透平壓縮機余熱回收現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

在提倡節(jié)能、環(huán)保、低碳的時代背景下，余熱回收技術(shù)顯得尤為重要，充分利用余熱資源是企業(yè)節(jié)能工作的主要內(nèi)容之一，能助企業(yè)充分利用剩余能源，提高能源的利用率，產(chǎn)生更大的價值。

透平壓縮機煙氣余熱系統(tǒng)是利用燃?xì)馔钙綑C組在發(fā)電過程中產(chǎn)生的高溫廢氣，通過煙道進入余熱回收裝置進行熱量回收，回收的熱量傳遞給中間熱載體（熱介質(zhì)，如導(dǎo)熱油），被加熱的高溫導(dǎo)熱油在換熱設(shè)備中與熱工質(zhì)進行換交熱，從而將回收的熱量間接傳給熱工質(zhì)，實現(xiàn)加熱油氣系統(tǒng)的目的。換熱后的導(dǎo)熱油再返回到余熱回收裝置中進行二次加熱，通過余熱回收循環(huán)泵建立起導(dǎo)熱油在整個余熱回收系統(tǒng)的循環(huán)，系統(tǒng)完成導(dǎo)熱油加熱的目的。利用透平機煙氣產(chǎn)生的余熱，可為熱用戶提供低壓壓力及流量穩(wěn)定的高溫?zé)嵩?，減少了能源消耗，以導(dǎo)熱油為傳熱中間媒體，實現(xiàn)了利用熱介質(zhì)的加熱。

燃?xì)馔钙綑C組的核心設(shè)備是燃?xì)獍l(fā)動機、燃?xì)廨啓C、透平壓縮機、膨脹機、還有輔助的換熱設(shè)備、鍋爐等相關(guān)設(shè)備。

燃?xì)獍l(fā)動機的煙氣帶走了燃料燃燒熱的30%左右，是壓縮機組能量損失的重要部分。大多數(shù)燃?xì)獍l(fā)動機組都沒有將發(fā)動機煙氣余熱進行回收利用，這不僅造成了能源的大量浪費，同時也對環(huán)境造成了熱污染，影響了機組的經(jīng)濟運行。

國內(nèi)透平壓縮機組的煙氣余熱回收技術(shù)在實際應(yīng)用中，以及今后一段時間內(nèi)的發(fā)展會朝著熱能直接回收利用、吸收式制冷、ORC（有機朗肯循環(huán)）等技術(shù)方向不斷深入。

此方式是在發(fā)動機排氣側(cè)煙道內(nèi)安裝煙氣換熱器，利用高溫?zé)煔饧訜崃鹘?jīng)過煙氣換熱器的被動熱介質(zhì)（水或?qū)嵊停?，通過熱交換將發(fā)動機煙氣熱量轉(zhuǎn)換為被加熱介質(zhì)的熱能，可通過旁通擋板、煙囪等組件對高溫?zé)煔饬飨蜻M行調(diào)節(jié)，該方法是余熱利用最直接，最簡單，也是目前使用范圍最廣的一種方式。

這種方式是在燃?xì)馔钙脚艢鈧?cè)加裝中溫中壓余熱鍋爐，回收燃?xì)馔钙脚懦龅挠酂?，產(chǎn)生中溫中壓過熱蒸汽驅(qū)動汽輪機發(fā)電。該方法中汽輪發(fā)電機組有三種形式：純凝式汽輪發(fā)電機組、補氣凝式汽輪發(fā)電機組和抽凝式汽輪發(fā)電機組；前兩者蒸汽全部用于發(fā)電，后者則可抽出一部分蒸汽用于采暖或者制冷。

該方式可以全部回收燃?xì)馔钙綗煔馀懦龅目梢岳玫闹小⒏咂焚|(zhì)余熱，工藝系統(tǒng)和設(shè)備均非常成熟，在生產(chǎn)使用上有較多的成功案例。但是，該方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，操作、運行、維護均較為繁瑣，對運行人員要求比較高；系統(tǒng)占地面積較大，投資較高，安裝復(fù)雜，工作量大；采用水作為介質(zhì)，需要較多的冷卻水。

這種方式是在燃?xì)馔钙脚艢鈧?cè)加裝余熱鍋爐，并配套相應(yīng)的補給水系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括水處理系統(tǒng)、除氧系統(tǒng)和給水系統(tǒng)。余熱鍋爐吸收燃?xì)馔钙脚懦龅臒煔庥酂?，加熱來自給水泵的除氧水，產(chǎn)生蒸汽，然后送至各熱用戶，從而構(gòu)成熱電聯(lián)供方式?；蛘呒友b廢氣余熱導(dǎo)熱油爐，并配套相應(yīng)的封閉式導(dǎo)熱油系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括熱介質(zhì)循環(huán)泵、膨脹油箱和相關(guān)換熱器等。廢氣導(dǎo)熱油爐吸收燃?xì)馔钙脚懦龅臒煔庥酂?，加熱來自熱介質(zhì)循環(huán)泵的導(dǎo)熱油，然后送至各熱用戶，從而構(gòu)成熱電聯(lián)供方式。

該方式可以部分或者全部回收燃?xì)馔钙綗煔饪梢岳玫挠酂?，工藝系統(tǒng)和設(shè)備比較成熟，系統(tǒng)簡單、運行維護方便、投資少、占地少、安裝快捷。但是，該方式受油氣處理終端最終熱負(fù)荷多少的影響較大，對于有足夠熱負(fù)荷的油氣處理輸送終端而言，該方式具有很高的熱回收效率和實用性。

這種方式是在燃?xì)馔钙脚艢鈧?cè)加裝高溫?zé)煔庑碗p效吸收式制冷機，透平排出的高溫?zé)煔庵苯舆M入高溫?zé)煔庑碗p效吸收式制冷機，產(chǎn)生冷水（7-14℃）或者熱水（55-65℃），供整個處理輸送終端冬季采暖和夏季制冷所需，同時還可以產(chǎn)生60-80℃的衛(wèi)生熱水，供整個處理輸送端生活用熱水所需。

這種方式可以部分或者全部回收燃?xì)馔钙綗煔馀懦龅目梢岳玫母咂焚|(zhì)余熱，工藝系統(tǒng)和設(shè)備比較成熟，系統(tǒng)簡單，運行維護方便，安裝快捷，可實現(xiàn)熱冷電三聯(lián)供。

目前，加裝制冷機構(gòu)的透平壓縮機煙氣余熱利用的進口空氣冷卻技術(shù)主要有兩種類型：

1.制冷式冷卻

燃?xì)廨啓C進氣制冷式冷卻方式根據(jù)所采用的制冷系統(tǒng)形式的不同，又可有多種類型，如：吸收式制冷冷卻、壓縮式制冷冷卻、蒸汽噴射式制冷冷卻以及吸收式制冷與壓縮式制冷混合式冷卻等。目前工程中應(yīng)用的主要是前兩種。

采用制冷式冷卻方式時，制冷系統(tǒng)通過安裝于燃?xì)廨啓C進氣道內(nèi)的熱交換器來降低燃?xì)廨啓C進氣的溫度。所采用的熱交換器也基本上有兩種類型：直接接觸式和非直接接觸式。非直接接觸式通常采用管翅式結(jié)構(gòu)，冷流體于管內(nèi)流動，空氣于管外翅片側(cè)流動。與常規(guī)管翅式換熱器所不同的是，這種換熱器要考慮空氣中凝水的分離、收集與排出。直接接觸式熱交換是將冷卻塔中的介質(zhì)式材料垂直橫放于氣流之中，制冷系統(tǒng)所產(chǎn)生的低溫冷卻水由上部噴淋而下，與空氣對流對其冷卻。這種類型的冷卻器的優(yōu)點是初期投資低，對燃機進氣造成的阻力相對較小；其缺點是由于要進行連續(xù)排污，造成耗水量較大，有時可能出現(xiàn)微生物的滋生累積，使維護費用增加。

壓縮式制冷冷卻方式采用壓縮式制冷循環(huán)，冷源的獲得以消耗機械功或者電功為代價。這種冷卻方式的優(yōu)點是初期投資較低以及可以獲得較低的制冷溫度，需要耗用較大的數(shù)量的電力為代價。壓縮式制冷系統(tǒng)用于燃?xì)廨啓C的進氣冷卻，所存在的另外一個較明顯的缺點是其效率隨制冷負(fù)荷的降低而顯著下降。這將給系統(tǒng)設(shè)計時，設(shè)計點（設(shè)計制冷容量）的選定造成較大困難。即使在設(shè)計點選定合理的前提下，隨著大氣溫度變化，也難以保證系統(tǒng)的高效率運行，從而影響燃?xì)廨啓C運行經(jīng)濟性的提高。

吸收式制冷是利用吸收器中的稀溶液吸收來自蒸發(fā)器的制冷劑氣體，在發(fā)生器中通過高溫加熱濃溶液，使制冷劑蒸發(fā)至冷凝器的一種循環(huán)制冷方式，利用壓縮機組余熱產(chǎn)生的熱水或者蒸汽可作為吸收式制冷的熱源。

吸收式制冷裝置有氨吸收式制冷和溴化鋰吸收制冷兩種類型。其中氨吸收式制冷雖然可獲得較低的制冷溫度，但其設(shè)備較大、占地面積多，造價高且防爆等級要求較高。因此，目前在燃機進氣吸收式制冷冷卻系統(tǒng)中主要采用溴化鋰吸收式制冷裝置。吸收式制冷系統(tǒng)可以利用低位熱能進行制冷，對于余熱相對較為豐富的燃?xì)廨啓C裝置而言是一個突出的優(yōu)點。通常情況下吸收式制冷系統(tǒng)所需熱量約占燃?xì)馔钙接酂岬?%，由于吸收式制冷系統(tǒng)能夠利用燃機的余熱，而不以消耗電力作為代價進行制冷，因此對提高機組運行的經(jīng)濟性極為有利。

另外，吸收式制冷在制冷負(fù)荷變化較大時（20-100%），其效率基本維持在一個較高的水平，這一點對燃?xì)廨啓C裝置的進氣冷卻也非常有利，特別是對于那些氣溫變化較大的地區(qū)。吸收式制冷冷卻系統(tǒng)所存在的缺點是初期投資較大，但其維護費用較低，因為吸收式制冷裝置不存在關(guān)鍵的轉(zhuǎn)動部件。同時，吸收式制冷系統(tǒng)的環(huán)保性能優(yōu)良，其工質(zhì)對大氣層無破壞作用，運行時無振動，噪聲很低。

2.蒸發(fā)式冷卻

其原理是利用水在空氣中蒸發(fā)時所吸收的潛熱來降低空氣溫度。當(dāng)未飽和的空氣與水相接觸時，兩者之間便會發(fā)生傳熱、傳質(zhì)過程。結(jié)果是空氣的顯熱變?yōu)樗舭l(fā)時所吸收的潛熱，從而使其溫度降低。介質(zhì)式蒸發(fā)冷卻器具有冷卻效率低，對燃機進氣產(chǎn)生的阻力大等缺點，影響了它的廣泛使用。

通過對制冷式冷卻和蒸發(fā)式冷卻技術(shù)特點的分析可以看出，要除去進入燃機空氣中的熱量，采用制冷式冷卻是最合適的方法。因為壓縮式制冷需要消耗大量的電力，成本較高，在工程中應(yīng)用較少。而選擇溴化鋰吸收式制冷機最為適宜，其動力源可利用燃?xì)廨啓C排氣余熱，可節(jié)約能源，提高經(jīng)濟效益。

這種方式是一種新型余熱利用方法，利用有機工質(zhì)吸收燃?xì)獍l(fā)動機煙氣余熱，形成具有一定溫度和壓力的蒸汽，隨后進入透平機械膨脹對外做功，傳導(dǎo)給ORC系統(tǒng)模塊進行發(fā)電和產(chǎn)熱。ORC系統(tǒng)采用的是閉式循環(huán)，使用有機工質(zhì)做功，特別適用于較低溫度的廢熱熱源（200℃左右），尤其在缺水的場合，冷卻器可以采用空氣冷卻，目前這種方式可以做成撬裝模塊化形式，安裝和使用非常方便。

例如：在氣田開采行業(yè)中，從煙氣余熱回收的熱能可作為場站生活或工業(yè)用熱，利用導(dǎo)熱介質(zhì)將熱能就近輸送至使用水套爐的井站，加熱節(jié)流后的天然氣，還可以用于蒸發(fā)氣田水，減少氣田水回流量，特別使用于氣舉增壓站或與氣水同產(chǎn)井距離較近的增壓站，同時為辦公、住宿、淋浴、冬季采暖、管線設(shè)備保溫等提供熱能。

目前，國內(nèi)透平壓縮機煙氣余熱回收技術(shù)正得到廣泛的應(yīng)用，這就需要相應(yīng)的余熱資源利用理論研究不斷發(fā)展，從而與相應(yīng)的精確計算方法和配套的設(shè)備選型形成完善的透平壓縮機余熱回收技術(shù)體系。