒸汽，引入汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為電能。

我們?cè)诟拭C沿線壓氣站余熱回收工程的進(jìn)行了有益嘗試，摸索出以下技術(shù)建議（分析時(shí)按常規(guī)的三臺(tái)燃驅(qū)機(jī)配置，正常運(yùn)行兩運(yùn)一備）。

1）機(jī)組配置。壓氣站燃驅(qū)機(jī)一般為多臺(tái)配置，一般在設(shè)置余熱機(jī)組時(shí)，一方面要考慮運(yùn)行靈活性，同時(shí)還要考慮經(jīng)濟(jì)型。因此，綜合比較后按三臺(tái)燃機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)余熱鍋爐和一套汽輪發(fā)電機(jī)組，在一臺(tái)燃驅(qū)機(jī)故障的情況，機(jī)組保持在50%負(fù)荷，能夠穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也能有效控制投資成本。

2）參數(shù)選擇。因?yàn)槿简?qū)機(jī)排氣溫度達(dá)到485℃（設(shè)計(jì)工況），對(duì)應(yīng)余熱蒸汽有中溫中壓和次中壓參數(shù)供選擇。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用中壓參數(shù)，提高機(jī)組效率。同時(shí)天然氣已經(jīng)經(jīng)過(guò)處理，幾乎不含硫元素，因此，鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)可以忽略酸露點(diǎn)對(duì)尾部受熱面的影響，根據(jù)在水泥余熱發(fā)電已經(jīng)成功應(yīng)用的雙壓設(shè)計(jì)理念，可以完全應(yīng)用在天然氣余熱上。因此，在機(jī)組按雙壓參數(shù)選擇，將排氣溫度控制在95℃左右。

3）汽輪機(jī)乏汽冷卻配置。因?yàn)閴簹庹局饕性谖鞅被哪貐^(qū)，電廠又是耗水大戶，水資源成為困擾發(fā)電設(shè)計(jì)的主要因素。我們根據(jù)國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策，結(jié)合已有的成功應(yīng)用案例，采用直接空冷散熱器，較水冷機(jī)組能有效降低50%以上的耗水量。在污水排放方面，因?yàn)閴簹庹颈容^偏遠(yuǎn)，都缺少相應(yīng)的市政配套，污水需要自己消納處理，因此廢水排污量越大，工程投資越不可控，因此選用空冷機(jī)組也能有效控制成本。

4）系統(tǒng)連鎖控制。此條是設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的因素。通過(guò)增加余熱回收，在燃驅(qū)機(jī)出口設(shè)置三通，其中一個(gè)接口至余熱鍋爐，上面裝設(shè)調(diào)節(jié)擋板，在擋板前設(shè)置安全模板；另一接口直接排大氣，上部裝快開(kāi)閥及消音器。采用上述設(shè)計(jì)方案，主要有以下考慮，當(dāng)燃驅(qū)機(jī)排氣出口壓力達(dá)到一定數(shù)值就會(huì)連鎖燃驅(qū)機(jī)跳閘，進(jìn)而影響廣大的天然氣用戶，無(wú)疑會(huì)成為政治事件，因此此部分設(shè)計(jì)必須安全可靠。在余熱鍋爐側(cè)故障的情況下，必須要求排大氣的快關(guān)閥迅速打開(kāi)，且可靠，一般要求開(kāi)啟時(shí)間控制在0.5 s左右，對(duì)于直徑4200 mm的大管道，要做到這么短的關(guān)閉時(shí)間，必須采用氣動(dòng)或液動(dòng)執(zhí)行器，建議采用進(jìn)口閥門(mén)，此是第一道保護(hù)；在通向余熱鍋爐的調(diào)節(jié)擋板前設(shè)計(jì)安全模板或特制重力式防爆門(mén)，在快關(guān)閥打不開(kāi)或開(kāi)啟時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況，管道壓力達(dá)到一定數(shù)值（低于燃驅(qū)機(jī)跳閘值），安全防爆裝置自動(dòng)打開(kāi)，保證燃驅(qū)機(jī)排氣口壓力值不超標(biāo)，這個(gè)是第二道保護(hù)措施。在余熱機(jī)組恢復(fù)啟動(dòng)情況下，因?yàn)殄仩t需要緩慢升壓，則要求燃驅(qū)機(jī)排大氣口快關(guān)閥緩慢關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐高溫廢氣的進(jìn)氣量的穩(wěn)步增加。因此，排大氣出口快開(kāi)慢關(guān)閥是整個(gè)連鎖設(shè)計(jì)的重中之重，也是檢驗(yàn)整個(gè)工程成敗的關(guān)鍵因素，必須引起足夠重視。

5）風(fēng)機(jī)備用。按常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組設(shè)置，風(fēng)機(jī)不設(shè)備用。對(duì)于余熱發(fā)電，建議不設(shè)備用，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)擋板密閉性不嚴(yán)，在一臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的情況下，備用風(fēng)機(jī)也會(huì)成為煙氣通道，同時(shí)因?yàn)閭溆脗?cè)煙氣量少，煙氣中的水蒸汽會(huì)在葉片凝結(jié)，進(jìn)而加速風(fēng)機(jī)的腐蝕速度。

6）規(guī)范使用。因?yàn)閴簹庹疽呀?jīng)投運(yùn)，余熱電站必須在壓氣站外另選廠址建設(shè)，因此工程性質(zhì)雖然為燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)，實(shí)際上余熱電站側(cè)沒(méi)有任何可燃物的存在，因此不必要生搬硬套《燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電廠設(shè)計(jì)規(guī)定》，可以借鑒余熱發(fā)電方面的技術(shù)規(guī)定，避免將消防等安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提的過(guò)高。

3 結(jié)束語(yǔ)

2014年5月，中俄簽訂天然氣供應(yīng)協(xié)議，供氣管線途徑人煙稀少的西伯利亞地區(qū)，因此，其升壓站采用燃驅(qū)機(jī)的可能性較大，這就為壓氣站的余熱利用創(chuàng)造了條件。因此，在中俄輸氣管道設(shè)計(jì)開(kāi)展階段，希望借鑒國(guó)內(nèi)壓氣站余熱的成功嘗試，在壓氣站設(shè)計(jì)階段做好余熱利用同步建設(shè)或條件預(yù)留，實(shí)現(xiàn)能源利用的最大化。

參考文獻(xiàn)

[1]美國(guó)GE技術(shù)資料.PGT25+SAC Performance Maps.2002.

[2]中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司.甘肅各壓氣站設(shè)計(jì)文件.2010.

[3]李笑樂(lè).工程熱力學(xué)[M].北京：水利電力出版社，1993.

[4]鄭體寬.熱力發(fā)電廠[M].北京：水利電力出版社，1992.

[5]溫高.發(fā)電廠空冷技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.endprint

摘 要 根據(jù)中石油西氣東輸二線壓氣站余熱回收的工程案例實(shí)踐，著重研究了余熱回收利用過(guò)程的幾個(gè)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)對(duì)這些技術(shù)點(diǎn)的把握優(yōu)化，保證了余熱利用的安全可靠，在西氣東輸沿線壓氣站具有很好的推廣實(shí)用價(jià)值，另一方面也將對(duì)俄羅斯向中國(guó)輸氣管線的設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞 壓氣站；燃驅(qū)機(jī)；余熱發(fā)電；控制連鎖；空冷技術(shù)

中圖分類號(hào)：TK431 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0137-01

西氣東輸二線是我國(guó)第一條引進(jìn)境外天然氣的大型管道工程，主供氣源為土庫(kù)曼斯坦、哈薩克斯坦等中亞國(guó)家的天然氣。氣源從霍爾果斯進(jìn)入西氣東輸二線管道，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、湖北、江西、湖南、廣東、廣西等10個(gè)省區(qū)市，干線全長(zhǎng)4895千米，加上若干條支線，管道總長(zhǎng)度超過(guò)9102千米。

由于西氣東輸二線管道輸送距離遠(yuǎn)，沿途壓損大，需要進(jìn)行沿程升壓，抵消壓力損耗，沿程約每200千米設(shè)置一座天然氣升壓站（以下簡(jiǎn)稱壓氣站）。而在廣袤的西部地區(qū)，大多數(shù)壓氣站建在戈壁荒漠，其電網(wǎng)覆蓋率不足，因此，采用了燃機(jī)壓縮機(jī)升壓（以下簡(jiǎn)稱燃驅(qū)機(jī)）。燃驅(qū)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)排出廢氣溫度在470～500℃之間，最高達(dá)到530℃。中石油設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)壓氣站時(shí)，考慮壓氣站一般比較偏遠(yuǎn)，采用燃驅(qū)機(jī)廢氣直接排放方案，不僅造成了空氣熱污染，更是一種熱量的浪費(fèi)。在今天提倡“節(jié)能減排”的大環(huán)境下，有必要對(duì)這部分熱能進(jìn)行回收利用。

1 壓氣站配置

西氣東輸二線從新疆霍爾果斯至寧夏中衛(wèi)段共有11個(gè)壓氣站，通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)拖動(dòng)壓縮機(jī)做功。各壓氣站配置各不相同，常規(guī)配置為三臺(tái)燃驅(qū)機(jī)，正常運(yùn)行兩臺(tái)，備用一臺(tái)。燃驅(qū)機(jī)供貨商主要為美國(guó)GE（通用）和英國(guó)Rolls-Royce（羅爾斯·羅伊斯），其中以GE公司燃機(jī)為主，燃驅(qū)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

機(jī)型 PGT25+ 功率 31364 kW

廢氣流量 84.3 kg/s 廢氣溫 485℃

燃驅(qū)機(jī)做功后高溫乏氣通過(guò)煙道排至機(jī)房頂部，直接對(duì)空排放。

2 余熱利用建議

在余熱回收過(guò)程中，通過(guò)大口徑煙氣管道，將高溫廢氣引入余熱鍋爐，產(chǎn)生高品質(zhì)蒸汽，引入汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為電能。

我們?cè)诟拭C沿線壓氣站余熱回收工程的進(jìn)行了有益嘗試，摸索出以下技術(shù)建議（分析時(shí)按常規(guī)的三臺(tái)燃驅(qū)機(jī)配置，正常運(yùn)行兩運(yùn)一備）。

1）機(jī)組配置。壓氣站燃驅(qū)機(jī)一般為多臺(tái)配置，一般在設(shè)置余熱機(jī)組時(shí)，一方面要考慮運(yùn)行靈活性，同時(shí)還要考慮經(jīng)濟(jì)型。因此，綜合比較后按三臺(tái)燃機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)余熱鍋爐和一套汽輪發(fā)電機(jī)組，在一臺(tái)燃驅(qū)機(jī)故障的情況，機(jī)組保持在50%負(fù)荷，能夠穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也能有效控制投資成本。

2）參數(shù)選擇。因?yàn)槿简?qū)機(jī)排氣溫度達(dá)到485℃（設(shè)計(jì)工況），對(duì)應(yīng)余熱蒸汽有中溫中壓和次中壓參數(shù)供選擇。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用中壓參數(shù)，提高機(jī)組效率。同時(shí)天然氣已經(jīng)經(jīng)過(guò)處理，幾乎不含硫元素，因此，鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)可以忽略酸露點(diǎn)對(duì)尾部受熱面的影響，根據(jù)在水泥余熱發(fā)電已經(jīng)成功應(yīng)用的雙壓設(shè)計(jì)理念，可以完全應(yīng)用在天然氣余熱上。因此，在機(jī)組按雙壓參數(shù)選擇，將排氣溫度控制在95℃左右。

3）汽輪機(jī)乏汽冷卻配置。因?yàn)閴簹庹局饕性谖鞅被哪貐^(qū)，電廠又是耗水大戶，水資源成為困擾發(fā)電設(shè)計(jì)的主要因素。我們根據(jù)國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策，結(jié)合已有的成功應(yīng)用案例，采用直接空冷散熱器，較水冷機(jī)組能有效降低50%以上的耗水量。在污水排放方面，因?yàn)閴簹庹颈容^偏遠(yuǎn)，都缺少相應(yīng)的市政配套，污水需要自己消納處理，因此廢水排污量越大，工程投資越不可控，因此選用空冷機(jī)組也能有效控制成本。

4）系統(tǒng)連鎖控制。此條是設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的因素。通過(guò)增加余熱回收，在燃驅(qū)機(jī)出口設(shè)置三通，其中一個(gè)接口至余熱鍋爐，上面裝設(shè)調(diào)節(jié)擋板，在擋板前設(shè)置安全模板；另一接口直接排大氣，上部裝快開(kāi)閥及消音器。采用上述設(shè)計(jì)方案，主要有以下考慮，當(dāng)燃驅(qū)機(jī)排氣出口壓力達(dá)到一定數(shù)值就會(huì)連鎖燃驅(qū)機(jī)跳閘，進(jìn)而影響廣大的天然氣用戶，無(wú)疑會(huì)成為政治事件，因此此部分設(shè)計(jì)必須安全可靠。在余熱鍋爐側(cè)故障的情況下，必須要求排大氣的快關(guān)閥迅速打開(kāi)，且可靠，一般要求開(kāi)啟時(shí)間控制在0.5 s左右，對(duì)于直徑4200 mm的大管道，要做到這么短的關(guān)閉時(shí)間，必須采用氣動(dòng)或液動(dòng)執(zhí)行器，建議采用進(jìn)口閥門(mén)，此是第一道保護(hù)；在通向余熱鍋爐的調(diào)節(jié)擋板前設(shè)計(jì)安全模板或特制重力式防爆門(mén)，在快關(guān)閥打不開(kāi)或開(kāi)啟時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況，管道壓力達(dá)到一定數(shù)值（低于燃驅(qū)機(jī)跳閘值），安全防爆裝置自動(dòng)打開(kāi)，保證燃驅(qū)機(jī)排氣口壓力值不超標(biāo)，這個(gè)是第二道保護(hù)措施。在余熱機(jī)組恢復(fù)啟動(dòng)情況下，因?yàn)殄仩t需要緩慢升壓，則要求燃驅(qū)機(jī)排大氣口快關(guān)閥緩慢關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐高溫廢氣的進(jìn)氣量的穩(wěn)步增加。因此，排大氣出口快開(kāi)慢關(guān)閥是整個(gè)連鎖設(shè)計(jì)的重中之重，也是檢驗(yàn)整個(gè)工程成敗的關(guān)鍵因素，必須引起足夠重視。

5）風(fēng)機(jī)備用。按常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組設(shè)置，風(fēng)機(jī)不設(shè)備用。對(duì)于余熱發(fā)電，建議不設(shè)備用，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)擋板密閉性不嚴(yán)，在一臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的情況下，備用風(fēng)機(jī)也會(huì)成為煙氣通道，同時(shí)因?yàn)閭溆脗?cè)煙氣量少，煙氣中的水蒸汽會(huì)在葉片凝結(jié)，進(jìn)而加速風(fēng)機(jī)的腐蝕速度。

6）規(guī)范使用。因?yàn)閴簹庹疽呀?jīng)投運(yùn)，余熱電站必須在壓氣站外另選廠址建設(shè)，因此工程性質(zhì)雖然為燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)，實(shí)際上余熱電站側(cè)沒(méi)有任何可燃物的存在，因此不必要生搬硬套《燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電廠設(shè)計(jì)規(guī)定》，可以借鑒余熱發(fā)電方面的技術(shù)規(guī)定，避免將消防等安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提的過(guò)高。

3 結(jié)束語(yǔ)

2014年5月，中俄簽訂天然氣供應(yīng)協(xié)議，供氣管線途徑人煙稀少的西伯利亞地區(qū)，因此，其升壓站采用燃驅(qū)機(jī)的可能性較大，這就為壓氣站的余熱利用創(chuàng)造了條件。因此，在中俄輸氣管道設(shè)計(jì)開(kāi)展階段，希望借鑒國(guó)內(nèi)壓氣站余熱的成功嘗試，在壓氣站設(shè)計(jì)階段做好余熱利用同步建設(shè)或條件預(yù)留，實(shí)現(xiàn)能源利用的最大化。

參考文獻(xiàn)

[1]美國(guó)GE技術(shù)資料.PGT25+SAC Performance Maps.2002.

[2]中國(guó)石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司.甘肅各壓氣站設(shè)計(jì)文件.2010.

[3]李笑樂(lè).工程熱力學(xué)[M].北京：水利電力出版社，1993.

[4]鄭體寬.熱力發(fā)電廠[M].北京：水利電力出版社，1992.

[5]溫高.發(fā)電廠空冷技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.endprint

摘 要 根據(jù)中石油西氣東輸二線壓氣站余熱回收的工程案例實(shí)踐，著重研究了余熱回收利用過(guò)程的幾個(gè)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)對(duì)這些技術(shù)點(diǎn)的把握優(yōu)化，保證了余熱利用的安全可靠，在西氣東輸沿線壓氣站具有很好的推廣實(shí)用價(jià)值，另一方面也將對(duì)俄羅斯向中國(guó)輸氣管線的設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞 壓氣站；燃驅(qū)機(jī)；余熱發(fā)電；控制連鎖；空冷技術(shù)

中圖分類號(hào)：TK431 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）13-0137-01

西氣東輸二線是我國(guó)第一條引進(jìn)境外天然氣的大型管道工程，主供氣源為土庫(kù)曼斯坦、哈薩克斯坦等中亞國(guó)家的天然氣。氣源從霍爾果斯進(jìn)入西氣東輸二線管道，途經(jīng)新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、湖北、江西、湖南、廣東、廣西等10個(gè)省區(qū)市，干線全長(zhǎng)4895千米，加上若干條支線，管道總長(zhǎng)度超過(guò)9102千米。

由于西氣東輸二線管道輸送距離遠(yuǎn)，沿途壓損大，需要進(jìn)行沿程升壓，抵消壓力損耗，沿程約每200千米設(shè)置一座天然氣升壓站（以下簡(jiǎn)稱壓氣站）。而在廣袤的西部地區(qū)，大多數(shù)壓氣站建在戈壁荒漠，其電網(wǎng)覆蓋率不足，因此，采用了燃機(jī)壓縮機(jī)升壓（以下簡(jiǎn)稱燃驅(qū)機(jī)）。燃驅(qū)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)排出廢氣溫度在470～500℃之間，最高達(dá)到530℃。中石油設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)壓氣站時(shí)，考慮壓氣站一般比較偏遠(yuǎn)，采用燃驅(qū)機(jī)廢氣直接排放方案，不僅造成了空氣熱污染，更是一種熱量的浪費(fèi)。在今天提倡“節(jié)能減排”的大環(huán)境下，有必要對(duì)這部分熱能進(jìn)行回收利用。

1 壓氣站配置

西氣東輸二線從新疆霍爾果斯至寧夏中衛(wèi)段共有11個(gè)壓氣站，通過(guò)燃?xì)廨啓C(jī)拖動(dòng)壓縮機(jī)做功。各壓氣站配置各不相同，常規(guī)配置為三臺(tái)燃驅(qū)機(jī)，正常運(yùn)行兩臺(tái)，備用一臺(tái)。燃驅(qū)機(jī)供貨商主要為美國(guó)GE（通用）和英國(guó)Rolls-Royce（羅爾斯·羅伊斯），其中以GE公司燃機(jī)為主，燃驅(qū)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

機(jī)型 PGT25+ 功率 31364 kW

廢氣流量 84.3 kg/s 廢氣溫 485℃

燃驅(qū)機(jī)做功后高溫乏氣通過(guò)煙道排至機(jī)房頂部，直接對(duì)空排放。

2 余熱利用建議

在余熱回收過(guò)程中，通過(guò)大口徑煙氣管道，將高溫廢氣引入余熱鍋爐，產(chǎn)生高品質(zhì)蒸汽，引入汽輪機(jī)，推動(dòng)汽輪機(jī)做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為電能。

我們?cè)诟拭C沿線壓氣站余熱回收工程的進(jìn)行了有益嘗試，摸索出以下技術(shù)建議（分析時(shí)按常規(guī)的三臺(tái)燃驅(qū)機(jī)配置，正常運(yùn)行兩運(yùn)一備）。

1）機(jī)組配置。壓氣站燃驅(qū)機(jī)一般為多臺(tái)配置，一般在設(shè)置余熱機(jī)組時(shí)，一方面要考慮運(yùn)行靈活性，同時(shí)還要考慮經(jīng)濟(jì)型。因此，綜合比較后按三臺(tái)燃機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)余熱鍋爐和一套汽輪發(fā)電機(jī)組，在一臺(tái)燃驅(qū)機(jī)故障的情況，機(jī)組保持在50%負(fù)荷，能夠穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也能有效控制投資成本。

2）參數(shù)選擇。因?yàn)槿简?qū)機(jī)排氣溫度達(dá)到485℃（設(shè)計(jì)工況），對(duì)應(yīng)余熱蒸汽有中溫中壓和次中壓參數(shù)供選擇。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用中壓參數(shù)，提高機(jī)組效率。同時(shí)天然氣已經(jīng)經(jīng)過(guò)處理，幾乎不含硫元素，因此，鍋爐設(shè)計(jì)時(shí)可以忽略酸露點(diǎn)對(duì)尾部受熱面的影響，根據(jù)在水泥余熱發(fā)電已經(jīng)成功應(yīng)用的雙壓設(shè)計(jì)理念，可以完全應(yīng)用在天然氣余熱上。因此，在機(jī)組按雙壓參數(shù)選擇，將排氣溫度控制在95℃左右。

3）汽輪機(jī)乏汽冷卻配置。因?yàn)閴簹庹局饕性谖鞅被哪貐^(qū)，電廠又是耗水大戶，水資源成為困擾發(fā)電設(shè)計(jì)的主要因素。我們根據(jù)國(guó)家的產(chǎn)業(yè)政策，結(jié)合已有的成功應(yīng)用案例，采用直接空冷散熱器，較水冷機(jī)組能有效降低50%以上的耗水量。在污水排放方面，因?yàn)閴簹庹颈容^偏遠(yuǎn)，都缺少相應(yīng)的市政配套，污水需要自己消納處理，因此廢水排污量越大，工程投資越不可控，因此選用空冷機(jī)組也能有效控制成本。

4）系統(tǒng)連鎖控制。此條是設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的因素。通過(guò)增加余熱回收，在燃驅(qū)機(jī)出口設(shè)置三通，其中一個(gè)接口至余熱鍋爐，上面裝設(shè)調(diào)節(jié)擋板，在擋板前設(shè)置安全模板；另一接口直接排大氣，上部裝快開(kāi)閥及消音器。采用上述設(shè)計(jì)方案，主要有以下考慮，當(dāng)燃驅(qū)機(jī)排氣出口壓力達(dá)到一定數(shù)值就會(huì)連鎖燃驅(qū)機(jī)跳閘，進(jìn)而影響廣大的天然氣用戶，無(wú)疑會(huì)成為政治事件，因此此部分設(shè)計(jì)必須安全可靠。在余熱鍋爐側(cè)故障的情況下，必須要求排大氣的快關(guān)閥迅速打開(kāi)，且可靠，一般要求開(kāi)啟時(shí)間控制在0.5 s左右，對(duì)于直徑4200 mm的大管道，要做到這么短的關(guān)閉時(shí)間，必須采用氣動(dòng)或液動(dòng)執(zhí)行器，建議采用進(jìn)口閥門(mén)，此是第一道保護(hù)；在通向余熱鍋爐的調(diào)節(jié)擋板前設(shè)計(jì)安全模板或特制重力式防爆門(mén)，在快關(guān)閥打不開(kāi)或開(kāi)啟時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況，管道壓力達(dá)到一定數(shù)值（低于燃驅(qū)機(jī)跳閘值），安全防爆裝置自動(dòng)打開(kāi)，保證燃驅(qū)機(jī)排氣口壓力值不超標(biāo)，這個(gè)是第二道保護(hù)措施。在余熱機(jī)組恢復(fù)啟動(dòng)情況下，因?yàn)殄仩t需要緩慢升壓，則要求燃驅(qū)機(jī)排大氣口快關(guān)閥緩慢關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)余熱鍋爐高溫廢氣的進(jìn)氣量的穩(wěn)步增加。因此，排大氣出口快開(kāi)慢關(guān)閥是整個(gè)連鎖設(shè)計(jì)的重中之重，也是檢驗(yàn)整個(gè)工程成敗的關(guān)鍵因素，必須引起足夠重視。

5）風(fēng)機(jī)備用。按常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組設(shè)置，風(fēng)機(jī)不設(shè)備用。對(duì)于余熱發(fā)電，建議不設(shè)備用，因?yàn)轱L(fēng)機(jī)入口調(diào)節(jié)擋板密閉性不嚴(yán)，在一臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行的情況下，備用風(fēng)機(jī)也會(huì)成為煙氣通道，同時(shí)因?yàn)閭溆脗?cè)煙氣量少，煙氣中的水蒸汽會(huì)在葉片凝結(jié)，進(jìn)而加速風(fēng)機(jī)的腐蝕速度。

6）規(guī)范使用。因?yàn)閴簹庹疽呀?jīng)投運(yùn)，余熱電站必須在壓氣站外另選廠址建設(shè)，因此工程性質(zhì)雖然為燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)，實(shí)際上余熱電站側(cè)沒(méi)有任何可燃物的存在，因此不必要生搬硬套《燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電廠設(shè)計(jì)規(guī)定》，可以借鑒余熱發(fā)電方面的技術(shù)規(guī)定，避免將消防等安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提的過(guò)高。

3 結(jié)束語(yǔ)

2014年5月，中俄簽訂天然氣供應(yīng)協(xié)議，供氣管線途徑人煙稀少的西伯利亞地區(qū)，因此，其升壓站采用燃驅(qū)機(jī)的可能性較大，這就為壓氣站的余熱利用創(chuàng)造了條件。因此，在中俄輸氣管道設(shè)計(jì)開(kāi)展階段，希望借鑒國(guó)內(nèi)壓氣站余熱的成功嘗試，在壓氣站設(shè)計(jì)階段做好余熱利用同步建設(shè)或條件預(yù)留，實(shí)現(xiàn)能源利用的最大化。

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