隨著國家環(huán)保節(jié)能政策的實施，燃氣發(fā)電機組冷、熱、電分布式能源項目因為其能效高、清潔環(huán)保、安全性好、經(jīng)濟效益高等特點而蓬勃發(fā)展。在燃氣發(fā)電機組冷、熱、電分布式能源項目中，燃氣發(fā)電機組是其重要的組成部分。燃氣發(fā)電機組部分設(shè)計好壞關(guān)乎著整個項目的成敗。
排煙系統(tǒng)設(shè)計要點
任何燃氣發(fā)動機均有其允許的大排氣背壓。當實際排氣背壓高于發(fā)動機所允許的排氣背壓時，燃氣發(fā)動機將出現(xiàn)排煙不暢，排氣溫度高的現(xiàn)象。嚴重時將不能滿載運行且將出現(xiàn)氣門和渦輪增壓器損壞的現(xiàn)象。對于燃氣發(fā)電機組分布式能源項目來說，為了充分利用尾氣中的熱量，排煙管道上要增加各種換熱設(shè)備；為了優(yōu)化燃氣發(fā)動機排放，排煙系統(tǒng)中還將應(yīng)用SCR/OXI技術(shù)；為了將發(fā)動機廢氣排到相應(yīng)的地方，將配置排煙彎頭，排煙管道和排煙消音器。不同管徑、不同數(shù)量、不同角度的彎頭均將產(chǎn)生一定的阻力。所有這些排煙系統(tǒng)的設(shè)備都將增加排煙系統(tǒng)的阻力。排煙系統(tǒng)的設(shè)計是燃氣系統(tǒng)中復(fù)雜的部分，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1、排煙管的熱脹冷縮
鋼制管道在500?C時長度延伸量約為3%。為了抵消煙管因為熱脹冷縮而造成的巨大壓力，必須在管道上加裝鋼膨脹節(jié)，否則將嚴重損壞煙管的固定支架。一般來說，排煙管道每隔6米需安裝一個膨脹節(jié)，管道在每個膨脹節(jié)之后要增加約2.54mm的直徑。
2、保溫要求高
良好的保溫可以讓煙氣的熱量全部排出室外或者全部進入余熱利用設(shè)備。發(fā)動機煙氣成分主要是CO?和水蒸汽，發(fā)動機排煙管道較長，如果溫度下降過快，煙氣在沒有排出煙鹵前就冷卻到100?C以下，如此煙氣中的水蒸汽將變成液體倒灌回發(fā)動機，從而嚴重損壞發(fā)動機氣缸。
3、排煙系統(tǒng)的所有設(shè)備均將形成一定的阻力
排煙管道，排煙彎頭將形成一定的阻力；煙氣余熱利用設(shè)備安裝在排煙系統(tǒng)內(nèi)也將形成一定的阻力；為了使排氣背壓小于發(fā)動機正常運行的要求，我們應(yīng)設(shè)計合適管徑的排煙管道以及選擇相應(yīng)阻力的煙氣余熱利用設(shè)備。
根據(jù)排氣背壓計算公式及發(fā)動機允許的排氣背壓，設(shè)計排煙管道的管徑。排氣背壓計算公式：
P=(L*S*Q2)/(5184*D2)
S=365/(273+t)
P—排煙系統(tǒng)的背壓
L—排煙管道長度
S—煙所在特定溫度下的比重
Q—煙氣流量
D—排煙管的管徑
t—排煙溫度
在煙氣余熱利用設(shè)備的選型和設(shè)計上，需要進行以下考慮：
1、煙氣余熱利用設(shè)備的阻力應(yīng)滿足發(fā)動機背壓的要求。如設(shè)備的阻力超過發(fā)動機背壓的高限制時，必須在阻力大的管路末端加裝引風機，用以減小管路的背壓。同時在選擇引風機時必須考慮其安裝位置的煙氣溫度。
2、在任何一種工作狀態(tài)或故障狀態(tài)都要確保煙氣管路的暢通。在管路上不要加裝任何安全閥門。如果必須安裝，則需要在閥門前段安裝旁通管道。
3、排煙管道安裝設(shè)備安全問題：在排煙管道彎頭端，方形管端1米處加裝泄爆閥。因為發(fā)動機排煙系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)常會有未能完全燃燒的CH4氣體，當遇到火星時會在局部形成爆炸。為了避免較嚴重的煙管中CH4氣體爆炸情況，在煙管中加裝泄爆閥，以避免損壞管道和用熱設(shè)備。
4、高溫煙氣中NOX和COX處理及應(yīng)用高溫煙氣中含有大量熱量，是余熱利用的重要熱量來源。另一方面在運用了稀薄燃燒技術(shù)并采用SCR/OXI技術(shù)時，燃氣發(fā)動機尾氣中的NOX含量將降到100mg/m3以下，基本對大氣沒有污染。因此可利用尾氣中大量CO2氣體，將其作為溫室氣體的重要來源。
冷卻系統(tǒng)設(shè)計要點
大功率燃氣發(fā)動機冷卻系統(tǒng)由兩部分組成：一部分為高溫系統(tǒng)，包括缸套水冷卻系統(tǒng)和潤滑油冷卻系統(tǒng)；另一部分是低溫系統(tǒng)，即中冷水冷卻系統(tǒng)。這兩部分不是同一回路，工作溫度也各不相同，需要分別設(shè)計不同冷卻系統(tǒng)。
1、高溫冷卻系統(tǒng)
這是分布式能源項目系統(tǒng)中余熱利用的重要部分。通常情況下，使用熱交換設(shè)備將高溫回路中的熱量交換出來，再與煙氣換熱器中交換出來的熱水回路進行并聯(lián)，經(jīng)過補熱或直接送入吸收式冷水機組之中予以利用。為了更好地余熱利用，建議選擇110?C溫度冷卻系統(tǒng)。
2、低溫冷卻系統(tǒng)
溫度越低，熱回收就越困難。燃氣發(fā)動機低溫冷卻系統(tǒng)即中冷水系統(tǒng)的溫度越低。發(fā)動機效率越高，排放也越好，功率也越大。為了大限度地利用燃氣發(fā)電機組電能，我們通常選擇盡可能低的中冷水溫度。對于分布式能源項目中的中冷水系統(tǒng)，也一般不作為余熱利用。
3、遠程散熱系統(tǒng)
當分布式能源系統(tǒng)中的余熱回收裝置停止工作時，發(fā)動機冷卻系統(tǒng)也將停止工作。為了保證發(fā)電機組正常運行，在分布式能源系統(tǒng)中，發(fā)電機組還需設(shè)計遠程散熱系統(tǒng)。遠程散熱系統(tǒng)可分為冷卻塔散熱系統(tǒng)和遠置散熱水箱系統(tǒng)。可根據(jù)項目應(yīng)用進行選擇。
這里著重討論遠置散熱水箱系統(tǒng)的設(shè)計要點
1、發(fā)動機與散熱水箱之間需配置熱交換器主要原因有：
①發(fā)動機冷卻系統(tǒng)能夠承受的大靜壓力約為17KPA，當散熱水箱放置在高于發(fā)動機17.6米以上時，散熱水箱相對于發(fā)動機的靜壓力將大于17KPA，發(fā)動機密封系統(tǒng)不能承受。因此需加裝熱交換器將散熱水箱和發(fā)動機循環(huán)水隔離，以減小發(fā)動機承受的靜壓力。
②發(fā)動機自帶泵的揚程不夠。由于系統(tǒng)中散熱水箱通常安裝在離發(fā)動機較遠的地方，較長的管路，較多的彎頭將在系統(tǒng)管路中形式較大的阻力，超出了發(fā)動機水泵的動力需求。如果為了滿足水泵揚程而加大冷卻水管徑，從而減小阻力，則安裝空間和安裝工程成本將增加。在增加了熱交換器后系統(tǒng)可以根據(jù)水管的阻力選擇相應(yīng)的水泵，性價比更高。
2、換熱設(shè)備二次回路上循環(huán)水泵需要設(shè)計一主一備，以及相應(yīng)檢修閥門。保證系統(tǒng)的可靠性。
3、散熱水箱上的冷卻風扇采用電動機驅(qū)動，其電源引自發(fā)電機組輸出電源。這些設(shè)備的控制需設(shè)計專門的配電控制系統(tǒng)。
4、為了確保安裝在室外的散熱水箱的冷卻水不結(jié)冰，冷卻水必須添加一定比例的防凍液。
5、遠程散熱水箱的風扇運行時將產(chǎn)生較大的噪聲，應(yīng)根據(jù)環(huán)境要求對噪聲作出相應(yīng)的降噪處理。
