淺析燃氣發(fā)電在節(jié)能減排中的應用

曾凡龍，劉袁新，于金江，張超賢

國家電投珠海橫琴熱電有限公司

淺析燃氣發(fā)電在節(jié)能減排中的應用

曾凡龍，劉袁新，于金江，張超賢

國家電投珠海橫琴熱電有限公司

我國目前的燃氣發(fā)電技術可通過最傳統(tǒng)的蒸汽輪機、以氣體為燃料的往復式內燃機和燃氣輪機三種技術方式得以實現(xiàn)。本文主要介紹了燃氣發(fā)電的技術方式，指出了現(xiàn)在的使用現(xiàn)狀和應用前景。

燃氣發(fā)電；節(jié)能減排；內燃機

前言

由于溫室效應導致的全球氣候變暖帶來的氣候問題越來越嚴重，為了解決這個問題，就必須想辦法實現(xiàn)節(jié)能減排。相較于二氧化碳，甲烷在溫室效應的行程中，做出的“貢獻”更加突出。然而，甲烷因為熱值高，如果能好好的利用，也是一種比較好的燃料。如果要減輕由于甲烷引起的溫室效應給全球氣候帶來的負面影響，燃氣發(fā)電是一個非常有力的手段。利用燃氣發(fā)電，不僅可以治理環(huán)境污染，還能夠提高能源利用率、節(jié)約資源。目前我國正面臨著電力、煤炭資源供應緊張的局面，加強對甲烷的利用，通過燃氣發(fā)電，也可以促進我國社會和經濟的可持續(xù)發(fā)展。

1　我國燃氣發(fā)電技術應用

1.1蒸汽發(fā)電機組

蒸汽發(fā)電機組由鍋爐、凝汽式汽輪機和發(fā)電機組成，其工作原理是通過蒸汽鍋爐對燃氣進行加熱，利用燃氣產生的高溫高壓蒸汽來帶動汽輪機和發(fā)電機組發(fā)電。這種技術的工藝和設備卻相對來說比較復雜，所需要的運轉投資資金也比較大，廠房的建設方面不僅周期長而且可移動性不強，所能轉換的能量少卻需要消耗大量的水，作業(yè)效率也不高。在啟動的時候，要完全啟動好至少得需要2個小時，并且在處于低負荷運行狀態(tài)的情況的狀態(tài)下，會影響機組的運行效率。檢修工作量大，需要的人員多，機組自耗電量達12%，機組綜合熱利用率僅為20%左右。

1.2往復式內燃機

往復式內燃機主要包括兩種，一種是火花點火式內燃機，一種是壓縮點火式內燃機，兩者的區(qū)別主要在于點火方式不同。往復式內燃機最大的優(yōu)勢在于內燃機氣缸內核心區(qū)域的工作最高可以達到14000C，所以其發(fā)動機的熱效率比較高，其發(fā)電率可以達到30%-40%，高發(fā)電率是其最突出的優(yōu)勢，另外設備集成度高，安裝也比較方便，在運行中對其中粉塵的要求不那么苛刻，而且基本不耗費水源。但其也有自身的一些缺點，首先是費用高，不管是一次性投資還是后期的運維費用，都比較高；其次，其在運行過程中，為了保持運行的穩(wěn)定會，會需要經常更換機油與火花塞，這樣一來其正常運行不僅要消耗大量的維修費，還要有大量的材料做支撐。另外，高頻度的更換機油和火花塞還會大大降低設備的利用率，比如燃氣內含有腐蝕性成分時，就有可能腐蝕內燃機設備，但是如果有相應的措施能降低對內燃機設備的腐蝕，這也是一種比較合適的技術選擇，而且現(xiàn)在應對這個問題的技術已經比較嫻熟，所以利用這種技術的企業(yè)也不在少數(shù)。在陜西，山西省晉城市的寺河煤礦就需要制造出60臺卡特彼勒G3520系列的發(fā)電機組，不出意外，這個項目有可能會位列同類發(fā)電項目的前列。

1.3燃氣輪機

燃氣輪機的工作原理是，首先利用壓氣機渦輪壓縮空氣，然后利用壓縮的高壓空氣在燃燒室燃燒燃料，利用熱脹冷縮的原理推動動力渦輪旋轉做功，發(fā)電機在這種驅動下進行發(fā)電。燃氣發(fā)電機組的組成部分主要是燃氣發(fā)動機、發(fā)電機、控制屏等等，但看燃氣輪機其發(fā)電率并不高，僅能達到30%-35%，但其產生的廢熱煙氣卻可以進行二次發(fā)電，提升發(fā)電率。其產生的廢熱煙氣溫度可以達到450-5500C，這種余熱可以促使鍋爐對產生的熱能進行二次回收，二次回收后可以通過相應的技術轉換成能以驅動發(fā)電機發(fā)電的蒸汽，相當于形成了一個燃氣輪機—蒸汽輪機發(fā)電的循環(huán)，通過對廢熱煙氣的循環(huán)利用，普通機組的發(fā)電率可以提升到45%-50%，大型機組可以提升到55%以上。其優(yōu)勢在于燃料的適應性很強，即便是燃料中含有硫、塵的比例高一些也不會有大影響，另外，發(fā)電損耗率比較低，甚至因為燃料進氣量增加而有所增加。其劣勢主要在于燃氣輪機檢修時必須運回制造廠檢修，所以對備品備件的數(shù)量要求比較多，而且對操作工人的技術能力要求也較高。燃氣輪機在我國燃氣發(fā)電方面上已經取得了不少的成功經驗。GE公司，阿爾斯通公司，索拉公司等國外燃氣輪機公司機組均已在國內相關行業(yè)內投入使用，以其成熟的技術和設備穩(wěn)定可靠的性能，在國內燃氣發(fā)電領域占有一席之地。

2　燃氣熱電聯(lián)產和熱電聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的作用

熱電聯(lián)產是熱能和電能聯(lián)合生產的一種高效能源生產方式，發(fā)電的同時，為工業(yè)和家庭提供廉價的取暖用熱，與熱電分產相比，可以顯著提高燃料利用率。隨之出現(xiàn)的冷熱電三聯(lián)供，是傳統(tǒng)熱電聯(lián)產的一種進化和發(fā)展。同時向用戶輸出冷、熱、電能，是一種技術成熟的能源供應方式。冷熱電三聯(lián)供被視為21世紀最具經濟潛力的組合方式。

熱電聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機—蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)∶這是世界各國最為鼓勵的發(fā)電方式。首先由燃氣輪機對燃氣進行首次能源利用，燃氣經加壓后去燃氣輪機燃燒并驅動發(fā)電機發(fā)電。燃燒后排出的煙氣排入余熱鍋爐以回收能量，余熱鍋爐產出蒸汽。蒸汽進入蒸汽輪機推動蒸汽輪機作功發(fā)電（蒸汽也可直接進入廠區(qū)蒸汽管網以供生產和生活使用），并將功后乏汽進入凝汽器，通過凝結水泵經過相關工藝處理后再次送入余熱鍋爐，也可將乏汽直接用于供熱二燃氣輪機—蒸汽輪機熱電聯(lián)合循環(huán)的整體效率高，有效能量轉換率高，因此經濟效益也較好。

3　結語

在能源供應緊張和環(huán)保問題日益突出的今天，開發(fā)出清潔能源、促進節(jié)能減排成為可持續(xù)發(fā)展的主題。在這一形勢下，燃氣發(fā)電應運而生，將煤層氣、焦爐煤氣、高爐煤氣等可燃氣體作為燃料，產生新型綠色環(huán)保的動力，不僅可以變廢為寶，而且還具有安全方便、低投入高產出的優(yōu)勢。這不僅能夠很好的相應國家節(jié)能減排的號召，同時形成了資源綜合利用的分布式能源格局，更有利于緩解目前的資源供應緊張的局面。

［1］姜書，石峰.燃氣發(fā)電在節(jié)能減排中的應用［J］.農業(yè)工程技術（新能源產業(yè)），2010，01∶17-19.

［2］周長喜.燃氣發(fā)電廠降低運營成本的探索［D］.華北電力大學，2014.