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 趙德悅

 （山西陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司發(fā)供電分公司煤層氣發(fā)電廠，山西  陽泉  045000）

摘要：從煤層氣燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組夏季存在缸套水溫過高的問題入手，介紹了缸套水溫過高對機(jī)組設(shè)備性能和效率的影響。通過系統(tǒng)分析，得出采用蒸發(fā)式空冷器是提高發(fā)電機(jī)組缸套水冷卻效果的一種行之有效、造價低廉且方便實(shí)用的方法。

 關(guān)鍵詞：燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組；蒸發(fā)式空冷器；降溫中圖分類號：TM611

1概述

 煤層氣發(fā)電項(xiàng)目具有集成度高、建設(shè)周期短、占地面積小、投資回報率高等特點(diǎn)，在環(huán)保要求日趨嚴(yán)格的今天，燃?xì)獍l(fā)電已成為最有前途的新型發(fā)電項(xiàng)目之一。陽煤集團(tuán)發(fā)供電分公司神堂嘴瓦斯發(fā)電站就采用了煤層氣內(nèi)燃機(jī)發(fā)電技術(shù)，設(shè)計(jì)以煤礦瓦斯為燃料，項(xiàng)目分兩期建成，一期項(xiàng)目為4臺奧地利顏巴赫機(jī)組，單臺裝機(jī)容量為3 025 kW，2007年7月投運(yùn)；二期項(xiàng)目為4臺德國道依茨機(jī)組，單機(jī)裝機(jī)容量為4 000 kW，2012年12月投運(yùn)。電站總裝機(jī)容量為28.1 MW。

 兩種類型的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組從運(yùn)行至今整體運(yùn)行較為平穩(wěn)，但存在一個較大的技術(shù)瓶頸，就是在夏季5月～9月份期間，由于原發(fā)動機(jī)組設(shè)計(jì)散熱器換熱能力不足、冷卻效率偏低，造成機(jī)組降載明顯，嚴(yán)重制約發(fā)電效率，甚至影響到發(fā)電機(jī)組裝置的本質(zhì)安全。因此在不影響設(shè)備生產(chǎn)和運(yùn)行的前提下，尋找一種降低發(fā)電機(jī)組缸套水溫度的方法，有針對性地提出降溫措施和辦法并對其進(jìn)行升級改造，是確保機(jī)組夏季安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行的重要途徑。

2  機(jī)組缸套水溫度高產(chǎn)生的機(jī)理、后果和降溫措施分析

2.1  缸套水溫度過高的機(jī)理分析

 (1)機(jī)組配套散熱器換熱能力受限、能力不足，按照機(jī)組手冊要求，缸套水在機(jī)組人口溫度為76℃～78℃，出口溫度在90℃之內(nèi)，而機(jī)組在夏季實(shí)際運(yùn)行時，出口溫度達(dá)92℃～93℃，接近機(jī)組的故障停機(jī)溫度95℃。

 (2)夏季環(huán)境溫度較高，機(jī)房內(nèi)的溫度甚至可以達(dá)到45℃，造成混合氣溫度增高，導(dǎo)致缸套水溫上升。

 (3)機(jī)組配套散熱風(fēng)機(jī)和電機(jī)均為室外布置，運(yùn)行環(huán)境溫度較高，日常運(yùn)行過程中不可避免地會出現(xiàn)電機(jī)和風(fēng)機(jī)損壞的事故，造成缸套水冷卻效率降低。

 (4)由于瓦斯氣源濃度波動較大，而稀燃參數(shù)不能及時與之相匹配和適應(yīng)，導(dǎo)致瓦斯氣體做功不充分，甚至?xí)�出現(xiàn)機(jī)組點(diǎn)火提前角超前的問題，造成缸溫過高和缸套水溫高。

2.2缸套水溫度過高導(dǎo)致的后果

 (1)內(nèi)燃機(jī)潤滑油黏度不夠，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，易造成拉缸、竄氣等停產(chǎn)事故。

 (2)發(fā)電機(jī)組夏季降載運(yùn)行，工作效率降低，發(fā)電能力受限。

 (3)缸套水溫超過極限值，機(jī)組會報警停機(jī)，突發(fā)停機(jī)極易導(dǎo)致設(shè)備重大損壞事故發(fā)生。

 (4)缸套水溫過高，造成輔助電氣線路和裝置提前老化損壞，例如對缸套水溫傳感器、點(diǎn)火線圈、缸套、活塞環(huán)、中冷器等均會有較大影響。

2.3機(jī)組缸套水降溫措施及分析

 (1)增加散熱器數(shù)量，增大換熱面積。該方法投資費(fèi)用大，實(shí)施周期長，且只能在停機(jī)檢修中才能實(shí)施，而且還常常受實(shí)際場地和工藝參數(shù)的限制，此法一般不足取。

 (2)在散熱器翅片上噴水。根據(jù)有關(guān)計(jì)算，在水平散熱器翅片管上噴水可以達(dá)到降低2℃～3℃的效果，但同時也帶來了不利因素：若噴灑未經(jīng)處理的水，由于翅片管的溫度高，將導(dǎo)致翅片管結(jié)垢，影響散熱器的散熱效果；若采用處理過的水，成本太高，同時噴水還將造成水資源浪費(fèi)及縮短散熱器使用壽命；噴水量及均勻程度難以控制；影響裝置現(xiàn)場的規(guī)格化管理。由此看來，此法可行性不大。

 (3)采用吸收式溴化鋰制冷機(jī)組冷卻。利用發(fā)電機(jī)組的高溫?zé)煔鉃殇寤�鋰制冷機(jī)組提供原動力，結(jié)合高效能換熱器，將需要冷卻的缸套水引入換熱器內(nèi)與制冷機(jī)組的冷凍水發(fā)生熱量交換。該法除了購置價格昂貴的溴化鋰制冷機(jī)組外，還需購置與制冷機(jī)組配套的冷卻塔、冷卻泵、定壓補(bǔ)水裝置等。此法投資成本、運(yùn)行費(fèi)用及維護(hù)費(fèi)用高。

 (4)采用蒸發(fā)式空冷器。蒸發(fā)式空冷器（也稱閉式冷卻塔或密閉式冷卻塔）外殼采用進(jìn)口高強(qiáng)度超級鍍鋁鋅板。其冷卻原理簡單來說是兩個循環(huán)：一個內(nèi)循環(huán)、一個外循環(huán)。沒有填料，主核心部分為紫銅管或不銹鋼表冷器。此方案安裝快捷、投資少，是最佳可選方案。其中的內(nèi)循環(huán)與發(fā)電機(jī)原有換熱器對接，構(gòu)成一個封閉式的循環(huán)系統(tǒng)（循環(huán)介質(zhì)為軟水），為對象設(shè)備冷卻，將對象設(shè)備中的熱量帶出到空冷器機(jī)組內(nèi)；而外循環(huán)在空冷器中，為空冷器本身降溫，不與內(nèi)循環(huán)水相接觸，只是通過空冷器內(nèi)的紫銅管或不銹鋼表冷器進(jìn)行換熱散熱。在該冷卻方式下，還可以通過自動控制，根據(jù)水溫設(shè)置電機(jī)的運(yùn)行數(shù)量。

3  機(jī)組缸套水換熱能量計(jì)算

 以提高缸套水的散熱效率、減少投資費(fèi)用、提升機(jī)組設(shè)備的工況效率和安全性為目的，我們優(yōu)先選擇蒸發(fā)式空冷器作為機(jī)組輔助散熱系統(tǒng)。為了確保改造的成功，進(jìn)行了機(jī)組缸套水換熱能量的計(jì)算。

 (1)由于燃?xì)獍l(fā)動機(jī)組缸套水采用冷卻液為介質(zhì)（冷卻液的主要成分為乙二醇），我們先對乙二醇的物理性質(zhì)進(jìn)行了分析，見表1、表2。

 (2)機(jī)組缸套水需要增加換熱能量計(jì)算。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組缸套水在機(jī)組入口溫度要求76℃～78℃，出口溫度在90℃之內(nèi)，而機(jī)組在夏季實(shí)際運(yùn)行時，出口溫度達(dá)93℃，按照保守考慮，出口溫度需要降低3℃。經(jīng)過計(jì)算，一期缸套水流量為78.6m3／h，接口管徑DN100；二期缸套水流量為120.2 m3／h，接口管徑DN125。電廠缸套水經(jīng)過采樣分析為40%（體積分?jǐn)?shù)）的乙二醇溶液。經(jīng)過計(jì)算，電廠一、二期機(jī)組需要新增散熱能量3. 77×106 kJ。

4技術(shù)改造實(shí)施

 根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，經(jīng)研究分析，確定如下改造方案：

 (1)由1套空冷器與8臺發(fā)電機(jī)的換熱器對應(yīng)連接，循環(huán)水管道上安裝4臺22 kW變頻泵，即通過變頻器檢測管道系統(tǒng)的變化來控制頻率的大小，進(jìn)而控制水泵的啟動和停止，以及運(yùn)轉(zhuǎn)的速度，既能達(dá)到恒壓，又有保護(hù)電機(jī)和節(jié)能的作用。

 (2)在空冷器與每臺發(fā)電機(jī)組的換熱器連接管道處安裝電動蝶閥，根據(jù)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行溫度自動調(diào)節(jié)蝶閥的開啟。

 (3)變頻器以電動蝶閥的開啟所產(chǎn)生的水系統(tǒng)壓力變化來自動調(diào)節(jié)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)的速度，保持循環(huán)水管道系統(tǒng)恒壓，有效地控制各發(fā)電機(jī)組不同工況下的流量變化。

 (4)變頻器與電腦連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)、控制水泵的啟停。

 (5)根據(jù)空冷器冷卻后的水溫來決定，空冷器風(fēng)扇電機(jī)的啟停，采用自動控制系統(tǒng)控制。

 (6)蒸發(fā)式空冷器與發(fā)電機(jī)換熱器中循環(huán)的介質(zhì)為軟水，以防止空冷器內(nèi)結(jié)垢。

 (7)自動開啟程序如下：發(fā)電機(jī)組缸套水溫度高于90℃一電動蝶閥開啟一水系統(tǒng)壓力變小一變頻器調(diào)節(jié)一循環(huán)泵工作一空冷器運(yùn)行。

5改造效果

 該項(xiàng)目實(shí)施過程中，對發(fā)電機(jī)組逐臺進(jìn)行改造，改造工序短，施工方便快捷，系統(tǒng)改造后，機(jī)組缸套水出口溫度控制在89℃以下，機(jī)組夏季平均負(fù)荷增加20%～30%，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組故障和事故率降低10%，發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)了夏季期間的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

 機(jī)組在改造前夏季5月～9月期間，一期、二期發(fā)電機(jī)組僅運(yùn)行8 MW和12 MW，按153 d 3 600 h計(jì)算，少發(fā)電2 880萬kWh，直接影響收入達(dá)1 440萬元。該項(xiàng)目總投資費(fèi)用約300萬，運(yùn)行費(fèi)用約20萬，項(xiàng)目完成后實(shí)現(xiàn)收入增加約1 000萬元／年。

6  結(jié)論

 燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組夏季缸套水溫偏高，機(jī)組負(fù)載受限，故障和事故率較高，效益損失較大。通過增加蒸發(fā)式空冷器來提高發(fā)電機(jī)組缸套水的冷卻效果是一種行之有效、造價低廉且方便實(shí)用的方法。