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摘要：本文介绍了以天然气为燃料的燃气机的特点和主要机型，对利用燃气机实现热电联供的可能性及应用前景进行了探讨。
关键词：燃气机；热电联供
一、背景
在我国，人们对能源的利用和发展与环保关系的认识是逐步深入的。我国长期以来实行以燃煤发电为主的能源政策，八十年代之前，极低的生产力水平使环保未得到重视。到八十年代末，经济的高速发展带来了日趋严重的大气污染，使人们不得不开始重视对环境污染的治理，其中一项举措就是发展热电联供，取消分散锅炉房，减少烟尘对大气的污染，热电厂在发电的同时向周围工厂和生活设施供热，环境污染状况有所改善。但由于以煤为燃料，锅炉烟气含有大量的二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx），仍对大气造成污染，加上受蒸汽供热半径的限制，很多热电厂都位于城市或城郊，城市的空气状况会因此变差。特别是在我国北方城市，冬季浓雾弥漫，引起多种呼吸道疾病，对人民生活和身体健康产生严重危害。同时燃煤小热电还有高能耗的缺点，在九十年代后期，政府开始将目光投向天然气这种清洁能源。天然气的热值高，约为36000～40000kJNm3，且燃烧后对环境污染小，是所有燃料中单位热值CO2排放量最低的，且NOx的排放率也很低，可以满足一般电厂的废气排放标准，因而将成为继煤和石油后的主要能源。
目前国内燃煤热电厂集中供热与分散的锅炉房相比，具有节约能源、占地少、改善环境的优点，但也存在一些弊端，随着市场经济的发展，其弊端越来越明显。
首先是投入大、费用高，城市热网的建设需要大量资金，要建设供热系统管路，因而供热成本很高。在计划经济体制下，建设运行费用由政府负担，其经济效益差的一面没有反映出来，而在如今的市场经济下，由于供热收费欠费引起的问题越来越多，国家也不堪重负。
其次是由于计量不规范，热控水平不高，以至热网管理落后，供热各环节浪费太大，尤其是公共建筑在无人时也持续供热，节能变成了浪费。同时原有城市规划对热网考虑不够，使增建的热网管道影响城市美观，同时敷设时需要部分建筑物拆迁等。另外城市中的热电厂增加了市内污染物的排放，使局部环境恶化。因此有必要借鉴发达国家的经验，如一些国家采用分散供热的模式，工业企业自备热电站和分散的小型热电站相现结合的方式，分别满足工业和居民的热需求。在这种情况下，燃用天然气的燃气机成为人们选择的主要供热发电设备之一。
早在1894年已有了以天然气为燃料的发动机，经过不断发展和完善，形成了可燃用多种燃料（包括垃圾填埋场产生的填埋气）的燃气机和燃天然气-轻柴油的双燃料柴油机。为了更好地节约能源，还充分利用废热供热或再次发电，实行热电联供，大大增加了经济性。从效率上来说，单机输出功率50MW以下的热机以柴油机和燃气机为最高，发电效率可达40%以上，热电联供效率更高达80%；单机功率大于50MW时，燃气-蒸汽联合循环机组的效率较高。有鉴于此，目前国际上燃气机及双燃料柴油机应用很广。
二、中国电力和燃机发电现状
当前，我国的电力资源主要是水电、火电、发展中的核电和正在崛起的燃机发电。据资料统计，到1996年底，中国发电装机总容量为2.4亿千瓦，年发电量达约1.08万亿千瓦时，分别占世界第三位和第四位，成为世界电力生产和电力消费大国。然而，我国用电程度仍维持在一个较低水平，电力供应总量不足，人均容量和发电量与世界平均水平尚有较大差距，地区性缺电和高谷缺电十分严重。我国人均装机容量仅为0.18千瓦，而北美为13千瓦；人均生活用电为73千瓦时，只有美国的2.2%；全国大电网调度口径缺电力1500万千瓦，缺电量500多亿千瓦时；发达国家调峰发电装机容量约占总装机容量的30%，其中燃机调峰约占20%。而我国电力结构是以火电和水电为主，所以在枯水期更为缺电，而且用电高峰时段，供电矛盾尤为突出，只能采用拉闸限电的原始强制手段。因此，电力，特别是调峰电力像瓶颈一样，严重制约着我国国民经济的高速发展。利用燃机调峰发电，在我国经过孕育，正在发展壮大。
三、燃机发电工作原理
燃气发电机组与汽油发电机组，柴油发电机组相比降低了对环境的污染，是一种环保节能型的发电机。而且燃气发电机组结构简单，使用安全可靠，输出的电压和频率稳定。
燃气发电机组包含：发动机、发电机、控制器，还有可选用装置稳压过滤装置、气液分离装置等，发动机与发电机同轴连接，并置于整机底盘上，再将消声器和调速器连接在发动机上，由燃气源通入发动机内的燃气通道，连接在发动机上带拉绳的反冲起动器以及连接在发电机输出端的电压调节器。其中燃气源内置放的可燃气体是天然气，或液化石油气，或沼气。
燃气发电机组过滤装置用于保护燃气管路的阀门，过滤网的孔径应不大于1.5MM。
燃气稳压过滤装置是燃气发电机组燃气输配过程的主要和关键设备，主要承担调压和稳压的功能，同时还要承担过滤、计量、加臭、气体分配等一项或多项功能。
如气阀列组配置独立稳压阀，其进气口前端应配置独立的过滤装置，避免堵塞稳压阀内的气管。
四、利用燃气机热电联供
燃气机的余热有三个来源，燃气机的高温烟气、高温缸体及增压空气冷却水和润滑油冷却水。其中最主要的是燃气机的排气，因其温度一般在400～500℃，含大量余热，通过在烟道上加装热交换器可将余热转换为蒸汽或热水。高温缸体及增压空气冷却水温度为90～95℃，润滑油冷却水温度为70℃左右，均可通过热交换器供热水。
燃气机的余热有多种用途，主要有三类：再发电、供热、制冷。而从具体形式来说，可以根据用户需要，形成多种组合。如余热锅炉产生的蒸汽可用来带动汽轮机发电，或直接供热用户，作为生产工艺过程中的干燥、燃烧空气干燥等，也可以通过吸收式冷却器制冷，供工厂或居民住宅；温度不同的高温缸体及增压空气冷却水和润滑油冷却水，通过热交换器串联后供用户热水，作为工艺用热、地区用热、也可在余热锅炉蒸汽发电时加热汽机凝结水。
五、前景
燃气机在中国的应用可能只是时间的问题。首先从燃料上来说，中国已经明确表示，在今后20年内，天然气工业会有一个较大的发展，相应的以天然气为燃料的电力工业也会得到较大的发展，这对缓解能源供需矛盾，优化能源结构，改善大气环境质量将起重要作用。其次从需求上来说，随着我国生活水平的提高，人们对供热、制冷质量的要求将更高，购物中心、医院、宾馆、体育场、居民小区等有可能采用燃气机实现热电冷联供，并且在规划时就予以考虑。另外从环保角度来说，也会鼓励在城市中采用污染小的燃气机电站。
参考文献：
[1]江亿，付林，天然气在城市供暖中应用的新途径，中国能源，2001（5）
关键词：燃气机；热电联供
一、背景
在我国，人们对能源的利用和发展与环保关系的认识是逐步深入的。我国长期以来实行以燃煤发电为主的能源政策，八十年代之前，极低的生产力水平使环保未得到重视。到八十年代末，经济的高速发展带来了日趋严重的大气污染，使人们不得不开始重视对环境污染的治理，其中一项举措就是发展热电联供，取消分散锅炉房，减少烟尘对大气的污染，热电厂在发电的同时向周围工厂和生活设施供热，环境污染状况有所改善。但由于以煤为燃料，锅炉烟气含有大量的二氧化硫（SO2）和氮氧化物（NOx），仍对大气造成污染，加上受蒸汽供热半径的限制，很多热电厂都位于城市或城郊，城市的空气状况会因此变差。特别是在我国北方城市，冬季浓雾弥漫，引起多种呼吸道疾病，对人民生活和身体健康产生严重危害。同时燃煤小热电还有高能耗的缺点，在九十年代后期，政府开始将目光投向天然气这种清洁能源。天然气的热值高，约为36000～40000kJNm3，且燃烧后对环境污染小，是所有燃料中单位热值CO2排放量最低的，且NOx的排放率也很低，可以满足一般电厂的废气排放标准，因而将成为继煤和石油后的主要能源。
目前国内燃煤热电厂集中供热与分散的锅炉房相比，具有节约能源、占地少、改善环境的优点，但也存在一些弊端，随着市场经济的发展，其弊端越来越明显。
首先是投入大、费用高，城市热网的建设需要大量资金，要建设供热系统管路，因而供热成本很高。在计划经济体制下，建设运行费用由政府负担，其经济效益差的一面没有反映出来，而在如今的市场经济下，由于供热收费欠费引起的问题越来越多，国家也不堪重负。
其次是由于计量不规范，热控水平不高，以至热网管理落后，供热各环节浪费太大，尤其是公共建筑在无人时也持续供热，节能变成了浪费。同时原有城市规划对热网考虑不够，使增建的热网管道影响城市美观，同时敷设时需要部分建筑物拆迁等。另外城市中的热电厂增加了市内污染物的排放，使局部环境恶化。因此有必要借鉴发达国家的经验，如一些国家采用分散供热的模式，工业企业自备热电站和分散的小型热电站相现结合的方式，分别满足工业和居民的热需求。在这种情况下，燃用天然气的燃气机成为人们选择的主要供热发电设备之一。
早在1894年已有了以天然气为燃料的发动机，经过不断发展和完善，形成了可燃用多种燃料（包括垃圾填埋场产生的填埋气）的燃气机和燃天然气-轻柴油的双燃料柴油机。为了更好地节约能源，还充分利用废热供热或再次发电，实行热电联供，大大增加了经济性。从效率上来说，单机输出功率50MW以下的热机以柴油机和燃气机为最高，发电效率可达40%以上，热电联供效率更高达80%；单机功率大于50MW时，燃气-蒸汽联合循环机组的效率较高。有鉴于此，目前国际上燃气机及双燃料柴油机应用很广。
二、中国电力和燃机发电现状
当前，我国的电力资源主要是水电、火电、发展中的核电和正在崛起的燃机发电。据资料统计，到1996年底，中国发电装机总容量为2.4亿千瓦，年发电量达约1.08万亿千瓦时，分别占世界第三位和第四位，成为世界电力生产和电力消费大国。然而，我国用电程度仍维持在一个较低水平，电力供应总量不足，人均容量和发电量与世界平均水平尚有较大差距，地区性缺电和高谷缺电十分严重。我国人均装机容量仅为0.18千瓦，而北美为13千瓦；人均生活用电为73千瓦时，只有美国的2.2%；全国大电网调度口径缺电力1500万千瓦，缺电量500多亿千瓦时；发达国家调峰发电装机容量约占总装机容量的30%，其中燃机调峰约占20%。而我国电力结构是以火电和水电为主，所以在枯水期更为缺电，而且用电高峰时段，供电矛盾尤为突出，只能采用拉闸限电的原始强制手段。因此，电力，特别是调峰电力像瓶颈一样，严重制约着我国国民经济的高速发展。利用燃机调峰发电，在我国经过孕育，正在发展壮大。
三、燃机发电工作原理
燃气发电机组与汽油发电机组，柴油发电机组相比降低了对环境的污染，是一种环保节能型的发电机。而且燃气发电机组结构简单，使用安全可靠，输出的电压和频率稳定。
燃气发电机组包含：发动机、发电机、控制器，还有可选用装置稳压过滤装置、气液分离装置等，发动机与发电机同轴连接，并置于整机底盘上，再将消声器和调速器连接在发动机上，由燃气源通入发动机内的燃气通道，连接在发动机上带拉绳的反冲起动器以及连接在发电机输出端的电压调节器。其中燃气源内置放的可燃气体是天然气，或液化石油气，或沼气。
燃气发电机组过滤装置用于保护燃气管路的阀门，过滤网的孔径应不大于1.5MM。
燃气稳压过滤装置是燃气发电机组燃气输配过程的主要和关键设备，主要承担调压和稳压的功能，同时还要承担过滤、计量、加臭、气体分配等一项或多项功能。
如气阀列组配置独立稳压阀，其进气口前端应配置独立的过滤装置，避免堵塞稳压阀内的气管。
四、利用燃气机热电联供
燃气机的余热有三个来源，燃气机的高温烟气、高温缸体及增压空气冷却水和润滑油冷却水。其中最主要的是燃气机的排气，因其温度一般在400～500℃，含大量余热，通过在烟道上加装热交换器可将余热转换为蒸汽或热水。高温缸体及增压空气冷却水温度为90～95℃，润滑油冷却水温度为70℃左右，均可通过热交换器供热水。
燃气机的余热有多种用途，主要有三类：再发电、供热、制冷。而从具体形式来说，可以根据用户需要，形成多种组合。如余热锅炉产生的蒸汽可用来带动汽轮机发电，或直接供热用户，作为生产工艺过程中的干燥、燃烧空气干燥等，也可以通过吸收式冷却器制冷，供工厂或居民住宅；温度不同的高温缸体及增压空气冷却水和润滑油冷却水，通过热交换器串联后供用户热水，作为工艺用热、地区用热、也可在余热锅炉蒸汽发电时加热汽机凝结水。
五、前景
燃气机在中国的应用可能只是时间的问题。首先从燃料上来说，中国已经明确表示，在今后20年内，天然气工业会有一个较大的发展，相应的以天然气为燃料的电力工业也会得到较大的发展，这对缓解能源供需矛盾，优化能源结构，改善大气环境质量将起重要作用。其次从需求上来说，随着我国生活水平的提高，人们对供热、制冷质量的要求将更高，购物中心、医院、宾馆、体育场、居民小区等有可能采用燃气机实现热电冷联供，并且在规划时就予以考虑。另外从环保角度来说，也会鼓励在城市中采用污染小的燃气机电站。
参考文献：
[1]江亿，付林，天然气在城市供暖中应用的新途径，中国能源，2001（5）