• 【余熱利用】熱管蒸發器在燃氣發電機組煙氣余熱回收中的應用

    發布時間:2018-08-12 00:07  

    一、概述

    XFRG-XTBZ型熱管蒸發器是專為燃氣發電機組的煙氣余熱回收而設計的專用高效節能產品。它采用超導熱管作為高效傳熱元件,既提高傳熱效率,又安全可靠,是目前燃氣發電機煙氣余熱回收的首選設備。

    二、XFRG-XTBZ型熱管蒸發器工作原理

    1.熱管的結構及工作原理

    熱管一般垂直布置,分為加熱段、絕熱段、冷凝段三部分,其內部結構如圖1所示,兩端封閉的管殼內充入一定量的傳熱工質后,抽成真空狀態。工作時,加熱段受熱時,管內液態工質蒸發汽化,蒸汽在微小的壓差下流向冷卻段放出熱量凝結成液體,液體再靠重力作用回流到加熱段。如此往復循環,熱量被管內工質由加熱段傳遞到冷卻段。

    圖1 熱管結構

    熱管與列管換熱時最大的區別,熱管是依靠自身內部工質從液態到氣態再到液態相變來實現傳熱的傳熱元件;列管是直接通過管壁來換熱的。

    2.XFRG-XTBZ型熱管蒸發器工作原理

    XFRG-XTBZ型熱管蒸發器是燃氣發電機組煙道煙氣余熱節能設備,安裝在煙道上,回收煙氣余熱用來加熱水產生蒸汽。其構造一部分安裝在燃氣發電機組煙道上即吸熱段,內部有熱管,另一部為分汽包,中間有連管,分汽包有排污口、蒸汽上升管(蒸汽出口管)和回水管(進水口管)以及壓力表、安全閥、吊耳。工作時,煙氣流經熱管余熱蒸發器煙道沖刷熱管,熱管吸熱后將熱量導至上端,熱管吸熱后對汽包內的水進行加熱并產生蒸汽。本設備節能效果顯著,節約燃料10%以上。根據排煙溫度及煙氣量的實際情況,熱管蒸發器能夠產生定量定壓的蒸汽。

    3.XFRG-XTBZ型熱管蒸發器工藝路線

    燃氣發電機組高溫煙氣從煙道水平進入熱管蒸發器一側,經熱管蒸發器吸熱降溫后從另一端送出,再經消音器處理后排入大氣。軟化水經熱管蒸發器進水口,進入熱管蒸發器的受熱面內,經熱管蒸發器升溫后由蒸汽口送出。

    圖2 熱管蒸發器工藝路線圖

    圖3 熱管蒸發器設備圖

    4.XFRG-XTBZ型熱管蒸發器性能參數表

    5.XFRG-XTBZ型熱管蒸發器系統示意圖及說明

    圖5 熱管蒸發器系統示意圖

    燃氣發電機組高溫煙氣由煙氣進口水平進入熱管蒸發器一側,經熱管蒸發器吸熱降溫后從煙氣出口送出,再經消音器處理后排入大氣。軟化水經熱管蒸發器進水口,進入熱管蒸發器的受熱面內,經熱管蒸發器升溫后由蒸汽出口送至車間生產用。

    6.XFRG-XTBZ型熱管蒸發器安裝示意圖及說明

    圖6 熱管蒸發器安裝示意圖

    熱管蒸發器安裝在燃氣發電機組煙道出口處,熱管蒸發器具體安裝位置及煙管、水管的安裝布置需根據現場實際情況決定。為保證蒸汽系統的密閉性,管道連接應減少活動連接,調節水閥均設置在熱管蒸發器外側靠近地面的位置。

    7.XFRG-XTBZ型熱管蒸發器特點

    1)結構緊湊,是普通蒸發器體積的1/3左右;

    2)采用鎳基釬焊翅片管技術,耐腐蝕,設備使用壽命長;

    3)煙氣側阻力低,可以滿足供熱設備內負壓的要求,設備煙氣側熱管采用的是翅片管,兩側門可打開,不容易積灰,清灰方便

    4)熱管單支點焊接,避免了應力破壞;

    5)單根熱管或部分熱管損壞,兩種介質不互串,不影響設備的正常使用。

    6)熱管的等溫性使管壁溫度可全部控制在煙氣露點之上,避免結露及低溫酸露點腐蝕;

    7)熱管蒸汽發生器放在主煙道的旁路上, 熱管蒸汽發生器的檢修和清灰,不影響供熱設備的正常運行。

    8)壽命長,可達10年以上;

    9)換熱效率高,較傳統換熱設備熱效率提高20%以上;

    10)設備阻力低,阻力≤15mmH2O;

    11)清灰安裝簡便

    三、500KW燃氣發電機組煙氣余熱回收設計方案

    1. 余熱利用原理

    燃氣發電機組的尾氣從機組內部排除的過程中攜帶有大量的熱量,排氣溫度一般在550℃左右,煙氣流量7500~8000m3/h,利用余熱鍋爐回收機組排氣中的熱量,產生0.6MPa的蒸汽供用戶使用(可根據客戶需求調整)。

    2. 設計范圍

    本工程余熱利用系統設計范圍包括:電站內從自來水箱進口到余熱鍋爐蒸汽出口法蘭的整個余熱回收系統的所有管線、附件及設備的設計選型和布置。

    3. 余熱計算

    1m3純瓦斯熱值為35.8MJ,500GFW發電機組熱耗率為11MJ/kW·h,正常工作發電功率按500kW計算,單臺機組瓦斯消耗量為:

    Q1=500×11/(35.8·a)                              (1)

    式中:Q1—單臺機組瓦斯消耗量(m3/h);

    a —甲烷濃度(%),本工程用瓦斯甲烷濃度為20%;

    則單臺機組瓦斯消耗量:Q1=768.2 m3/h

    空氣流量為:

    Q2= 10·Q1·a                                       (2)

    式中:Q2—空氣流量(Nm3/h);

    a —甲烷濃度(%),本工程用瓦斯甲烷濃度為20%;

    則單臺機組消耗空氣量:

    Q2=1536.4 Nm3/h

    單臺機組排出煙氣質量為:

    Q= 0.7174×768.2×20%+[(768.2-768.2×20%)  +1536.4]×28.9/22.4=2885.3kg/h

    排煙的比熱容按煙道氣體計算,排煙溫度取550℃,(煙道氣體的成分CO2 13%,H20 11%,N2 76%,在100 ~600℃的平均定壓比熱容為1.13kJ/kg·℃),經余熱回收后的排煙溫度約為170℃。

    每臺機組可利用排煙余熱為:

    (550-170)×1.134×2885.3=1.2433×106kJ/h。

    0.6MPa飽和蒸汽溫度158.8℃,比焓為2751.69kJ/kg;補給水20℃計算,比焓為84kJ/kg。

    每臺機組可產生0.6MPa飽和蒸汽量為

    1.2433×106×95%÷(2751.69-84)=442.76 kg/h

    由上可知,每臺發電機組排煙余熱可回收1.2433×106kJ/h,產0.6MPa蒸汽442.76 kg/h。

    4. 主要設備選型

    1)熱管蒸發器

    選擇與500GFW機組配套的熱管蒸發器,設計壓力1.0MPa。

    2)水循熱環泵的選擇

    根據循環水量及水力計算結果,選用立式高溫離心泵,Q = 15m3/h, H = 50m,功率5.5kW。

    3)軟水器

    根據余熱利用系統及機組冷卻內循環系統對軟化水量的需求,選擇自動軟水器,處理量4m3/h。

    4)軟水器補水泵

    根據軟水器補水量,選用標準立式單級泵,Q=4m3/h,H=32m,功率1.5kW。

    5)熱管蒸發器補水泵

    根據系統補水量及蒸汽壓力,選用不銹鋼多級泵,流量2m3/h, 揚程68m,電機功率為1.5kW。

    5. 水質要求

    根據GB1576-2001《工業鍋爐水質標準》的要求,熱管蒸發器給水需進行處理,給水總硬度≤0.6mmol/l,含氧量≤0.1mg/l。余熱利用系統中設計軟化水制備系統,經處理后的水質可達到使用要求。

    6. 注意事項

    本設計未考慮站外部分采暖管線設計,應根據現場實際情況另行考慮具體架空敷設方式。

    7. 案例現場圖

    四、其他燃氣機組案例圖

    7臺燃氣機組合并大煙道安裝一臺熱管蒸發器

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