燃气发电机组安装应用设计要点

燃气发电机组安装应用设计要点

随着国家环保节能政策的实施，燃气发电机组冷、热、电分布式能源项目因为其能效高、清洁环保、安全性好、经济效益高等特点而蓬勃发展。在燃气发电机组冷、热、电分布式能源项目中，燃气发电机组是其重要的组成部分。燃气发电机组部分设计好坏关乎着整个项目的成败。

下面我们将根据燃气发电机组特点和项目的应用需求，从安装应用、余热利用、消防环保和控制系统四个不同角度为大家介绍一下燃气发电机组的主要设计要点和注意事项。

1燃气发电机组技术参数

在分布式能源项目中，根据项目应用需求有以热定电、以电定热等各种选择燃气发电机组的选型方式。燃气发电机组选型目标是选择一款与项目应用相匹配，在项目应用中经济性最高的燃气发电机组。因此正确了解燃气发电机组技术参数至关重要：

1)框架性参数：燃气发电机组使用范围和使用方式；燃气发电机组型号、输出电压、频率、适用燃气的品质、排放指标、低温冷却水进水温度和高温冷却水出口温度等。2)燃气消耗量指标：燃气消耗量或发电效率，余热利用效率对于项目的投资回收周期，发电成本有着至关重要的作用。3)发动机指标：燃气发电机组核心是燃气发动机，燃气发动机性能至关重要。燃气发动机的技术参数包括：生产商、发动机缸数、缸径、冲程、排量、吸气方式、机械输出功率、汽缸平均有效压力、额定转速、压缩比、润滑油消耗量、要求燃气的工作压力及所能适用的燃料最小甲烷值、启动方式和发电机组尺寸和重量。4)热平衡指标：在分布式能源项目中，余热利用是项目的另一个重要组成部分。燃气发电机组热平衡指标是项目余热利用设计的基础。主要包括：发动机连续输出功率、润滑油冷却器散热

量、机体辐射热量、中冷水回路散热量、缸套水回路散热量、烟气降到120︒C时的可用能量等。5)进排气指标：燃气发动机所允许的进气阻力和排气阻力、温度和流量是机房通风设计及排烟系统余热利用设计中的重要参数。所有机房通风设计、余热利用等必须满足发电机组满载运行的要求。在保证项目技术性能的同时保证项目的经济性能。6)冷却水指标：冷却水指标描述了发动机在不同冷却系统中冷却水容量、流量、出水温度、回水温度、冷却水回路外部最大阻力、冷却水回路的最大压力和最小静压。这些数据是设计换热系统、散热系统的基本依据。7)排放指标：排放指标描述了发动机在不同功率下尾气中有害物质的浓度。发动机尾气中的有害物质除了NOx之外 ，还有CO等各种化合物。排放指标好坏是决定项目是否选用此发动机的重要指标。需要说明的是如果各种排放指标随功率的变化比较平稳，说明该发动机排放控制系统采用了比较先进的闭环控制。8)功率折损表：发动机功率折损是燃气发电机组一个非常重要的参数。它反映了发动机在不同海拔和不同气温下燃气发动机能够输出的实际功率。任何项目均需根据现场的实际条件计算所选燃气发电机组的真实功率输出。9)热平衡修正表：热平衡修正表主要是考虑到热水在不同和温度下热力学性能会发生变化，所以给出一个修正表以方便设计人员在设计的时候考虑环境因素，设计出满足发电机组现场应用的换热系统和散热系统。

2燃气发电机组基础设计要点

燃气发电机组具有一定的重量，而且在运行中会产生一定的振动。这些振动被证明是有害的。因此对燃气发电机组的基础设计提出了一定的要求。制作燃气发电机组基础主要有四个方面需要考虑：

1)基础的承重：对于并联运行的发电机组，基础承重一般设计为燃气发电机组湿重的2倍或以上。2)基础的刚度：为了防止设备本身所产生的有害变形，基础必须具有足够的刚度。一般采用混凝土来制作基础，并在混凝土中加一定量的加强钢筋。3)隔离振动：设

备与基础之间一般都有减振垫，用来隔离设备与房间之间的振动。同时设备基础与支撑面之间应加入一定的隔振材料如黄沙、碎石等。4)基础尺寸：任何基础形式下均建议基础比机组底座在所有方向上多出500MM。基础厚度可采用以下公式计算：

FD = W/(L * B * D)

FD：基础厚度 W：基础承重

L：基础总长 B：基础总宽

D：混凝土密度（kg/m3）

3燃气接入系统的设计要点

首先我们介绍燃气供应系统的主要作用：

1）把输送到燃气发电机组的燃气进一步清洁和处理；

2）保证按机组运行的要求，调节供应到燃气发电机组的燃气压力和流量；

3）保证在燃气发电机组启动、运行和正常或事故停机时及时地供货或切断燃气供应。

任何一台燃气发电机组都必须配备专用的燃气供气系统。对于燃气发电机组来说，燃气接入系统的作用就是提供清洁、压力稳定、流量稳定的燃料。典型的燃气供应阀组包括手动关断阀、燃气过滤器、燃气压力表、安全关断阀、燃气压力调节阀、燃气压力开关、安全排气阀（只有在高压燃气系统中才安装）以及双螺线管电磁阀。整套阀组安装在一起

组成Gas Train。目前所有燃气发电机组Gas Train均由燃气发电机组供应商随机提供，以减少现场安装的工作量。

4接地系统设计要点

这里所讲述的接地系统主要是指发电机组的接地系统。在400V低压系统中，发电机组将按照系统的接地要求进行设计和安装。而在10KV中压系统中，发电机组接地会有一些特别要求：

1)10KV系统中通常为多台燃气发电机组并机运行，并机运行的发电机组接地方式有三种：不接地系统、小电阻接地系统和大电阻接地系统。不同接地方式能为发电机组提供不同的保护功能。通常情况下，10KV燃气发电机组接地系统采用小电阻接地系统。2)

所有接地系统的技术要求如下：

A、接地电阻≤1 ῼ

B、必须用单独的接地极与接地干线相连接

C、接地线截面积 发电机组≥70mm2 , 其他设备≥25mm2

D、铜板的截面积不应该小于100 mm2，厚度不应小于4mm. 并且接地线应该与水平接地体的截面积相同

E、人工接地体在土壤中的埋设深度≥2m，埋在土壤中的接地装置其连接处应采用焊接，并且焊接处需作防腐处理。

5润滑系统设计要点

在分布式能源项目中，燃气发电机组属于长期运行设备。停机时间越少，其经济效益将越高。所以在项目设计中我们将尽可能减少停机时间。由于燃气发电机组本身在运转过程中是需要消耗润滑油的，因此如何在不停机的情况下往发动机里面补充润滑油将是我们在系统设计中的设计要点之一。

1）了解燃气发电机组润滑油消耗量：润滑油消耗是发电机组运行费用中的重要部分。润滑油消耗率低是用户对燃气发电机组技术要求的重要性能之一。润滑油消耗量通常按照发电量来计算，单位：g/kwh 。

2）根据系统运行时间，系统中机组数量，系统中燃气发电机组润滑油消耗率确定润滑油补充系统的容量和布置方式。润滑油补充系统标准配置为日用油箱、润滑油主存油箱、废油存储箱以及相应的管道系统。

3）管路系统的自动化设计：在具体应用中，通常设计为较为简单的润滑油补油系统。就是依靠重力的自动补油系统。系统中要求燃气发电机组自带补油阀，安装过程应将润滑油箱抬高安装，高于发动机2米左右；废油箱安置在基础下0.5米左右，再在管道中设计相应的检修和维护阀门，整个系统就可以依靠重力完成系统的不停机自动补油功能：润滑油由于重力作用，流进燃气发动机润滑油箱。当润滑油箱液面上升到一定位置时，补油阀自动关闭，停止补油。

6排烟系统设计要点

任何燃气发动机均有其允许的最大排气背压。当实际排气背压高于发动机所允许的排

气背压时，燃气发动机将出现排烟不畅，排气温度高的现象。严重时将不能满载运行且将出现气门和涡轮增压器损坏的现象。

对于燃气发电机组分布式能源项目来说，为了充分利用尾气中的热量，排烟管道上要增加各种换热设备；为了优化燃气发动机排放，排烟系统中还将应用SCR/OXI技术；为了将发动机废气排到相应的地方，将配置排烟弯头，排烟管道和排烟消音器。不同管径、不同数量、不同角度的弯头均将产生一定的阻力。所有这些排烟系统的设备都将增加排烟系统的阻力。排烟系统的设计是燃气系统中最复杂的部分，主要体现在以下几个方面：

1排烟管的热胀冷缩：钢制管道在500︒C时长度延伸量约为3%。为了抵消烟管因为热胀冷缩而造成的巨大压力，必须在管道上加装钢膨胀节，否则将严重损坏烟管的固定支架。一般来说，排烟管道每隔6米需安装一个膨胀节，管道在每个膨胀节之后要增加约2.54mm的直径。

2保温要求高：良好的保温可以让烟气的热量全部排出室外或者全部进入余热利用设备。发动机烟气成分主要是CO2和水蒸汽，发动机排烟管道较长，如果温度下降过快，烟气在没有排出烟卤前就冷却到100︒C以下，如此烟气中的水蒸汽将变成液体倒灌回发动机，从而严重损坏发动机气缸。

3排烟系统的所有设备均将形成一定的阻力：排烟管道，排烟弯头将形成一定的阻力；烟气余热利用设备安装在排烟系统内也将形成一定的阻力；为了使排气背压小于发动机正常运行的要求，我们应设计合适管径的排烟管道以及选择相应阻力的烟气余热利用设备。

根据排气背压计算公式及发动机允许的排气背压，设计排烟管道的管径。排气背压计算公式：

P = ( L * S * Q2) /( 5184 * D2)

S = 365 /(273 + t)

P—排烟系统的背压

L—排烟管道长度

S—烟所在特定温度下的比重

Q—烟气流量

D—排烟管的管径

t—排烟温度

在烟气余热利用设备的选型和设计上，需要进行以下考虑：

1）烟气余热利用设备的阻力应满足发动机背压的要求。如设备的阻力超过发动机背压的最高限制时，必须在阻力最大的管路末端加装引风机，用以减小管路的背压。同时在选择引风机时必须考虑其安装位置的烟气温度。

2）在任何一种工作状态或故障状态都要确保烟气管路的畅通。在管路上最好不要加装任何安全阀门。如果必须安装，则需要在阀门前段安装旁通管道。3）排烟管道安装设备安全问题：在排烟管道弯头端，方形管端1米处加装泄爆阀。因为发动机排烟系统内经常会有未能完全燃烧的CH4气体，当遇到火星时会在局部形成爆炸。为了避免较严重的烟管中

CH4气体爆炸情况，在烟管中加装泄爆阀，以避免损坏管道和用热设备。

4）高温烟气中NOX和COX处理及应用

高温烟气中含有大量热量，是余热利用的重要热量来源。 另一方面在运用了稀薄燃烧技术并采用SCR/OXI技术时，燃气发动机尾气中的NOX含量将降到100mg/m3以下，基本对大气没有污染。因此可利用尾气中大量CO2气体，将其作为温室气体的重要来源。

7冷却系统设计要点

大功率燃气发动机冷却系统由两部分组成：一部分为高温系统，包括缸套水冷却系统和润滑油冷却系统；另一部分是低温系统，即中冷水冷却系统。这两部分不是同一回路，工作温度也各不相同，需要分别设计不同冷却系统。

1高温冷却系统

这是分布式能源项目系统中余热利用的重要部分。通常情况下，使用热交换设备将高温回路中的热量交换出来，再与烟气换热器中交换出来的热水回路进行并联，经过补热或直接送入吸收式冷水机组之中予以利用。为了更好地余热利用，建议选择110︒C温度冷却系统。

2低温冷却系统

温度越低，热回收就越困难。燃气发动机低温冷却系统即中冷水系统的温度越低。发动机效率越高，排放也越好，功率也越大。为了最大限度地利用燃气发电机组电能，我们通常选择尽可能低的中冷水温度。对于分布式能源项目中的中冷水系统，也一般不作为余

热利用。

3远程散热系统

当分布式能源系统中的余热回收装置停止工作时，发动机冷却系统也将停止工作。为了保证发电机组正常运行，在分布式能源系统中，发电机组还需设计远程散热系统。远程散热系统可分为冷却塔散热系统和远置散热水箱系统。可根据项目应用进行选择。

发动机与散热水箱之间需配置热交换器主要原因有：

1.1）发动机冷却系统能够承受的最大静压力约为17KPA，当散热水箱放置在高于发动机17.6米以上时，散热水箱相对于发动机的静压力将大于17KPA，发动机密封系统不能承受。因此需加装热交换器将散热水箱和发动机循环水隔离，以减小发动机承受的静压力。

1.2）发动机自带泵的扬程不够。由于系统中散热水箱通常安装在离发动机较远的地方，较长的管路，较多的弯头将在系统管路中形式较大的阻力，超出了发动机水泵的动力需求。如果为了满足水泵扬程而加大冷却水管径，从而减小阻力，则安装空间和安装工程成本将增加。在增加了热交换器后系统可以根据水管的阻力选择相应的水泵，性价比更高。

2换热设备二次回路上循环水泵需要设计一主一备，以及相应检修阀门。保证系统的可靠性。3散热水箱上的冷却风扇采用电动机驱动，其电源引自发电机组输出电源。这些设备的控制需设计专门的配电控制系统。4为了确保安装在室外的散热水箱的冷却水不结冰，冷却水必须添加一定比例的防冻液。5远程散热水箱的风扇运行时将产生较大的噪声，应根据环境要求对噪声作出相应的降噪处理。