中石油西氣東輸管道公司

1 壓氣站功能介紹

西氣東輸壓縮機站是天然氣管道增壓泵站，其主要任務(wù)是為長(cháng)輸管道加壓，提高天然氣管道的輸送壓力和輸氣能力。加壓站分為電驅站及燃驅站，其中燃驅站以地面衍生型航空發(fā)動(dòng)機為動(dòng)力輸出源。燃驅站發(fā)動(dòng)機多采用GE公司生產(chǎn)的燃氣輪機，主要結構包括17級壓氣站、單環(huán)形燃燒室、高壓渦輪，以及潤滑、消防、液壓?jiǎn)��?dòng)等輔助系統，燃料為天然氣。天然氣在燃燒室燃燒后形成的過(guò)熱混合氣體經(jīng)高壓渦輪帶動(dòng)動(dòng)力渦輪旋轉，動(dòng)力渦輪通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)離心式壓縮機，進(jìn)而為天然氣管道加壓。驅動(dòng)渦輪后剩余約500 ℃高溫尾氣通過(guò)排煙道被排至大氣中，造成大量的能源浪費。余熱發(fā)電正是要利用鍋爐回收這部分能量，用以發(fā)電。筆者對該項目的可行性及注意事項進(jìn)行論述。

2 燃氣輪機的基本性能參數

機組配置： PGT25+PLUS燃氣輪機+PCL802離心壓縮機

制造廠(chǎng)家：美國通用電氣新庇隆公司（GE/NP）

型式： LM2500型雙軸航改型工業(yè)燃氣輪機壓縮機組

基本功率： 31 364 kW

控制系統： Mark Ⅵe控制系統

燃料：天然氣

旋轉方向: 逆時(shí)針?lè )较?從進(jìn)氣側看)

額定轉速： 6 100 r/min

ISO效率: 41.1%

溫控運行T48排氣溫度： 852 ℃

排氣溫度： 499.7 ℃（ISO）

3 可行性分析

3.1 整體構思

高溫尾氣自壓氣站燃氣輪機排煙道經(jīng)煙風(fēng)管道進(jìn)入余熱鍋爐，在煙風(fēng)管道上安裝三通閥，用于控制高溫尾氣是流向電廠(chǎng)還是壓氣站就地排空。高溫尾氣在余熱鍋爐進(jìn)行熱交換，交換后的煙氣排至大氣。如電廠(chǎng)側設備故障或需要維檢修時(shí)，煙氣可在電廠(chǎng)側直接通過(guò)煙囪排至大氣。余熱鍋爐產(chǎn)生的高壓過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機的主進(jìn)汽口，同時(shí)產(chǎn)生的低壓過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機的補汽口，主蒸汽和補汽共同推動(dòng)汽輪機做功，汽輪機帶動(dòng)同軸發(fā)電機切割磁感線(xiàn)發(fā)電，做功后的乏汽通過(guò)凝汽器冷凝成水，凝結水經(jīng)凝結水泵送入鍋爐給水預熱器，從而形成完整的熱力循環(huán)系統。發(fā)電機產(chǎn)生的10.5 kV電壓通過(guò)主變升壓成35 kV進(jìn)入電網(wǎng)消納（圖 1）。

3.2 燃驅壓縮機組能耗分析

壓氣站燃氣輪機ISO功率為31 364 kW， ISO效率為41.1%，那么機組的總功率為

31 364 /0.411＝76 311 kW

剩余58.9%的能量將以熱量的形式經(jīng)排煙道排 出。這部分熱量為

Q 總＝76 311×0.589＝44 947 kW

即可以回收44 947 kW熱量進(jìn)行發(fā)電。

3.3 煙風(fēng)通道散熱損失

煙風(fēng)管道及設備采用巖棉保溫，保溫管道及設備外包鍍鋅鋼板保護支撐。設煙風(fēng)的入口溫度為T(mén) 1=500 ℃，外界環(huán)境溫度為T(mén) 2=20 ℃

△t＝T1－T2＝480 K

煙風(fēng)管道采用0.1 m厚的保溫巖棉，管道外徑 r2=1.91 m，管道內徑 r1=1.81 m,外部鋼板厚8 mm，煙風(fēng)管道長(cháng)度L =40 m，則算術(shù)平均半徑r 均 為

r均＝(r2－r1)/ln（r2/r1）＝1.86 m

tm大于100 ℃時(shí)巖棉的導熱系數λ為

λ＝0.037+8.25×10﹣5tm+2.035×10﹣7tm2=0.214 W/(m·K)

A均＝2πr均L 

煙風(fēng)管道單位熱損Q 損1為

Q損1＝λA均（T1－T2） /(r2－r1)＝480 kW

那么可利用的熱量Q1為

Q1＝Q總－Q損1＝44 467 kW

3.4 余熱鍋爐

進(jìn)入余熱鍋爐的高溫尾氣約為480 ℃，經(jīng)余熱鍋爐進(jìn)行熱交換后，通過(guò)煙囪排出熱交換后的尾氣，排氣溫度為110 ℃。按環(huán)境溫度20 ℃，則余熱鍋爐實(shí)際能利用的能量Q2為

Q2＝Q1 （500－110） /（500－20）＝36 129 kW

余熱鍋爐的效率為35 %，則鍋爐的實(shí)際功率為

Q3＝Q2× 0.35=12 645 kW

3.5 汽輪機選型

由于余熱鍋爐的最大功率Q3為12.6 MW，如汽輪機的熱效率達到41%，可按Q4選用汽輪機及配套的發(fā)電機。

Q4＝12.5×0.41×1.5＝7.8 MW

4 注意事項

（1）建設余熱電廠(chǎng)造成的壓氣站排氣損失增加值不應超過(guò)150 mm水柱，即總的排氣損失不超過(guò)250 mm水柱，如政府環(huán)保部門(mén)要求加裝脫硝裝置，則總的排氣損失不超過(guò)350 mm水柱。為此可在燃氣輪機排氣側加裝背壓監測裝置，時(shí)刻監視背壓變化情況。待項目正常運行后，應提取在不同的轉速下余熱發(fā)電廠(chǎng)運行時(shí)與不運行時(shí)燃氣輪機的各項參數，對比建模，分析余熱發(fā)電項目對機組造成的影響，分析效益與能耗間的關(guān)系。

（2）余熱發(fā)電無(wú)論是否運行或者出現故障，都要保證燃氣輪機高溫尾氣的排氣暢通。

為減少熱損，應盡可能的縮短燃氣輪機排煙口和余熱電廠(chǎng)間的煙風(fēng)管道長(cháng)度，采用導熱系數小、性?xún)r(jià)比高的保溫材料，保證所有連接處無(wú)泄漏或內漏現象存在。優(yōu)化流向布置，減少管道阻力，節約風(fēng)機電耗。煙風(fēng)管道加設絕緣接頭，避免雷擊或雜散電流影響。設置連續排污擴容器進(jìn)行二次蒸汽回收。

（3）發(fā)電設備選型相適配，避免出現“大馬拉小車(chē)”現象，造成資源浪費及投入成本的增大�？梢允褂梦鬯�處理廠(chǎng)處理后的凈化水作為冷卻塔水源，提高水資源的利用率，降低電廠(chǎng)運行開(kāi)支。發(fā)電后并入國家電網(wǎng)。

（4）電廠(chǎng)與壓氣站間應保持安全間距，設備選型及施工工藝應符合防爆規范要求。

（5）應選擇運行時(shí)間長(cháng)且穩定的燃氣輪機站作為熱源來(lái)源，以保證發(fā)電效率及效益。

作者：吳超， 1980年生，工程師，現任中石油管道有限責任公司西氣東輸分公司合肥管理處定遠分輸壓氣站副站長(cháng)。