燃气轮机尾气余热利用方法及其系统的设计与开发

摘要：文章結合燃气轮机尾气的物理及化学特性，介绍了燃气轮机尾气的余热利用方法及其系统。

关键词：燃气轮机尾气；中、低温烟气；余热利用

1 绪论

燃气轮机是现代工业生产中的重要能源装备，其作用是将燃料的内能转化为机械能。燃气轮机工作过程中产生大量燃烧后的尾气，其温度通常分布在450～600℃，如果直接排放到大气当中，不仅造成能量的损失，还会造成严重的大气环境污染。现有技术条件下，燃气轮机单循环热效率不及50%，大部分热量随着尾气被排入大气中，造成能量的浪费，并且排放的氮氧化物超出相关国家强制标准的要求。

燃气轮机尾气余热利用方法及其系统是一种废弃能源利用技术及装备，燃气轮机排放的尾气通过搭建余热回收利用及环保治理系统将会有效降低燃气轮机的运营及环保成本，提升燃气轮机的经济效益和社会环境效益。燃气轮机尾气余热回收利用市场前景广阔，下面着重介绍燃气轮机尾气余热利用方法及其系统的设计与开发。

2 余热利用及环保治理方法

燃气轮机尾气余热利用及环保治理方法是基于燃气轮机输出尾气的物理及化学参数，通过设置余热锅炉及选择性催化还原法脱硝模块（SCR）来实现的。燃气轮机尾气先进入高温余热模块进行热交换，尾气降至一定温度进入选择性催化还原法脱硝模块（SCR）进行环保治理，经过环保处理的尾气再进入低温余热模块进行热交换，最后通过烟囱排出。余热锅炉产生的蒸汽冲转汽轮机带动发电机发电，产生的电能并入公用电网。燃气轮机尾气余热利用及环保治理方法可通过预先设定的逻辑程序依托工业计算机实现自动化运行。图1是燃气轮机尾气余热利用及环保治理方法流程图。

3 余热利用及环保治理系统

燃气轮机尾气余热利用及环保治理系统是能源转换及化学反应系统，所述系统由导流烟道、余热锅炉及选择性催化还原法脱硝模块（SCR）构成。导流烟道的一端与燃气轮机尾气系统连通，另一端则与余热锅炉相接，燃气轮机尾气先进入高温余热锅炉进行热交换，尾气降至一定温度进入选择性催化还原法脱硝模块（SCR）进行环保治理，经过环保处理的尾气再进入低温余热锅炉进行热交换，最后通过烟囱排出。图2是燃气轮机尾气余热利用及环保治理系统。

导流烟道呈锥形由小渐大水平布置，导流烟道上面板与水平成30°角，渐变锥形烟道内设有导流板，燃气轮机尾气进入导流烟道扩散、导流形成均匀的动力场进入余热锅炉。余热锅炉卧式水平布置，由高温余热锅炉、低温余热锅炉组成，高、低温余热锅炉间设有选择性催化还原法脱硝模块（SCR）。余热锅炉蒸汽段为自然循环，水预热段则为强制循环。给水在水预热段中被加热至预设温度，分别送高温余热锅炉和低温余热锅炉。高温余热锅炉与高温尾气热交换生成高温过热蒸汽；低温余热锅炉与低温尾气热交换生成低温过热蒸汽。余热锅炉产生的高温过热蒸汽及低温过热蒸汽冲转汽轮机带动发电机发电，产生的电能并入公用电网。汽轮机排出的蒸汽经冷凝系统冷却相变后，由系统给水泵提供压头进行下一次热工循环。

余热利用及环保治理系统通过工业计算机程序化控制系统实现自动化运行，所述工业计算机程序化控制系统通过一次就地测量装置测量燃气轮机尾气温度、余热锅炉汽包水位、余热锅炉主蒸汽压力、温度及流量等参数的数值，变送装置将一次就地测量装置测量数值转化为数字信号送往DCS（Distributed Control System，简称DCS）控制系统，DCS控制系统通过预先设定的逻辑程序来实现余热锅炉的自动化运行。在特定及其他需要的情况下，余热锅炉DCS控制系统可撤出运行，余热锅炉改为人工手动控制的运行模式。

4 结语

燃气轮机尾气余热利用方法及其系统实施后，在实现燃气轮机尾气洁净排放的同时提高了燃气轮机的能源转换效率，克服了制约燃气轮机发展的瓶颈。本文所阐述的燃气轮机尾气余热利用方法及其系统是在坚持节约资源和保护环境基本国策的大背景下，实现新型工业化道路的过程中提出，具有良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]林汝谋，金红光.燃气轮机发电动力装置[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2]工业锅炉设计计算标准方法[M].北京：中国标准出版社，2003.

[3]GB/T 157362016，燃气轮机辅助设备通用技术要求[S].

作者简介：林仟国（1980），男，汉族，江苏射阳人，工程师，主要研究方向：余热回收及利用。