淺論西氣東輸燃?jí)簷C(jī)組的選型及改造

淺論西氣東輸燃?jí)簷C(jī)組的選型及改造0概述據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前西氣東輸一線、二線已有各種型號(hào)的燃?jí)簷C(jī)組116臺(tái)套，并且還有快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)。提高燃?jí)簷C(jī)組綜合熱效率是降低管輸能耗的重要途徑。某公司一再宣稱(chēng):每提高燃機(jī)熱效率1%，每臺(tái)機(jī)組每年可以為用戶(hù)節(jié)約運(yùn)行成本12.5萬(wàn)美元。但是，僅靠提高燃機(jī)熱效率一項(xiàng)技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)槿紮C(jī)單循環(huán)熱效率每提高1%不僅十分困難，而且代價(jià)十分高昂。如果設(shè)備選型及配套不當(dāng)，每臺(tái)機(jī)組熱效率損失近10個(gè)百分是常常不為人們所知道的。對(duì)于這一重大課題，我們?cè)?000～2012年，曾在《石油規(guī)劃設(shè)計(jì)》《中國(guó)能源》《熱能動(dòng)力工程》等學(xué)術(shù)期刋，陸續(xù)發(fā)表了針對(duì)西氣東輸燃?jí)簷C(jī)組設(shè)備選型、新技術(shù)應(yīng)用等方面的學(xué)術(shù)論文共8篇。筆者的絕大多數(shù)觀點(diǎn)、論點(diǎn)不僅被西氣東輸?shù)纳a(chǎn)實(shí)踐所證實(shí)，而且也被SIEMENS等國(guó)際大公司所采用，為節(jié)能減排做出了一定的貢獻(xiàn)。

這些文章是:“燃?xì)廨啓C(jī)在天然氣輸氣管道上的選用”《中國(guó)能源》2OO0年第4期陳仁貴“輸氣管道壓氣站裝機(jī)功率及備用系數(shù)的選擇”《石油規(guī)劃設(shè)計(jì)》2000年第6期陳仁貴

“噴霧蒸發(fā)冷卻器在燃?xì)廨啓C(jī)上的應(yīng)用”

《2001年亞太地區(qū)燃機(jī)大會(huì)(ASME)特約征文》第一作者陳仁貴“論噴霧蒸發(fā)冷卻技術(shù)在西氣東輸工程上的應(yīng)用”《石油規(guī)劃設(shè)計(jì)》2002年陳仁貴“燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)霜分析及對(duì)策”《熱能動(dòng)力工程》2005年4期陳仁責(zé)“論天然氣長(zhǎng)輸管道機(jī)組功率選擇及配置”《熱能動(dòng)力工程》2010年4期高順華陳仁貴“再論噴霧蒸發(fā)冷卻技術(shù)在西氣東輸工程上的應(yīng)用”

2011年石油學(xué)會(huì)儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)委會(huì)陳仁貴

“噴霧蒸發(fā)冷卻技術(shù)在西氣東輸燃?jí)簷C(jī)組上應(yīng)用的可行性研究”

《熱能動(dòng)力工程》2012年第4期郭剛宋志剛陳仁貴合著根據(jù)我們的理論和實(shí)踐:在具備一定條件的站場(chǎng)，如果采用國(guó)內(nèi)已有的一系列新技術(shù)、新設(shè)備，可以用不太多的投入，使西氣東輸某些已建燃?jí)簷C(jī)組燃?xì)庀牧拷档?5%以上，這不僅完全有可能，而且用3～4年的時(shí)間就可以收回全部投資。我們可以通過(guò)以下4個(gè)方面的技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。1選擇功率合適的燃?jí)簷C(jī)組筆者于2012年9月8日從西部管道公司了解到:該公司燃?jí)赫救細(xì)庾院牧康馁M(fèi)用已占其總運(yùn)營(yíng)成本的90%以上，這引起公司領(lǐng)導(dǎo)們的高度重視。筆者初步認(rèn)為:這主要是機(jī)組功率配置不合理的原因所造成。任何一條輸氣管線，從投產(chǎn)初期到滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行都有一個(gè)時(shí)間過(guò)程;即使在達(dá)到設(shè)計(jì)能力后，每年不同時(shí)節(jié)的輸氣量也不盡相同。由于燃機(jī)和壓縮機(jī)的固有特性，只有多臺(tái)小機(jī)組或大/小功率機(jī)組組合才能滿(mǎn)足在各種輸量條件下達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。1.1離心式壓縮機(jī)的固有特性，它的流量調(diào)范圍和高效區(qū)范圍都十分窄小。圖1某壓縮機(jī)工作特性圖圖1是某站配置的某型燃驅(qū)壓縮機(jī)的工作特性圖。它能滿(mǎn)足輸氣量10.48～17.5億/年的設(shè)計(jì)要求，共有六個(gè)設(shè)計(jì)工況點(diǎn)。從圖2看：1.2.3工況點(diǎn)是在燃機(jī)的高效區(qū)，但在壓縮機(jī)的低效區(qū)；4.5.6工況點(diǎn)是在燃機(jī)的低效區(qū)，但在壓縮機(jī)的高效區(qū)。在比較大的流量范圍內(nèi)，要同時(shí)滿(mǎn)足都在高效區(qū)一般較難。對(duì)該機(jī)型而言，6號(hào)工況點(diǎn)的喘振余量已接近設(shè)計(jì)極限值的10%。結(jié)合文字說(shuō)明:它的輸量范圍僅為最大輸量的40.1%。當(dāng)輸量從17.5～10.48億/年變化時(shí)，由于機(jī)組在夏季出力受限制，這時(shí)機(jī)組的總效率為22.81%～18.77%，十分低下。1.2燃機(jī)的負(fù)荷/效率特性對(duì)管輸運(yùn)營(yíng)成本影響極大從圖2可以看到，在ISO狀態(tài)，當(dāng)燃機(jī)負(fù)荷為50%額定時(shí)，熱耗將增加到125%;實(shí)際上，在實(shí)際工況時(shí)，熱耗增加為130%。如果負(fù)荷再低,效率將更低。圖2某燃機(jī)ISO狀態(tài)負(fù)荷/熱耗曲線表1是孔雀河站設(shè)計(jì)計(jì)算的實(shí)際燃機(jī)負(fù)荷率。它即使在各工況滿(mǎn)輸時(shí)，機(jī)組負(fù)荷率也僅為44.1～85.7%。機(jī)組總效率僅為26.57～31.18%。實(shí)際上它們至今都沒(méi)有達(dá)到過(guò)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，燃?xì)廨啓C(jī)的實(shí)際效率很低。據(jù)調(diào)查:

鹽池站的實(shí)際負(fù)荷率僅為27～80%，燃機(jī)的效率更低。西氣東輸管道公司正在研討解決方案，準(zhǔn)備通過(guò)更換壓縮機(jī)大流量機(jī)芯來(lái)提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率，減少站場(chǎng)雙機(jī)運(yùn)行的時(shí)間，從而降低燃料氣的消耗。工況代號(hào)進(jìn)氣溫度單臺(tái)燃機(jī)運(yùn)行參數(shù)機(jī)組總效率環(huán)境溫度有效功率負(fù)荷率108Nm3/a℃℃kW%%XD170KQH-170S22.040.019，95085．730.81KQH-170S22.026.324，08771.031.18KQH-170W14.0-8.530，66250.031.08KQH-170A18.011.627，16660.031.13XD150KQH-150S-W24.028.322，86744.126.57表1某機(jī)組在孔雀河站各種工況下的運(yùn)行參數(shù)筆者也研究分析了西二線某燃機(jī)公司對(duì)洛寧--南昌4個(gè)燃驅(qū)站的投標(biāo)文件。以南昌站為例:看上表所示:在21個(gè)設(shè)計(jì)工況中,機(jī)組所需功率僅為燃機(jī)能夠輸出功率的22.6～80%，其中有13個(gè)工況點(diǎn)的負(fù)荷率都不足50%。這就是說(shuō)，燃機(jī)在絕大部分時(shí)間都是處于“大馬拉小車(chē)”的工作狀態(tài)，熱效率將極低。若此表負(fù)荷預(yù)測(cè)和功率計(jì)算都是正確的，筆者認(rèn)為該站應(yīng)配3×(10～12)MW機(jī)組，而不應(yīng)配3×30MW機(jī)組。雖然某些大機(jī)組在ISO工況下比某些小機(jī)組的熱效率要高一些，但是如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，將造成大機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行在低負(fù)荷。這時(shí)大機(jī)組的實(shí)際熱效率將比小機(jī)組接近滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)的熱效率要低許多。

另外，由于壓縮機(jī)的特性所決定，為滿(mǎn)足投產(chǎn)初期輸量要求，在西一線沿線共設(shè)計(jì)配套了16種不同型號(hào)的壓縮機(jī)機(jī)芯，巳更換了14次，目前還有進(jìn)一步更換大機(jī)芯的計(jì)劃。人們可能只是看到設(shè)備投資上所造成的浪費(fèi)，沒(méi)有看到“大馬拉小車(chē)”造成燃料氣的更大的浪費(fèi)。這也是筆者從2000年起就一直堅(jiān)持推薦采用多臺(tái)小機(jī)組組合或大/小功率機(jī)組兼容配置的主要原因。西氣東輸目前選用的確實(shí)都是世界頂級(jí)的燃?jí)簷C(jī)組，我們也知道西氣東輸當(dāng)初決定統(tǒng)一選擇30MW級(jí)燃機(jī)的初衷。但是，可能是我們過(guò)份相信了供應(yīng)商的片面宣傳(如大修周期5萬(wàn)小時(shí)等)，也可能是我們沒(méi)有考慮到“大馬拉小車(chē)”有如此重大的不利影響。選擇大/小機(jī)組是各有利弊，但“兩弊相權(quán)取其輕”。我們應(yīng)該重新審視這個(gè)選擇大/小機(jī)組的重大問(wèn)題。對(duì)已建的大機(jī)組，我建議可以采取以下的二個(gè)解決辦法來(lái)提高機(jī)組效率:A長(zhǎng)痛不如短痛，拆遷1～2臺(tái)30MW機(jī)組到新站，換上2～1臺(tái)15～20MW的小機(jī)組;B采取其他技術(shù)措施，加大30MW機(jī)組在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際出力，更換大機(jī)芯，輔以調(diào)節(jié)上下游的運(yùn)行參數(shù)，減少燃?jí)簷C(jī)組的運(yùn)行臺(tái)數(shù),盡量讓機(jī)組帶大負(fù)荷。此舉能節(jié)燃料氣8%以上。

2改造現(xiàn)有機(jī)組的進(jìn)氣防冰系統(tǒng)

大慶油田、塔里木油田多年的實(shí)際情況告訴我們:在高寒高濕地區(qū)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)在冬季會(huì)發(fā)生如下圖所示的結(jié)冰堵塞現(xiàn)象，直接影響到燃機(jī)的正常運(yùn)行，2003年，中石化塔河油田就與國(guó)外某燃機(jī)公司和國(guó)內(nèi)某著名大學(xué)合作，但都沒(méi)有能解決這個(gè)世界級(jí)難題。根據(jù)我國(guó)《輕型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣過(guò)濾器》HB7257--2005標(biāo)準(zhǔn)5.5.1.e和西氣東輸燃?jí)簷C(jī)組招標(biāo)文件要求，明確要求燃?jí)簷C(jī)組都要帶有燃機(jī)進(jìn)氣防冰系統(tǒng)。但是，通過(guò)7個(gè)冬季的實(shí)際運(yùn)行，已經(jīng)證明:現(xiàn)有的燃?jí)簷C(jī)組進(jìn)氣防冰系統(tǒng)不僅不能防冰，而且能耗極高，有時(shí)還造成防冰保護(hù)停機(jī)。事實(shí)巳經(jīng)證明:他們的防冰理論和實(shí)際都是錯(cuò)誤的。2.1某公司防冰理論錯(cuò)誤之一某公司在西氣東輸上的防冰設(shè)計(jì)下圖所示。很顯然，這種進(jìn)氣加熱是不能防止進(jìn)氣濾芯的結(jié)冰的。但某公司卻堅(jiān)持認(rèn)為:高效濾芯的結(jié)冰是由于濾芯“擋住了”雨雪中的冰霜，“靠空氣過(guò)濾器自帶的脈沖反沖洗很容易清除掉濾芯上的冰霜”。我們則認(rèn)為:濾芯中冰霜的大部分是由于濾芯本身的節(jié)流降溫效應(yīng)而形成，它會(huì)牢牢地凍結(jié)在濾芯上，靠“脈沖反沖洗”是不能清除掉這些冰霜的。無(wú)數(shù)的實(shí)踐已經(jīng)證明了這一點(diǎn)，SIEMENS公司也不認(rèn)同這些廠商的這種“理論”。2.2某防冰理論錯(cuò)誤之二某公司的防冰設(shè)計(jì)理論曲線如下圖所示。經(jīng)分析研究，這是一條航空發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣防冰設(shè)計(jì)曲線，它并不適合陸用燃機(jī)。根據(jù)這條曲線，某機(jī)組是當(dāng)環(huán)境T1＞4.4℃，and相對(duì)濕度?1＞67%RH時(shí)，燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)就從高壓壓氣機(jī)16級(jí)抽氣向進(jìn)氣道噴灑熱氣流;而另一公司機(jī)組是只要當(dāng)環(huán)境T1＞4.4℃，不論相對(duì)濕度高低，就從低壓壓氣機(jī)5級(jí)抽氣向進(jìn)氣道噴灑熱氣流。它們的加熱溫升最大都是5.6℃。加熱需要熱功率為550～600KW，這需要消耗大量的天然氣。根據(jù)孔雀河站2010.12.23運(yùn)行報(bào)表顯示:機(jī)組防冰系統(tǒng)投運(yùn),機(jī)組要增加127m3/h的天然氣耗量。占整個(gè)燃機(jī)耗氣量的3.3%。這主要是要對(duì)大量的進(jìn)氣加熱，同時(shí)由于進(jìn)氣溫度的提高又會(huì)降低燃機(jī)的熱效率。(附件1)依據(jù)工程熱力學(xué)第一定律，氣流的速度、壓降、溫降的計(jì)算公式為:…….式中:Cp=0.2422

KCaL/kg·℃n=1.4R=287

J/Kg·k

T為Kg=9.8

m/s2A=1/427

Kcal/kg.m

理論分析表明:燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)冰的機(jī)理是燃機(jī)進(jìn)氣氣流速度的變化引起進(jìn)氣氣流溫度的變化;這會(huì)使進(jìn)氣氣流的干球溫度Ta≤露點(diǎn)溫度Td，在一定的濕度條件下，空氣中的水蒸氣會(huì)冰凝成水，造成進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)冰。它的成果條件與氣候和燃機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)均有關(guān)。經(jīng)計(jì)算，某機(jī)組濾芯處溫降為為0.80℃左右，進(jìn)氣喇叭口處的溫降為2.0℃左右，而喇叭口喉口處溫降達(dá)8.5℃。理論計(jì)算和實(shí)測(cè)結(jié)果已經(jīng)證明:陸用燃機(jī)進(jìn)氣速度的增加在喇叭口前使溫度降低最多不超過(guò)3℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于5.6℃。所以，某公司的防冰理論值和設(shè)定值并不正確，這讓用戶(hù)白白消耗大量的天然氣。除此以外，某公司機(jī)組冬天還經(jīng)常發(fā)生“防冰保護(hù)高偏離”，使燃?jí)簷C(jī)組保護(hù)停機(jī)，嚴(yán)重影響西氣東輸冬季的正常生產(chǎn)。(附件2、附件3)我們也找出了某公司防冰保護(hù)停機(jī)的原因。因時(shí)間關(guān)系關(guān)系，這里不作介紹。

西氣東輸已有燃機(jī)進(jìn)氣防冰裝置人機(jī)界面2.3西氣東輸?shù)姆辣碚摷皩?shí)踐針對(duì)以上問(wèn)題，2009年，西氣東輸(管道)公司與三元燃機(jī)公司合作，已經(jīng)很好地解決2種進(jìn)口機(jī)組5臺(tái)燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)冬季防冰問(wèn)題。它的設(shè)計(jì)及控制原理如下圖所示。這種防冰理論和實(shí)踐，不僅解決了燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的防冰問(wèn)題，而且實(shí)現(xiàn)防冰能耗不足原配置系統(tǒng)的5%。它的基本原理是:A加熱溫度只需增加3℃左右，就能有效防止整個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)冰;B燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)只有在T1＞4.4℃and?1＞90%RH時(shí)才會(huì)結(jié)冰，這與T1＞4.4℃and?1＞67%RH條件相比，同時(shí)滿(mǎn)足這二個(gè)條件的時(shí)間幾率僅為某公司設(shè)計(jì)條件的5%。所以能節(jié)能95%以上。國(guó)內(nèi)進(jìn)氣防冰技術(shù)的效果如下圖所示。(附件4)

目前，三元公司利用該項(xiàng)技術(shù)還成功改造了塔里木油田、山東金能2種型號(hào)8臺(tái)進(jìn)口機(jī)組。以一臺(tái)RB211燃機(jī)為例，一個(gè)冬季至少消耗天然氣120天×24h×120Nm3/h=34.56×104方，占機(jī)組耗氣量的3.3%。若將現(xiàn)有的116臺(tái)進(jìn)口機(jī)組都改成國(guó)內(nèi)公司研制的防冰系統(tǒng)，以節(jié)氣95%計(jì)，每年可為中石油節(jié)約天然氣約4000×104Nm3，用1～2年的時(shí)間即可收回全部投資。目前，中油股份公司已獲得該項(xiàng)技術(shù)的專(zhuān)利。專(zhuān)利號(hào)分別為ZL201020696884.6。3盡量降低燃機(jī)的進(jìn)氣溫度3.1進(jìn)氣溫度對(duì)燃機(jī)運(yùn)行的影響西氣東輸?shù)娜級(jí)簷C(jī)組大部分安裝在我國(guó)西部地區(qū)，如下圖所示。這些地區(qū)不僅海拔高，而且夏季干燥炎熱。這些特殊的自然條件對(duì)燃?jí)簷C(jī)組的運(yùn)行帶來(lái)一系列不利影響。我們認(rèn)為:在有條件的站場(chǎng)，采用“噴霧蒸發(fā)冷卻技術(shù)”對(duì)燃機(jī)進(jìn)氣進(jìn)行降溫,這對(duì)提高燃機(jī)的出力、降低燃機(jī)的燃耗、減少NOX排放、延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命等都是十分有益的。這是由于燃機(jī)是以空氣為工質(zhì)，大氣溫度的高低和相對(duì)濕度的大小對(duì)燃機(jī)的工作特性有一系列不利影響?！羧紮C(jī)進(jìn)氣溫度愈高，燃機(jī)的輸出功率愈低一般情況是:進(jìn)氣溫度每升高10℃,機(jī)組功率下降10﹪。某燃機(jī)的功率-溫度特性曲線如圖8所示。◆燃機(jī)進(jìn)氣溫度愈高，燃機(jī)的燃料消耗愈高一般情況是:進(jìn)氣溫度每升高10℃，燃機(jī)的燃耗增加1.5.～2.0﹪。某燃機(jī)的燃耗-溫度特性曲線如圖9所示。圖9某燃機(jī)燃耗-溫度曲線圖10某燃機(jī)進(jìn)氣溫度-濕度-NOX排放曲線◆空氣的相對(duì)濕度愈低，燃機(jī)的NOX排放愈高某燃機(jī)的溫度-濕度-NOX排放特性曲線如圖10所示。進(jìn)氣溫度愈高、相對(duì)濕度愈低，NOX排放愈高。我們認(rèn)為，這些問(wèn)題通過(guò)“噴霧蒸發(fā)冷卻”的技術(shù)改造，是可以十分經(jīng)濟(jì)合理地解決這個(gè)問(wèn)題。3.2

蒸發(fā)冷卻技術(shù)簡(jiǎn)介水在空氣中自然蒸發(fā)時(shí)，會(huì)吸收空氣中的顯熱轉(zhuǎn)變成水蒸氣的潛熱，從而起到空氣的冷卻降溫作用。這就是“濕球溫度Ta”≤“干球溫度Tw”的原因。通過(guò)計(jì)算可知，1Kg的水在空氣中完全蒸發(fā)時(shí)，會(huì)吸收空氣中2550KJ左右的熱量。這是一種取之不盡用之不竭的綠色能源。水蒸氣的干球溫度-濕球溫度-相對(duì)濕度關(guān)系曲線如圖10所示。我們可以看到：空氣溫度愈高，相對(duì)濕度愈低，蒸發(fā)冷卻效果愈好。例如：孔雀河站當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?0.2KPa，相對(duì)濕度為10%，通過(guò)蒸發(fā)冷器將濕度提高至85%時(shí)，空氣的溫度可以從40℃降到19℃，降幅達(dá)21℃。特別是它僅消耗少量的水，幾乎不消耗其他能量，其優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。圖11空氣干球溫度Ta

濕球溫度TW相對(duì)濕度?%RH的關(guān)系由于這種技術(shù)的特點(diǎn),所以西方許多國(guó)家已經(jīng)強(qiáng)制立法:在需要空氣降溫的場(chǎng)合,只要條件許可,應(yīng)該優(yōu)先采用蒸發(fā)冷卻技術(shù)。圖11是國(guó)外常用的蒸發(fā)冷卻器結(jié)構(gòu)原理圖。圖12是克拉瑪依電廠為GE6111FA燃機(jī)配套的蒸發(fā)冷卻器。但是，傳統(tǒng)的蒸發(fā)冷卻器體積龐大，不便進(jìn)行技術(shù)改造；蒸發(fā)效率較低；系統(tǒng)阻力大，不用時(shí)燃機(jī)出力有影響。盡管如此，它在燃機(jī)上應(yīng)用仍很普遍。圖12濕膜介質(zhì)式蒸發(fā)冷卻器

圖13克拉瑪依電廠配套的蒸發(fā)冷卻器

塔里木油田擁有各種燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組30臺(tái)套。在時(shí)任塔里木油田總經(jīng)理廖永遠(yuǎn)的大力支持下，塔里木油田公司與中船重工703所合作，研制成功了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“噴霧蒸發(fā)冷卻器”，首批6臺(tái)噴霧蒸發(fā)冷卻器在輪南燃機(jī)電站已成功運(yùn)行了12年。圖14與SOLAR機(jī)組配套的噴霧蒸發(fā)冷卻器3.3工作原理噴霧蒸發(fā)冷卻器工作原理如下圖所示。1--排污水2—液位控制閥3—排污閥4—給水泵5—調(diào)節(jié)閥6—放大器7—PLC控制8—噴嘴9—進(jìn)氣道10—?dú)鈮河?jì)11—溫度計(jì)12—前濕度計(jì)13—流量計(jì)14—后溫度計(jì)15—后濕度計(jì)16—水霧分離器它的工作原理是：將一定技術(shù)要求的水經(jīng)中壓水泵4增壓到2.5Mpa以上，由特制噴嘴8將水噴入進(jìn)氣道，霧化水在極短的時(shí)間(＜0.5S）內(nèi)快速蒸發(fā)，將空氣的顯熱轉(zhuǎn)變成水蒸氣的潛熱，從而達(dá)到蒸發(fā)冷卻的目的。噴水量由燃機(jī)進(jìn)氣量Qy、空氣干球溫度ta、空氣相對(duì)濕度?1所決定，它受PLC控制。未被蒸發(fā)的水經(jīng)過(guò)水霧分離器分離后回到水箱1。水的快速蒸發(fā)技術(shù)和水霧分離技術(shù)是該項(xiàng)技術(shù)的核心。它的最大特點(diǎn)是體積較小、蒸發(fā)效率高、使用壽命長(zhǎng)、利于工程改造。3.4技術(shù)優(yōu)勢(shì)專(zhuān)家們?cè)鴮?duì)輪南一臺(tái)噴霧蒸發(fā)冷卻器進(jìn)行過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如表2所示。測(cè)試表明:在新疆輪南地區(qū)，當(dāng)ta=38.9℃，相對(duì)濕度=15.4%時(shí)，使用噴霧蒸發(fā)冷卻技術(shù)，能使燃機(jī)進(jìn)氣溫度降低20.1,℃功率凈增20.84%,效率增加1.16～5.63%。效果十分顯著。試驗(yàn)日期大氣溫度ta℃大氣相對(duì)濕度φ1%噴水后進(jìn)氣溫△t℃功率增加值（凈）%效率增加值（凈）%T5溫度℃2000.08.0938.915.420.120.845.63683表2等溫運(yùn)行測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)表3.5改造方案我們暫以孔雀河站PGT25+機(jī)組為例進(jìn)行方案論證。

設(shè)計(jì)依據(jù)GE相關(guān)技術(shù)資料年最高氣溫40℃夏季相對(duì)濕度(平均)20%（左右）海拔1077.52m3.5.1運(yùn)行參數(shù)分析圖15是PGT25+燃機(jī)在某站進(jìn)口溫度40℃時(shí)的轉(zhuǎn)速-功率-熱耗曲線，圖16是PCL802壓縮機(jī)的特性曲線，表3是該站在各種設(shè)計(jì)工況下溫度-輸量-功率-熱耗的理論計(jì)算值。圖15PGT25+燃機(jī)轉(zhuǎn)速-功率-熱耗曲線（壓氣機(jī)進(jìn)口溫度40.℃）

圖16PCL802壓縮機(jī)特性曲線大氣溫度℃-505.010152025303540輸出功率kW3293231364l2995328541272572603024859237402267221652熱耗kJ/kWh86018754890690619219937995439709987810049排氣溫度℃495499505511518524531539548557從上述曲線和列表可以看到：對(duì)于PGT25+燃機(jī)，在滿(mǎn)工況時(shí)，進(jìn)氣溫度每升高10℃，其輸出功率會(huì)下降10%左右，熱耗上升3.5%左右；而且隨著燃機(jī)負(fù)荷的降低，其熱耗上升更快:當(dāng)功率降至55%時(shí)，它的熱耗上升至130%左右。

當(dāng)燃機(jī)因海抜、溫度等原因出力不夠，又不得不開(kāi)雙機(jī)時(shí),就會(huì)出現(xiàn)上圖所示的極端情況。溫度變化對(duì)燃機(jī)性能的影響，如下表所示：特別是在KQH-150S-W工況，由于燃機(jī)和壓縮機(jī)的聯(lián)合特性的限制，當(dāng)輸量為4433×104Nm3/d時(shí)，壓縮機(jī)總功率為24MW，而燃機(jī)在40℃時(shí)輸出功率為21.652MW，28℃時(shí)輸出功率為24.4MW，考慮到效率折減等原因，所以只要環(huán)境溫度高于28.3℃，就必須開(kāi)雙機(jī)，這時(shí)機(jī)組的負(fù)荷率僅44.1%，總效率26.57%。我們認(rèn)為:在夏季高溫時(shí)期，只要把燃機(jī)進(jìn)氣溫度降至28℃以下,當(dāng)日輸量小于4433×104Nm3/d(184.72×104Nm3/y)，燃機(jī)仍有足夠的功率輸出，完全可以不開(kāi)雙機(jī)。這能大幅降低燃機(jī)的燃料消耗。即使是單機(jī)運(yùn)行，也能提高燃機(jī)效率5%左右。如果將壓縮機(jī)換成大機(jī)芯，節(jié)能效果將更好。5%10%l20%25%30%35%45℃19.3621.9424.3026.4628.4630.3232.0640℃17.0719.2521.2723.1524.9126.5628.1135℃14.7116.5318.2419.8621.3822.8224.2030℃12.2713.7815.2116.5717.8719.1220.3125℃9.7310.9512.1413.2714.3715.4216.4420℃7.058.049.009.9310.8411.7212.58從表4中可以看出，當(dāng)大氣溫度為40℃，相對(duì)濕度為5～35%RH時(shí)，只要蒸發(fā)冷卻器使空氣相對(duì)濕度加濕到85%RH，空氣的溫度就能降至17.07～28.11℃，降溫幅度為22.93～11.89℃。同時(shí)還看出，只要相對(duì)濕度低于25%RH,即使環(huán)境溫度達(dá)到45℃，燃機(jī)進(jìn)氣溫度也能降至28.46℃以下。而庫(kù)爾勒地區(qū)夏季的相對(duì)濕度＜20%RH，這是西部地區(qū)采用該項(xiàng)技術(shù)的自然優(yōu)勢(shì)。表4不同干球溫度和相對(duì)濕度下的蒸發(fā)冷卻器出口溫度值(?2=85%RH)噴霧蒸發(fā)冷卻器工作時(shí)要消耗一定量的水。GE/PGT25+滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)實(shí)際耗水量與干球溫度--相對(duì)濕度和進(jìn)氣量有關(guān),它們的關(guān)系曲線如圖17所示。根據(jù)以上分析比較，我們認(rèn)為在孔雀河燃?jí)赫静捎谜舭l(fā)冷卻方案合理可行的。圖17PGT25+燃機(jī)耗水量-溫度-濕度的關(guān)系曲線3.5.2實(shí)施方案由于西氣東輸1設(shè)計(jì)時(shí)未給蒸發(fā)冷卻器改造預(yù)留空間位置，這給改造帶來(lái)一定的困難。但是，我們認(rèn)為還是有辦法進(jìn)行改造:把空氣過(guò)濾器四周沿立柱用雙層隔熱彩鋼板隔離，在機(jī)組進(jìn)氣前側(cè)增設(shè)1臺(tái)噴霧蒸發(fā)冷卻器，兩側(cè)裝設(shè)鋼制密封門(mén)，以有效地防止無(wú)組織的進(jìn)風(fēng)，如圖18所示。在蒸發(fā)冷卻器不投運(yùn)時(shí)打開(kāi)二側(cè)密封門(mén)，利于脈沖自清式空氣過(guò)濾器自動(dòng)清灰。圖18

進(jìn)氣系統(tǒng)改造及蒸發(fā)冷卻器布置方案3.5.3經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)以孔雀河站改造為例，總投資約400萬(wàn)元，效益在以下5個(gè)方面：

1)提高燃?xì)廨啓C(jī)出力某機(jī)組價(jià)格約1355萬(wàn)美元，平均出力25000kW，考慮機(jī)組的其它建設(shè)費(fèi)用，折算成單位功率造價(jià)約650美元/kW。應(yīng)用蒸發(fā)冷卻器，按平均提高功率18%計(jì)算，增加功率約4500KW，投入資金63.5萬(wàn)美元，折算成單位功率造價(jià)141.1美元/kW，單位功率造價(jià)不到新購(gòu)機(jī)組單位功率造價(jià)的22%。

2)節(jié)約能源該項(xiàng)改造能使燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣溫度降低16.8～22.9℃（以最大相對(duì)濕度30%RH計(jì)），即燃?xì)廨啓C(jī)出力能提高17～23%，這樣可以避免夏季開(kāi)雙機(jī)，極大地降低燃料消耗，綜合熱效率能平均提高10%左右，節(jié)約天然氣量1.0×104Nm3/d。目前極限情況是:在相同輸量的情況下，夏季比冬季多耗氣8～9×104Nm3/d。若將壓縮機(jī)機(jī)芯換大，節(jié)能效果更好。即使不開(kāi)雙機(jī)，若單機(jī)消耗天然氣10×104Nm3/d，夏季平均降溫15℃，熱效率提高5%，日節(jié)約天然氣10×104Nm3/d×0.05=5000Nm3/d。若更換成大機(jī)芯，節(jié)能效果將更好。3)延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命降低了燃機(jī)的進(jìn)口溫度，也就直接降低了燃機(jī)的初溫，而燃機(jī)的使用壽命主要由燃機(jī)初溫的高低所決定。毫無(wú)疑問(wèn)，采用噴霧蒸發(fā)冷卻，能夠有效地延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命。考慮到可以避免開(kāi)雙機(jī)，減少機(jī)組的運(yùn)行小時(shí)，因此，每年節(jié)約約10萬(wàn)美元的機(jī)組大修費(fèi)用。4)利于環(huán)保由于降低了進(jìn)氣溫度，提高了相對(duì)濕度，燃機(jī)NOx排放能降低40％以上，即單臺(tái)機(jī)組降低NOX排放約800Kg/d。若按國(guó)外以排污數(shù)量計(jì)價(jià)收費(fèi)，則價(jià)格不裴，意義重大。很顯然，這是一個(gè)典型的節(jié)能環(huán)保項(xiàng)目。即使不計(jì)環(huán)保收益，1～2年就可以收回全部投資。該項(xiàng)成果于2002年6月通過(guò)了中船重工的科技成果鑒定并獲國(guó)家專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)ZL00207392.7。該項(xiàng)技術(shù)被業(yè)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者評(píng)為“處于國(guó)際領(lǐng)先水平”。

4采用聯(lián)合循環(huán)技術(shù)4.1簡(jiǎn)述

目前，最為先進(jìn)的30MW級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)簡(jiǎn)單循環(huán)熱效率在40%～41％之間。如果將燃機(jī)500℃左右的排氣后配余熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組成的燃－蒸聯(lián)合循環(huán)，綜合熱效率可以達(dá)到50％～55％，熱效率提高10～15個(gè)百分點(diǎn)。若采用熱電聯(lián)供，熱效率可達(dá)80%以上。

塔里木油田現(xiàn)有各種燃機(jī)24臺(tái)，其中有12臺(tái)是熱—電—冷—?jiǎng)痈鞣N型式的聯(lián)合循環(huán)，有的綜合熱效率達(dá)83%。

考慮到西氣東輸所有站場(chǎng)大都采用“2＋1”或“2＋0”配置，不少機(jī)組常年處于“大馬拉小車(chē)”的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)際運(yùn)行工況點(diǎn)大都不在設(shè)計(jì)的高效區(qū)內(nèi)。若將蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)1～2臺(tái)20～10MW左右的小壓縮機(jī)，則運(yùn)行方式更靈活，綜合熱效率會(huì)更高。

4.2燃－蒸聯(lián)合循環(huán)方案

暫以瑪納斯站為例，1臺(tái)燃機(jī)后配1臺(tái)余熱鍋爐，2臺(tái)余熱鍋爐配1臺(tái)或2臺(tái)蒸汽輪機(jī)。根據(jù)計(jì)算，在年平均溫度時(shí)，單臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)排氣余熱可產(chǎn)生32.6t/h中溫（450℃）中壓（3.82MPa）過(guò)熱蒸汽，2臺(tái)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽(66t/h)，使汽輪機(jī)總出力為15800Kw。若增加補(bǔ)燃裝置，補(bǔ)燃實(shí)耗天然氣757Nm3/h，在年平均溫度時(shí)，單臺(tái)燃機(jī)可產(chǎn)生43t/h中溫（450℃）中壓（3.82MPa）過(guò)熱蒸汽，2臺(tái)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽（86t/h），使汽輪機(jī)出力達(dá)到21000KW。

這樣可以配置一臺(tái)20MW級(jí)或二臺(tái)10MW級(jí)天然氣壓縮機(jī)，運(yùn)行調(diào)節(jié)更為方便，節(jié)能更顯著。序號(hào)名稱(chēng)單位無(wú)補(bǔ)燃方案補(bǔ)燃方案設(shè)計(jì)工況校核工況設(shè)計(jì)工況校核工況1環(huán)境溫度℃6.639.66.639.62燃機(jī)燃料天然氣天然氣天然氣天然氣3燃機(jī)出口煙溫℃4965324965324鍋爐進(jìn)口煙溫℃493529565.4660.75燃機(jī)煙氣重量流量t/h2