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(qū)站及燃驅(qū)站，其中燃驅(qū)站以地面衍生型航空發(fā)動機為動力輸出源。燃驅(qū)站發(fā)動機多采用GE公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C，主要結(jié)構(gòu)包括17級壓氣站、單環(huán)形燃燒室、高壓渦輪，以及潤滑、消防、液壓啟動等輔助系統(tǒng)，燃料為天然氣。天然氣在燃燒室燃燒后形成的過熱混合氣體經(jīng)高壓渦輪帶動動力渦輪旋轉(zhuǎn)，動力渦輪通過聯(lián)軸器帶動離心式壓縮機，進而為天然氣管道加壓。驅(qū)動渦輪后剩余約500 ℃高溫尾氣通過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行論述。

2 燃?xì)廨啓C的基本性能參數(shù)

機組配置： PGT25+PLUS燃?xì)廨啓C+PCL802離心壓縮機

制造廠家：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?xì)廨啓C壓縮機組

基本功率： 31 364 kW

控制系統(tǒng)： Mark Ⅵe控制系統(tǒng)

燃料：天然氣

旋轉(zhuǎn)方向: 逆時針方向(從進氣側(cè)看)

額定轉(zhuǎn)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(gòu)思

高溫尾氣自壓氣站燃?xì)廨啓C排煙道經(jīng)煙風(fēng)管道進入余熱鍋爐，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還是壓氣站就地排空。高溫尾氣在余熱鍋爐進行熱交換，交換后的煙氣排至大氣。如電廠側(cè)設(shè)備故障或需要維檢修時，煙氣可在電廠側(cè)直接通過煙囪排至大氣。余熱鍋爐產(chǎn)生的高壓過熱蒸汽進入汽輪機的主進汽口，同時產(chǎn)生的低壓過熱蒸汽進入汽輪機的補汽口，主蒸汽和補汽共同推動汽輪機做功，汽輪機帶動同軸發(fā)電機切割磁感線發(fā)電，做功后的乏汽通過凝汽器冷凝成水，凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水泵送入鍋爐給水預(yù)熱器，從而形成完整的熱力循環(huán)系統(tǒng)。發(fā)電機產(chǎn)生的10.5 kV電壓通過主變升壓成35 kV進入電網(wǎng)消納（圖 1）。

3.2 燃驅(qū)壓縮機組能耗分析

壓氣站燃?xì)廨啓CISO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熱量進行發(fā)電。

3.3 煙風(fēng)通道散熱損失

煙風(fēng)管道及設(shè)備采用巖棉保溫，保溫管道及設(shè)備外包鍍鋅鋼板保護支撐。設(shè)煙風(fēng)的入口溫度為T 1=500 ℃，外界環(huán)境溫度為T 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(nèi)徑 r1=1.81 m,外部鋼板厚8 mm，煙風(fēng)管道長度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 ℃時巖棉的導(dǎo)熱系數(shù)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

進入余熱鍋爐的高溫尾氣約為480 ℃，經(jīng)余熱鍋爐進行熱交換后，通過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(shè)余熱電廠造成的壓氣站排氣損失增加值不應(yīng)超過150 mm水柱，即總的排氣損失不超過250 mm水柱，如政府環(huán)保部門要求加裝脫硝裝置，則總的排氣損失不超過350 mm水柱。為此可在燃?xì)廨啓C排氣側(cè)加裝背壓監(jiān)測裝置，時刻監(jiān)視背壓變化情況。待項目正常運行后，應(yīng)提取在不同的轉(zhuǎn)速下余熱發(fā)電廠運行時與不運行時燃?xì)廨啓C的各項參數(shù)，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)電無論是否運行或者出現(xiàn)故障，都要保證燃?xì)廨啓C高溫尾氣的排氣暢通。

為減少熱損，應(yīng)盡可能的縮短燃?xì)廨啓C排煙口和余熱電廠間的煙風(fēng)管道長度，采用導(dǎo)熱系數(shù)小、性價比高的保溫材料，保證所有連接處無泄漏或內(nèi)漏現(xiàn)象存在。優(yōu)化流向布置，減少管道阻力，節(jié)約風(fēng)機電耗。煙風(fēng)管道加設(shè)絕緣接頭，避免雷擊或雜散電流影響。設(shè)置連續(xù)排污擴容器進行二次蒸汽回收。

（3）發(fā)電設(shè)備選型相適配，避免出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，造成資源浪費及投入成本的增大。可以使用污水處理廠處理后的凈化水作為冷卻塔水源，提高水資源的利用率，降低電廠運行開支。發(fā)電后并入國家電網(wǎng)。

（4）電廠與壓氣站間應(yīng)保持安全間距，設(shè)備選型及施工工藝應(yīng)符合防爆規(guī)范要求。

（5）應(yīng)選擇運行時間長且穩(wěn)定的燃?xì)廨啓C站作為熱源來源，以保證發(fā)電效率及效益。

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