神堂嘴電站散熱器改造工程探討

摘 要：通過對神堂嘴電站瓦斯發電機組散熱器進行改造，降低了卡特彼勒和顏巴赫瓦斯發電機組缸套水溫度，提高了瓦斯發電機組夏季帶負荷能力，減少了溫室氣體排放，提高了發電量，社會和經濟效益明顯。

關鍵詞：缸套水；散熱器；溫室氣體；節能減排；CDM

前言

陽泉礦區的煤層氣含量極為豐富，全礦區煤層氣資源總面積2668km2，煤層氣資源量6448億立方米。煤層最大含氣量為21.7m3/t（煤），平均17.2m3/t（煤）。在煤炭生產過程中有大量煤層氣涌出，最大涌出量達781.36m3/min。為實施煤層氣減排，保護大氣環境、創造更多的經濟效益，陽煤集團充分利用瓦斯進行發電，建有神堂嘴瓦斯、貴石溝瓦斯、虎尾溝瓦斯發電站三座，有效利用減少了溫室氣體排放，實現了節能減排。

1 改造原因

神堂嘴電站一期工程裝機4×3000kW進口高濃瓦斯發電機組，2006年投產發電，二期工程裝機4×4000kW進口高濃瓦斯發電機組，2011年投產發電。在實際運行中，夏季由于環境溫度偏高，機組缸套水出口溫度達到95℃，高于機組設定的額定溫度90℃，機組自控系統自動降載運行，造成了發電機組降載運行，發動機夏季溫度高，機組最多帶載50%，同時瓦斯進氣量減少，大量瓦斯氣資源得不到充分利用，只能排空，嚴重影響公司各項經營指標的完成和集團公司CDM經濟收入。

2 改造方案

為了降低缸套水溫度，提高發電機負荷率，需要對發電機組現有的散熱冷卻系統進行改造，利用原有建筑和機組附帶板式換熱器，配合現有的散熱水箱帶走過量余熱，要求冷卻塔設計按帶走8臺機組多余熱量考慮。

2.1 改造制冷量的確定

通過對機組運行數據的研究分析發現，夏季環境溫度偏高導致機組降載運行的直接原因是其缸套水與中冷水與外界環境的熱交換不充分，現有強制風冷式冷卻系統無法滿足機組內部的散熱需求。

在正常設計條件下機組要求缸套水的回水溫度為78℃，在機組內部完成熱交換溫度升高至94℃后進入風冷式強制冷卻系統進行熱交換，重新冷卻至78℃，往復工作。同樣中冷水的設計回水溫度為48℃，在機組內部完成熱交換溫度升高至53℃后進入風冷式強制冷卻系統，冷卻后回到機組往復工作。

而實際運行過程中，由于夏季外界環境溫度偏高，強制風冷系統的散熱能力受到嚴重阻礙，導致缸套水回水溫度高達83℃，而中冷水回水溫度達到56℃，不但沒有起到冷卻作用，反而存在小幅度溫升的情況，由此導致液體在機組內循環利用時溫度逐步升高，直至影響機組無法滿載運行。

利用原有建筑和機組附帶換熱設備（板換），配合現有的散熱水箱帶走過量余熱，冷卻塔設計按帶走6臺機組多余熱量考慮。按照冷卻塔能配合散熱水箱使缸套水降溫5℃計算，需要的散熱能力計算見表下表。

計算公式為：散熱量=流量×密度×比熱×溫差（計算單位均折算為國際單位）。

熱量合計為3×（411+629）=3120kW，裕量按滿足溫差8℃考慮，合計為3120/5×8=4992kW。

散熱量計算表

2.2 改造方案

目前一期安裝板換3臺，換熱能力為1700kW/臺，二期安裝板換4臺，換熱能力1650kW/臺，一期再安裝同型號板換1臺，既可以在冬季采暖時從機組交換更多余熱，又可以在夏季降溫時保證設備的備用率。按照夏季降溫使用時的設計規模，擬增加3臺KBLH閉式冷卻塔，進出水溫差5℃，單臺冷卻水量300m3/h，換熱量約為1744kW。3臺循環水泵（兩用一備），單臺流量174m3/h，揚程38米，電機功率30kW，1座循環水補水箱，以降低缸套水溫度，保證發電機組在額度負荷下正常工作。

循環水補水由現有軟化水系統補給。冷卻塔補水由現有生產供水系統補給。

冷卻塔技術參數：冷卻水量300m3/h，換熱量1744kW。風機功率4kW×4，噴淋水泵功率4kW×1，進出口徑200mm，最大工作溫度120℃。

循環水泵技術參數及臺數：3臺；流量174m3/h，揚程38米，電機功率30kW。循環水泵需考慮備用和變頻。

2.3 設備布置

新增板換布置在廠房內二層平臺5米層的預留位置。閉式冷卻塔和循環水補水箱布置在主廠房原余熱鍋爐5米平臺上，利用原有的余熱鍋爐基礎。冷卻塔運行重量約10t，原設計余熱鍋爐基礎可承重60-70t。

循環水泵由于需做設備基礎，不便于放置在5米平臺上，因此暫設計放在零米層，為留出設備進出通道，基礎設置在緊鄰主廠房東側，靠近8#機組大門。

2.4 運行方式

輔助散熱系統均采用母管制運行，一次循環采用軟化水，與機組原有散熱系統相互獨立，系統的投入、解列均不影響原有散熱系統。

夏季需輔助降溫時，關斷采暖供回水總閥門，打開冷卻塔進出水母管的總閥門，同時打開冷卻塔的進出水和生產上水閥門、板換的一、二次側進出水閥門，開啟循環水泵及補水定壓裝置，輔助散熱開始運行。一次循環水補水箱和冷卻塔內補水（二次側補水）均受液位控制。冷卻塔單臺或雙臺運行、循環水泵的投入臺數及變頻參數，均根據當時機組散熱量要求確定，可與缸套水進出水溫度關聯。

冬季采暖時，關斷冷卻塔進出水母管的總閥門和生產上水閥門，切開輔助冷卻系統，同時打開采暖供回水總閥門以及板換的一、二次側進出水閥門，轉入采暖運行模式。

輔助冷卻系統停運時（春、秋、冬季），應以冷卻塔進出水母管的總閥門、生產上水閥門和軟化水進水閥門為界，將系統內所有水放凈，防止停運時低溫導致設備管道發生冰凍現象。

3 運行效果

改造工程2014年5月底完成，散熱裝置從6月份投運到9月底結束，共運行4個月，發電機負荷率提高10%，多發電600萬，減少溫室氣體排放468萬立方米，直接經濟效益300萬元，散熱裝置安全可靠，經濟和社會效益良好。

4 結束語

通過對瓦斯發電機組缸套水進行散熱技術改造，解決了缸套水溫度高的問題，缸套水溫度由93℃降低到89℃，滿足了機組正常運行要求，但在日常運行中，要根據實際情況對循環泵進行經濟調節，確定最佳運行工況，降低散熱器水耗。

參考文獻

[1]煤炭工業合肥設計研究院.神堂嘴電站散熱設計說明書[Z].

[2]顏巴赫燃氣發電機機組技術文件（神堂嘴）[Z].

[3]卡特彼勒燃氣發電機組技術文件（神堂嘴）[Z].

作者簡介：王永軍（1971-），男，山西昔陽人，工程師，公司副總經理，研究方向：電力安全生產和技術管理。