GE颜巴赫J624型内燃机余热利用措施探究

陈世玉

摘要：内燃机是燃气电厂的主要耗能设备，也是余热再回收的关键设备。本文结合GE公司的颜巴赫内燃机对实际的运行能量数据进行分析，进而找到余热利用的关键是烟气和高品阶热水的利用，对余热利用的主要方式和途径进行分析说明，有效提升热量的综合利用效率。

关键词：内燃机 余热 GE颜巴赫

1引言

我国的能源结构是多煤少油，因此煤炭在我国的利用率较高。我国的电力资源基本都是依靠煤炭或天然气的燃烧提供，，电力是高输能行业，同样也是高耗能行业。随着我国不断地升级产业结构，节能降耗的工作不断开展，电力企业的节能降耗工作也正在进行。内燃机是电厂主要的耗能设备，据相关数据显示，发电机组燃烧燃料的三分之二都被散失或排放到环境中，内燃机的实际热利用效率只有30%左右，造成极大的能量浪费，如果能把内燃机未充分利用的热量充分再利用，则可以有效提升电厂的节能效果，从而提升电厂经济性。

2工作原理

GE颜巴赫型内燃机是目前世界范围内最为先进的燃气发电机组，此类型燃气机组有效结合了先进的电子控制技术和发电机技术，有效实现了一种高效率、低排放的优势。内燃机是通过能量转化空间实现燃料的化学能转化为热能，然后通过一定结构的设备类型，使得热能转化为机械能，从而推动发电机机组运转，实现发电。内燃机在运行过程中，首先受空间内燃料燃烧的作用，活塞在气缸内进行往复运动，活塞运动的同时带动连杆运动，从而实现内能向机械能的转化。GE颜巴赫内燃机运行具体以下优点：（1）模块化设计，扩展性和灵活调节性好。（2）并网灵活，发电模块自配置并网装置。（3）安全性、可靠性高，机械强度高寿命长。内燃机运转过程中，需要借助外界冷却系统带走额外的热量、通过尾气带走热量。因此，可以对余热进行设计利用，从而提升能量的利用效率。

3内燃机余热特点

内燃机运行中的余热主要包括尾气、冷却水（缸套冷却水、润滑系统冷却水、中冷器冷却水），结合某电厂的实际运行数据，进行了能量计算，具体数据见表1所示。

通过上述数据可以看出，内燃机运行中换热器按照介质温度不同，分成了高温水系统和低温水系统，其中高温水系统主要是一级中冷器、润滑油一级冷却及缸套的冷却器。高温水系统的的介质温度一般在80-90℃，为低品位的余热。低温水系统主要包括二级中冷器、润滑油二级冷却器及外壳散热。此介质温度一般在35-40℃，可以用于生活暖气介质用水。另外，还有温度较高的烟气，温度可以达到347℃，属于中品位余热。按照不同类型的余热情况，可以看出余热利用的关键是高温水系统和尾气余热的回收利用。

4內燃机余热利用设计

电厂热电比是评价热电厂重要技术经济指标，用于衡量热电机组在运行中热的利用程度和节能效果。因此，余热利用的目的是提升电厂的热电比，使得电厂实际运行的热电比接近设计热电比。从热力学上分类，内燃机的余热利用主要可以分为焓利用和?利用，焓利用的含义是不考虑余热的品阶，只关心余热的大小。焓利用的方式主要通过换热器或余热锅炉，将余热转化为蒸汽。?利用考虑余热的品阶，综合考虑余热的回收方式，一般的方式是吸收式热泵和制冷等。

（1）换热器热交换

换热器热交换主要利用各种类型的换热器对内燃机的高温冷却水、低温冷却水及烟气中的能量进行回收，从而转化为蒸汽或热水，供用户使用。一般常用的换热器的类型有管壳式换热器、板式换热器。主要的换热形式有水水换热器、烟气-水换热器、余热锅炉等。余热锅炉是换热器进行热交换的主要类型，燃机的余热锅炉经过多年的发展，形成几种重要类型，受热面水平布置强制循环余热锅炉、受热面垂直布置自然循环余热锅炉，强制循环锅炉需要额外配置循环泵实现蒸发器的水循环。

（2）吸收式制冷

吸收式制冷装置主要由四个部分组成，分别是发生器、冷凝器、吸收器和蒸发器系统，运行介质为二元溶液。介质首先在发生器内通过外部热源的作用，介质吸收热量产生制冷剂蒸汽，制冷器蒸汽在冷凝器中冷却水的作用下形成冷凝水，经过膨胀阀的泄压作用，进入蒸发器，低压状态的蒸汽产生制冷效果。发生器内产生的浓溶液经过节流装置进入吸收器，通过吸收制冷剂蒸汽，形成稀溶液，由泵输送至发生器，进行下一轮的循环过程。目前，吸收式制冷的主要应用类型有氨水吸收制冷和溴化锂水溶液。吸收式制冷的主要优势是以余热资源为推动力，无需投入过多的电能资源即可实现对余热的回收，因此能源的综合利用率高。

（3）吸收式热泵

吸收式制冷是以热量为推动力，实现能量从高温热源传递到低温热源的过程，而吸收式热泵是利用二元溶液的吸收特性实现热量从低温热源向高温热源泵送的过程。通过内燃机的低品阶的余热，如低温冷却水，制得高品位热水以供下游的用户使用。因内燃机的低品阶余热部分能量小，因此需要吸收式热泵机组的规模大，在实际应用案例较少。

另外还有有机朗肯循环发电余热应用，因内燃机的余热温度较低，直接利用常规的水循环朗肯循环效率不高，因此可以使用有机朗肯循环发电，主要的区别是循环介质的不同，有机朗肯循环使用低沸点的有机介质，介质在低温热源作用下，吸热变成蒸汽，进入透平机做功，然后乏汽进行冷凝器冷却，液态的介质通过介质泵打入蒸发器，从而实现循环过程。

燃气-蒸汽联合循环发电机组由燃机、汽轮机和发电机组成，燃机主要由压气机、燃烧室和燃气透平组成，燃机排气在余热锅炉中加热给水，产生的蒸汽推动汽轮机做功，为充分利用燃烧排气余热，气轮机不作负荷调整之用，负荷调整由燃机承担;整套机组与常规火电机组相比，其主要优点有整个装置体积小、安装周期短。

5结语

余热利用是内燃机提升热效率的关键环节，也是燃气电厂提升经济性的核心。本文结合GE颜巴赫内燃机对内燃机余热利用的主要方式和途径进行分析说明，在实际过程中，电厂需要根据实际的工程应用特点选择合适的余热利用方式，从而提升能量综合利用效率。

参考文献

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