【余热利用】热管蒸发器在燃气发电机组烟气余热回收中的应用

发布时间:2018-08-12 00:07  

一、概述

XFRG-XTBZ型热管蒸发器是专为燃气发电机组的烟气余热回收而设计的专用高效节能产品。它采用超导热管作为高效传热元件,既提高传热效率,又安全可靠,是目前燃气发电机烟气余热回收的首选设备。

二、XFRG-XTBZ型热管蒸发器工作原理

1.热管的结构及工作原理

热管一般垂直布置,分为加热段、绝热段、冷凝段三部分,其内部结构如图1所示,两端封闭的管壳内充入一定量的传热工质后,抽成真空状态。工作时,加热段受热时,管内液态工质蒸发汽化,蒸汽在微小的压差下流向冷却段放出热量凝结成液体,液体再靠重力作用回流到加热段。如此往复循环,热量被管内工质由加热段传递到冷却段。

图1 热管结构

热管与列管换热时最大的区别,热管是依靠自身内部工质从液态到气态再到液态相变来实现传热的传热元件;列管是直接通过管壁来换热的。

2.XFRG-XTBZ型热管蒸发器工作原理

XFRG-XTBZ型热管蒸发器是燃气发电机组烟道烟气余热节能设备,安装在烟道上,回收烟气余热用来加热水产生蒸汽。其构造一部分安装在燃气发电机组烟道上即吸热段,内部有热管,另一部为分汽包,中间有连管,分汽包有排污口、蒸汽上升管(蒸汽出口管)和回水管(进水口管)以及压力表、安全阀、吊耳。工作时,烟气流经热管余热蒸发器烟道冲刷热管,热管吸热后将热量导至上端,热管吸热后对汽包内的水进行加热并产生蒸汽。本设备节能效果显著,节约燃料10%以上。根据排烟温度及烟气量的实际情况,热管蒸发器能够产生定量定压的蒸汽。

3.XFRG-XTBZ型热管蒸发器工艺路线

燃气发电机组高温烟气从烟道水平进入热管蒸发器一侧,经热管蒸发器吸热降温后从另一端送出,再经消音器处理后排入大气。软化水经热管蒸发器进水口,进入热管蒸发器的受热面内,经热管蒸发器升温后由蒸汽口送出。

图2 热管蒸发器工艺路线图

图3 热管蒸发器设备图

4.XFRG-XTBZ型热管蒸发器性能参数表

5.XFRG-XTBZ型热管蒸发器系统示意图及说明

图5 热管蒸发器系统示意图

燃气发电机组高温烟气由烟气进口水平进入热管蒸发器一侧,经热管蒸发器吸热降温后从烟气出口送出,再经消音器处理后排入大气。软化水经热管蒸发器进水口,进入热管蒸发器的受热面内,经热管蒸发器升温后由蒸汽出口送至车间生产用。

6.XFRG-XTBZ型热管蒸发器安装示意图及说明

图6 热管蒸发器安装示意图

热管蒸发器安装在燃气发电机组烟道出口处,热管蒸发器具体安装位置及烟管、水管的安装布置需根据现场实际情况决定。为保证蒸汽系统的密闭性,管道连接应减少活动连接,调节水阀均设置在热管蒸发器外侧靠近地面的位置。

7.XFRG-XTBZ型热管蒸发器特点

1)结构紧凑,是普通蒸发器体积的1/3左右;

2)采用镍基钎焊翅片管技术,耐腐蚀,设备使用寿命长;

3)烟气侧阻力低,可以满足供热设备内负压的要求,设备烟气侧热管采用的是翅片管,两侧门可打开,不容易积灰,清灰方便

4)热管单支点焊接,避免了应力破坏;

5)单根热管或部分热管损坏,两种介质不互串,不影响设备的正常使用。

6)热管的等温性使管壁温度可全部控制在烟气露点之上,避免结露及低温酸露点腐蚀;

7)热管蒸汽发生器放在主烟道的旁路上, 热管蒸汽发生器的检修和清灰,不影响供热设备的正常运行。

8)寿命长,可达10年以上;

9)换热效率高,较传统换热设备热效率提高20%以上;

10)设备阻力低,阻力≤15mmH2O;

11)清灰安装简便

三、500KW燃气发电机组烟气余热回收设计方案

1. 余热利用原理

燃气发电机组的尾气从机组内部排除的过程中携带有大量的热量,排气温度一般在550℃左右,烟气流量7500~8000m³/h,利用余热锅炉回收机组排气中的热量,产生0.6MPa的蒸汽供用户使用(可根据客户需求调整)。

2. 设计范围

本工程余热利用系统设计范围包括:电站内从自来水箱进口到余热锅炉蒸汽出口法兰的整个余热回收系统的所有管线、附件及设备的设计选型和布置。

3. 余热计算

1m3纯瓦斯热值为35.8MJ,500GFW发电机组热耗率为11MJ/kW·h,正常工作发电功率按500kW计算,单台机组瓦斯消耗量为:

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

式中:Q1—单台机组瓦斯消耗量(m3/h);

a —甲烷浓度(%),本工程用瓦斯甲烷浓度为20%;

则单台机组瓦斯消耗量:Q1=768.2 m3/h

空气流量为:

Q2= 10·Q1·a                                       (2)

式中:Q2—空气流量(Nm3/h);

a —甲烷浓度(%),本工程用瓦斯甲烷浓度为20%;

则单台机组消耗空气量:

Q2=1536.4 Nm3/h

单台机组排出烟气质量为:

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

排烟的比热容按烟道气体计算,排烟温度取550℃,(烟道气体的成分CO2 13%,H20 11%,N2 76%,在100 ~600℃的平均定压比热容为1.13kJ/kg·℃),经余热回收后的排烟温度约为170℃。

每台机组可利用排烟余热为:

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

0.6MPa饱和蒸汽温度158.8℃,比焓为2751.69kJ/kg;补给水20℃计算,比焓为84kJ/kg。

每台机组可产生0.6MPa饱和蒸汽量为

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

由上可知,每台发电机组排烟余热可回收1.2433×106kJ/h,产0.6MPa蒸汽442.76 kg/h。

4. 主要设备选型

1)热管蒸发器

选择与500GFW机组配套的热管蒸发器,设计压力1.0MPa。

2)水循热环泵的选择

根据循环水量及水力计算结果,选用立式高温离心泵,Q = 15m3/h, H = 50m,功率5.5kW。

3)软水器

根据余热利用系统及机组冷却内循环系统对软化水量的需求,选择自动软水器,处理量4m3/h。

4)软水器补水泵

根据软水器补水量,选用标准立式单级泵,Q=4m3/h,H=32m,功率1.5kW。

5)热管蒸发器补水泵

根据系统补水量及蒸汽压力,选用不锈钢多级泵,流量2m3/h, 扬程68m,电机功率为1.5kW。

5. 水质要求

根据GB1576-2001《工业锅炉水质标准》的要求,热管蒸发器给水需进行处理,给水总硬度≤0.6mmol/l,含氧量≤0.1mg/l。余热利用系统中设计软化水制备系统,经处理后的水质可达到使用要求。

6. 注意事项

本设计未考虑站外部分采暖管线设计,应根据现场实际情况另行考虑具体架空敷设方式。

7. 案例现场图

四、其他燃气机组案例图

7台燃气机组合并大烟道安装一台热管蒸发器

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