一、 背景　　在我國，人們對(duì)能源的利用和發(fā)展與環(huán)保關(guān)系的認(rèn)識(shí)是逐步深入的。我國長期以來實(shí)行以燃煤發(fā)電為主的能源政策，八十年代之前，極低的生產(chǎn)力水平使環(huán)保未得到重視。到八十年代末，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展帶來了日趨嚴(yán)重的大氣污染，使人們不得不開始重視對(duì)環(huán)境污染的治理，其中一項(xiàng)舉措就是發(fā)展熱電聯(lián)供，取消分散鍋爐房，減少煙塵對(duì)大氣的污染，熱電廠在發(fā)電的同時(shí)向周圍工廠和生活設(shè)施供熱，環(huán)境污染狀況有所改善。但由于以煤為燃料，鍋爐煙氣含有大量的二氧化硫(SO2)和氮氧化物(NOx)，仍對(duì)大氣造成污染，加上受蒸汽供熱半徑的限制，很多熱電廠都位于城市或城郊，城市的空氣狀況會(huì)因此變差。特別是在我國北方城市，冬季濃霧彌漫，引起多種呼吸道疾病，對(duì)人民生活和身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害。同時(shí)燃煤小熱電還有高能耗的缺點(diǎn)，在九十年代后期，政府開始將目光投向天然氣這種清潔能源。天然氣的熱值高，約為36000～40000kJ/Nm3，且燃燒后對(duì)環(huán)境污染小，是所有燃料中單位熱值CO2的排放量最低的，且NOx的排放率也很低，可以滿足一般電廠的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)，因而將成為繼煤和石油后的主要能源。
　　目前國內(nèi)燃煤熱電廠集中供熱與分散的鍋爐房相比，具有節(jié)約能源、占地少、改善環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些弊端，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，其弊端越來越明顯。首先是投入大、費(fèi)用高，城市熱網(wǎng)的建設(shè)需要大量資金，要建設(shè)供熱系統(tǒng)管路，因而供熱成本很高。在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制下，建設(shè)運(yùn)行費(fèi)用由政府負(fù)擔(dān)，其經(jīng)濟(jì)效益差的一面沒有反映出來；而在如今的市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下，由于供熱收費(fèi)欠費(fèi)引起的問題越來越多，國家也不堪重負(fù)。其次是由于計(jì)量不規(guī)范，熱控水平不高，熱網(wǎng)管理落后，供熱各環(huán)節(jié)浪費(fèi)太大，尤其是公共建筑在無人時(shí)也持續(xù)供熱，節(jié)能變成了浪費(fèi)。同時(shí)原有城市規(guī)劃對(duì)熱網(wǎng)考慮不夠，使增建的熱網(wǎng)管道影響城市美觀，同時(shí)敷設(shè)時(shí)需要部分建筑物拆遷等。另外城市中的熱電廠增加了市內(nèi)污染物的排放，使局部環(huán)境惡化。因此有必要借鑒發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，如一些國家采用分散供熱的模式，工業(yè)企業(yè)自備熱電站和分散的小型熱電站相結(jié)合的方式，分別滿足工業(yè)和居民的熱需求。在這種情況下，燃用天然氣的燃?xì)鈾C(jī)成為人們選擇的主要供熱發(fā)電設(shè)備之一。
　　早在1894年就有了天然氣為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)過不斷發(fā)展和完善，形成了可燃用各種燃料(包括垃圾填埋場(chǎng)產(chǎn)生的填埋氣)的不同燃?xì)鈾C(jī)和燃天然氣—輕柴油的雙燃料柴油機(jī)。為了更好地節(jié)約能源，還充分利用廢熱供熱或再次發(fā)電，實(shí)行熱電聯(lián)供，大大增加了經(jīng)濟(jì)性。從效率上來說，單機(jī)輸出功率50MW以下的熱機(jī)以柴油機(jī)和燃?xì)鈾C(jī)為最高，發(fā)電效率可達(dá)40%以上，熱電聯(lián)供效率更高達(dá)80%；單機(jī)功率大于50MW時(shí)，燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的效率較高。 有鑒于此，目前國際上燃?xì)鈾C(jī)及雙燃料柴油機(jī)應(yīng)用很廣。二、 燃?xì)鈾C(jī)機(jī)型介紹　　目前世界上比較有代表性的燃?xì)鈾C(jī)制造企業(yè)有總部設(shè)在瑞士的WARTSILA NSD公司的燃?xì)鈾C(jī)，其功率范圍1000～5500kW、德國MANB＆W公司的雙燃料柴油機(jī)，其功率范圍在2400～1620kW，還有奧在利JENBACHER公司的70～2700kW燃?xì)鈾C(jī)。下面對(duì)這幾種機(jī)組分別作一簡(jiǎn)單介紹。1. WARTSILA NSD公司的燃?xì)鈾C(jī)　　瓦錫蘭恩斯迪集團(tuán)公司是世界最大的中速柴油機(jī)及燃?xì)鈾C(jī)設(shè)備制造公司，該公司有燃天然氣的燃?xì)鈾C(jī)(2100kW～5500kW)，也有燃?xì)狻p柴油雙燃料機(jī)組(4300kW～15800kW)。這里主要介紹它的燃?xì)鈾C(jī)。
　　影響內(nèi)燃機(jī)NOx生成的主要因素是溫度和空氣—燃料比，較低的溫度和較高的空氣—燃料比可降低NOx的排放。瓦錫蘭的燃?xì)鈾C(jī)采用稀薄燃燒控制技術(shù)，較高的空氣—燃料比使氣缸中與燃料的混合的空氣量多于燃燒所需要的量，并且混合均勻，這不僅大大降低NOx的排放，而且提高了機(jī)組的燃燒效率。稀薄的混合物點(diǎn)火和燃燒是通過預(yù)燃室實(shí)現(xiàn)的，預(yù)燃室內(nèi)采用火花塞點(diǎn)火，為主燃燒室的燃燒提供了能量。
　　自動(dòng)控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)WECS8000為分布在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的微型信息處理器，并劃分為不同功能。包括主控制塊(MCU)、傳感放大和分散控制塊(SMU/DCU)、氣缸控制塊(CCU)、空氣燃料控制系統(tǒng)。其中主控制塊為系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)速度、負(fù)荷的控制、吸氣點(diǎn)火系統(tǒng)及機(jī)組起停和保安 報(bào)警，調(diào)節(jié)空氣—燃料比。以34SG為例，其主要參數(shù)如下；氣 缸 數(shù) 12，16，18缸徑 340mm沖程 350mm單缸功率 293/305kW轉(zhuǎn)速 720/750r/min活塞平均速度 8.4/8.75 m/s 平均有效壓力 14～16bar頻率 60/50Hz熱耗率 8790kJ/kWh2.德國MANB＆W公司的雙燃料柴油機(jī)　　燃?xì)狻p柴油雙燃料系統(tǒng)是采用直接或間接噴射少量柴油燃料進(jìn)入燃燒區(qū)，以相當(dāng)高的點(diǎn)火能量引發(fā)天然氣、空氣混合物的燃燒。由天然氣輸送管網(wǎng)來的燃料氣體通過獨(dú)立的進(jìn)氣閥噴射進(jìn)入各獨(dú)立的氣缸外側(cè)空氣中，天然氣的噴射與進(jìn)氣閥的開度同步，天然氣與空氣混合物在氣缸中被壓縮，由于混合均勻，防止了局部燃燒高溫，同時(shí)由于較大的過?？諝饬浚蟠鬁p產(chǎn)NOx的生成。
　　點(diǎn)火所需的能量來自于預(yù)燃室的點(diǎn)火噴嘴，引燃燃料通過小型噴射泵噴入預(yù)燃室，柴油在缺乏空氣的初始條件下進(jìn)行預(yù)混燃燒，然后進(jìn)入主燃燒室，燃?xì)?、空氣混合氣稀薄燃燒，降低了燃燒循環(huán)的溫度，避免產(chǎn)生氮氧化物。所需的引燃燃料量只占柴油機(jī)總?cè)剂舷牧康?%。燃油噴射系統(tǒng)在運(yùn)行中始終處于備用狀態(tài)，一旦供氣中斷，機(jī)組可立即切換至燃輕柴油運(yùn)行，保證機(jī)組在連續(xù)安全運(yùn)行。
　　機(jī)組控制系統(tǒng)包括了雙燃料運(yùn)行中所有控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)控，以及燃?xì)饪刂坪拓?fù)荷控制。燃?xì)饪刂瓢C(jī)械式主節(jié)流閥、過濾器、雙聯(lián)燃?xì)忾y、冷凝液排放裝置和氣動(dòng)燃?xì)庹{(diào)壓閥。
　　目前該公司推出的主導(dǎo)機(jī)型為32/40DG機(jī)，其功率范圍為2400kW～7200kW，主要技術(shù)參數(shù)如下：氣 缸 數(shù) 6，7，8，9，12，14，16，18缸徑 320mm沖程 400mm單缸功率(甲烷值80～100) 385/400kW轉(zhuǎn)速 720/750r/min活塞平均速度 9.6/10m/s平均有效壓力 19.9bar頻率 60/50Hz油耗率 8460kJ/kWh　　這類雙燃料機(jī)主要用于連續(xù)發(fā)電，運(yùn)行方式以燃天然氣為主，輕柴油作為備用燃料，大大提高了電廠運(yùn)行的可靠性。3. 奧地利JENBACHER公司的燃?xì)鈾C(jī)　　JENBACHER公司是較早專門研制燃?xì)鈾C(jī)的公司，它的燃?xì)鈾C(jī)有六大系列10多種型號(hào)，缸數(shù)從6至20缸，缸徑116至190mm，可燃用高熱值的天然氣，也可燃用低熱值的污水、污泥沼氣、垃圾填埋氣，還有煤層氣、化工廠及工業(yè)生產(chǎn)中的可燃?xì)怏w等。燃?xì)鈾C(jī)為該公司的主導(dǎo)產(chǎn)品，廣泛運(yùn)用于世界各地。它的Lean　NOx控制系統(tǒng)可稀釋混合燃?xì)?，結(jié)合帶保護(hù)的電火花點(diǎn)火系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)燃?xì)鈾C(jī)使之能高效燃燒所有燃?xì)猓_(dá)到低排放量，保證NOx排放低于500mg/Nm3，CO排放低于650mg/Nm3。以JMS616GS-N.L機(jī)型為例，其參數(shù)如下：氣缸數(shù) 16缸徑 190mm沖程 220mm輸出電功率 1942kW轉(zhuǎn)速 1500r/min活塞平均速度 11m/s熱耗率8930kJ/kWh三、 利用燃?xì)鈾C(jī)熱電聯(lián)供 　　燃?xì)鈾C(jī)的余熱有3個(gè)來源，燃?xì)鈾C(jī)的高溫?zé)煔?、高溫缸體及增壓空氣冷卻水和潤滑油冷卻水。其中最主要的是燃?xì)鈾C(jī)的排氣，因其溫度一般在400～500℃，含大量余熱，通過在煙道上加裝熱交換器可將余熱轉(zhuǎn)換為蒸汽或熱水。高溫缸體及增壓空氣冷卻水溫度為90～95℃，潤滑油冷卻水溫度為70℃左右，均可通過熱交換器供熱水。
　　燃?xì)鈾C(jī)的余熱有多種用途，主要有3類：再發(fā)電、供熱、制冷。而從具體形式來說，可以根據(jù)用戶需要，形成多種組合。如余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽可用來帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，或直接供熱用戶，作為生產(chǎn)工藝過程中的干燥、燃燒空氣干燥等，也可以通過吸收式冷卻器制冷，供工廠或居民住宅；溫度不同的高溫缸體及增壓空氣冷卻水和潤滑油冷卻水，通過熱交換器串聯(lián)后供用戶熱水，作為工藝用熱、地區(qū)用熱、也可在余熱鍋爐蒸汽發(fā)電時(shí)加熱汽機(jī)凝結(jié)水。四、燃?xì)鈾C(jī)電站的特點(diǎn)1. 效率高
　　燃?xì)鈾C(jī)機(jī)組效率在40%以上，如以合理的熱電聯(lián)供方式運(yùn)行時(shí)，熱效率可達(dá)80%以上，節(jié)能效果明顯。2. 污染小
　　污染物的排放大大低于燃煤及燃油電廠，無需高煙囪，可建于城市中心。同時(shí)采用隔音門對(duì)供熱、制冷質(zhì)量的要求將更高，購物中心、醫(yī)院、賓館、體育場(chǎng)、居民小區(qū)等有可能采用燃?xì)鈾C(jī)實(shí)現(xiàn)熱電冷聯(lián)供，并且在規(guī)劃時(shí)就予以考慮。另外從環(huán)保角度來說，也會(huì)鼓勵(lì)在城市中采用污染小的燃?xì)鈾C(jī)電站。
　　目前國內(nèi)柴油機(jī)制造廠尚未成功開發(fā)出燃?xì)鈾C(jī)，進(jìn)口機(jī)組較高的價(jià)格限制了它的大規(guī)模使用，但只要燃?xì)鈾C(jī)能國產(chǎn)化，其應(yīng)用前景還是很樂觀的。
　　效果好的室內(nèi)布置，無噪聲污染。3. 工業(yè)水量少
　　機(jī)組冷卻水采用閉式循環(huán)，不需大量冷卻水，對(duì)水源要求不高，有少量工業(yè)水即可。4.運(yùn)行靈活，費(fèi)有低
　　熱電聯(lián)供的燃?xì)鈾C(jī)電站可滿足分散供熱要求，不需鋪設(shè)大量供熱管網(wǎng)，節(jié)約了運(yùn)行管理費(fèi)用。電站一般布置2臺(tái)以上機(jī)組，以適應(yīng)不同熱負(fù)荷及電負(fù)荷要求，運(yùn)行更加靈活方便。5. 安裝簡(jiǎn)便，維修方便
　　由于燃?xì)鈾C(jī)非高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，且采用了底板彈簧隔振裝置，對(duì)設(shè)備基礎(chǔ)要求較低，安裝較為容易。維修工作可在現(xiàn)場(chǎng)完成。 6. 與燃?xì)廨啓C(jī)相輔相成
　　燃?xì)鈾C(jī)的應(yīng)用并不排斥燃?xì)廨啓C(jī)，因其單機(jī)功率多在1～15MW，而燃?xì)廨啓C(jī)的主導(dǎo)機(jī)型在20MW以上，并且趨勢(shì)是發(fā)展大功率機(jī)組，二者并不沖突，各有市場(chǎng)，相輔相成。五、前景　　燃?xì)鈾C(jī)在中國的應(yīng)用可能只是時(shí)間的問題。從燃料上來說，中國已經(jīng)明確表示，在今后20年內(nèi)，天然氣工業(yè)會(huì)有一個(gè)較大的發(fā)展，相應(yīng)的以天然氣為燃料的電力工業(yè)也會(huì)得到較大的發(fā)展，這對(duì)緩解能源供需矛盾，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，改善大氣環(huán)境質(zhì)量將起重要作用。