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瓦斯發(fā)電廢氣余熱再利用的研究

文檔作者：楊衛(wèi)華閆正波文檔來源： 1．磨心坡發(fā)電廠 2．紐科倫(新鄉(xiāng))起重機(jī)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月11日
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2012年第5期 能源技術(shù)與管理 103
doi：10．39690．issn．1672—9943．2012．05．043
瓦斯發(fā)電廢號宗熱再利用的研究
楊衛(wèi)華 ，閆正波
(1．磨心坡發(fā)電廠，重慶400700；2．紐科倫(新鄉(xiāng))起重機(jī)有限公司，河南新鄉(xiāng)453424)
[摘 要] 為了對瓦斯發(fā)電機(jī)組所排煙氣熱量有效利用，提高能源的利用效率，分析了某瓦斯
發(fā)電機(jī)組廢氣余熱再利用的可行性，對余熱工藝進(jìn)行了介紹，并對余熱蒸汽在向某
礦輸送的過程中的品質(zhì)變化情況能否達(dá)到用戶所需進(jìn)行了深入研究，最終實現(xiàn)瓦
斯發(fā)電廢氣余熱的有效利用。
[關(guān)鍵詞] 瓦斯發(fā)電；余熱利用；利用效率
[中圖分類號]TK229．92 9[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B [文章編號]1672-9943(2012)05一O103一O2
1 概述
某瓦斯發(fā)電公司現(xiàn)有裝機(jī)容量15 X 500 kW
低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組(500GF1—3RW型)。因瓦斯
發(fā)電機(jī)組在正常運(yùn)行時，瓦斯在汽缸內(nèi)爆炸燃燒做
功后從排氣管所排出的熱煙氣溫度高達(dá)550℃ ，
若不加以利用其熱量將白白浪費(fèi)。將瓦斯機(jī)組排
放的550℃左右的熱煙氣引至余熱鍋爐，其能量
被吸收后產(chǎn)生蒸汽，來供礦區(qū)職工洗浴用，以實現(xiàn)
余熱的回收利用。目前隨著國內(nèi)能源供應(yīng)日益緊
張，節(jié)能降耗，提高能源利用率越來越引起人們重
視，燃?xì)鈾C(jī)余熱利用是必然趨勢。
2 瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱計算
目前該公司1臺瓦斯發(fā)電機(jī)組瓦斯發(fā)電情況
是平均3 kWh／m ，機(jī)組空燃比為15：1，機(jī)組正
常工作發(fā)電功率為420 kwh的總耗氣量經(jīng)計算
為2 240 m3／h，煙氣密度為1．25 k m ，排煙總重
為2 800 kg／h。
排煙的比熱容按煙道氣體計算，排煙平均溫
度為550℃，(煙道氣體的成分CO 占13％；H：0
占1l％ ；N2占76％，在100 oC一600 oC的平均定
壓比熱容為1．13 kJ／kg·cC)，經(jīng)余熱回收后的排煙
溫度約為170℃。經(jīng)計算，每臺機(jī)組可利用排煙余
熱為1．2 X 10 kJ，h，可產(chǎn)生0．6 MPa飽和蒸汽量為
426 kg／h。則l5臺機(jī)組可產(chǎn)0．6 MPa的飽和蒸汽
量6．39t／h
3 瓦斯發(fā)電站余熱利用方案
3．1 余熱利用工藝
來自瓦斯電站高位水池的自來水經(jīng)軟水泵打
入全自動軟水器，經(jīng)軟化處理后，軟化水進(jìn)入100m。
軟水池，再由汽水分離器補(bǔ)水泵打人汽水分離器，
隨后由熱水循環(huán)泵把軟化水輸送到余熱鍋爐(針
形管換熱器)，軟化水在余熱鍋爐內(nèi)吸收熱能變?yōu)?
汽水混合物，最后進(jìn)入汽水分離器；汽水分離器對
汽水混合物進(jìn)行汽水分離，合格蒸汽通過輸送管
道供給用戶，水重新進(jìn)入循環(huán)，如圖1所示。
至熱用jb
圖1 站內(nèi)汽水系統(tǒng)圖
3．2 設(shè)備選型與計算
3．2．1 至用戶蒸汽輸送管道的方案制定
蒸汽輸送管路從瓦斯電站泵房出來，經(jīng)某選
煤廠、某礦萬噸煤倉等進(jìn)入某礦熱水蓄水池。蒸汽
輸送管道采用直徑159 mm無縫鋼管，用復(fù)合硅
酸鹽作為保溫材料，保溫厚度為8O mm。
3．2．1．1 全程阻力計算
全程阻力計算公式：
卻=Σ (z+ )]
式中，卻為全程阻力損失，Pa，△p 為單位長
度磨擦壓力損失，Pgm；l為主管道長度，m；／ 為局
部阻力損失當(dāng)量長度，m。
(1)單位長度磨擦壓力損失計算。
計算公式為：
△pm=
式中，0為磨擦壓力損失占壓力損失的百分
104 楊衛(wèi)華，等瓦斯發(fā)電廢氣余熱再利用的研究 2012年第5期
率，％；p為起始壓力，Pa；其余符號同上。
經(jīng)計算，單位長度磨擦壓力損失為160 Pa／m。
(2)局部阻力損失當(dāng)量長度。
蒸汽輸送管道沿途有閘閥4個，損失當(dāng)量長度
1O．56 m；焊接彎頭數(shù)量為6個，損失當(dāng)量長度為
19．2 m。所以局部阻力損失當(dāng)量總長度：／u=29．76 rn。
則全程阻力損失為△p=O．251 MPa，用戶端蒸
汽的壓力為0．349 MPa。與用戶原有生活鍋爐所供
蒸汽壓力0_3 MPa相比，完全能達(dá)到用戶需求。
3．2．1．2 溫降計算
首先估算平均溫度，用80 mm厚的復(fù)合硅酸
鹽作保溫(導(dǎo)熱系數(shù)0．032 W／(m·K))，使用無縫鋼
管條件下每米降溫0．015℃。蒸汽初溫為169℃，
則估算出口溫度146．5℃ ，蒸汽平均溫度為
157．75℃ 。
每米管長的熱損失計算公式：
ql=kqrdol(t~一t )
式中，q 為每米管道的熱損失，W；k為以管道
外側(cè)面為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)，w／(m ·K)；do為保溫
后的管道外徑，m； 為管內(nèi)蒸汽的平均溫度，℃；
t 為環(huán)境溫度，℃。
以管外側(cè)面為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)計算：
： — — — — — — — — — — 【—————————一 “
× 魯+砉× n魯+
式中，h 為管內(nèi)蒸汽表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，w／(m ·K)；
A為鋼管表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，w／(m ·K)； 為管道內(nèi)
徑，m；其余符號同上。
經(jīng)計算，以管道外側(cè)面為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)為
0．276 W／(m ·K)。
則每米管道熱損失為37．8 w。
溫降的計算：
At= ： !
一 G‘
式中， 為溫降，oC；p為管段對周圍的熱損
失，kJ／h；G為蒸汽流量，t／h； 為蒸汽定壓比熱
容，kJ／(kg· ℃)。
過熱蒸汽在100 oC 300 oC時的 約為
1．59 l(J／( ·℃)，經(jīng)計算可得，管道的溫降為
0．021 oC／m。
經(jīng)計算，1 500 m管道共降溫31．5 cI=。
由用戶端溫度，進(jìn)行一次迭代計算可得溫降
0．020~C／m，1 500 m管道共降溫30℃。
所以，用戶端的蒸汽溫度應(yīng)為139．0℃
通過對蒸汽輸送管道的全程阻力和溫降計算
結(jié)果來看，用戶端蒸汽品質(zhì)壓力>O-3 MPa，溫度
139℃，完全能滿足用戶生活需求。
3．2．1_3 管道熱補(bǔ)償
為了保證管道在熱狀態(tài)下的穩(wěn)定和安全，減
少管道熱脹冷縮時所產(chǎn)生的應(yīng)力，管道上每隔一
定距離應(yīng)當(dāng)裝設(shè)補(bǔ)償器。余熱利用蒸汽輸送管線
長度約為1 500 m，必須考慮蒸汽管道初期輸送的
膨脹和停運(yùn)后的收縮問題。根據(jù)前面計算可知，蒸
汽輸送管道的平均溫度為154℃。由水和蒸汽管
道的熱伸長量公式計算，膨脹量為2 108．4 mm。
為此，余熱輸送管道熱補(bǔ)償采用了多種方式，
一種是管道自然補(bǔ)償，第二種是采用方型補(bǔ)償(耵
型補(bǔ)償)，第三種是特殊補(bǔ)償方式——旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器
補(bǔ)償 ]。
(1)自然補(bǔ)償就是利用管道敷設(shè)上的自然彎
曲段(L型或z型)來吸收管道的熱伸長變形，如
圖2所示。
圖2 自然補(bǔ)償方式
(2)方型補(bǔ)償器( 型補(bǔ)償器)。方型補(bǔ)償器
是無縫鋼管煨彎而成(管徑較大時采用焊接彎制
成)。其優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償能力大，維護(hù)方便。余熱利用輸
送管線大多都采用了這種補(bǔ)償方式，如圖3所示。
圖3 方型補(bǔ)償
(3)特殊補(bǔ)償(旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償)。由于在瓦斯電站
內(nèi)公路護(hù)坡位置蒸汽輸送管道無法使用方型補(bǔ)償
器，選擇使用兩組旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器。旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器優(yōu)點(diǎn)是
安裝簡單，補(bǔ)償能力大，阻力小，占地面積??；缺點(diǎn)
是軸向推力大，造價高，如圖4所示。
圖4 旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償器運(yùn)行前后位置示意圖
(下轉(zhuǎn)第1 1 1頁)
2012年第5期 卞永生CFB鍋爐提高負(fù)荷率及穩(wěn)定性淺析 111
內(nèi)顆粒提高到50％以上，使?fàn)t膛內(nèi)有足夠物料，
不會因顆粒細(xì)被大量揚(yáng)析到返料器內(nèi)，加大返料
器負(fù)荷，造成返料不正常；對碎煤系統(tǒng)進(jìn)行改造，
將一級滾動篩去掉，同時將二級滾動篩篩條隔一
根去掉一根，防止過破碎，在一定程度上提高大顆
粒煤的通過量，從而加大入爐煤的顆粒度。顆粒度
調(diào)整后如圖1所示。
2
12％
上
圖1 入爐煤粒度寬篩分特性
(2)運(yùn)行調(diào)整方面進(jìn)行優(yōu)化。一次風(fēng)量由原
來的90 000 Nm3／h調(diào)整在70 000—75 000 Nm3／h
之間，一次風(fēng)機(jī)電流控制在85A以下，料位650mm，
水冷風(fēng)室壓力在l0．5—12 kPa之間波動，最高床溫
不得超過980 oC，返料風(fēng)量基本保持比例為2：1
(返料側(cè)與松動側(cè)風(fēng)量比)。認(rèn)真做好流化試驗，更
加科學(xué)地確定臨界流化風(fēng)量，只有當(dāng)所有床料全
部流化起來時對應(yīng)的風(fēng)量，才能認(rèn)為是臨界流化
風(fēng)量，正常運(yùn)行時保持適當(dāng)料位運(yùn)行，既能保證流
化良好，又減輕受熱面磨損，還能降低風(fēng)機(jī)電耗，
一次風(fēng)機(jī)電流由以前的110 A降到8O A，二次風(fēng)
機(jī)電流由65 A降到50 A左右，節(jié)約了電能。
(3)設(shè)備改造。布風(fēng)板南側(cè)加部分耐磨澆注
料，縮短最邊緣風(fēng)帽與爐墻距離，提高流化效果；
一次風(fēng)左右側(cè)擋板調(diào)整一致，避免出現(xiàn)兩側(cè)風(fēng)量
偏差。返料風(fēng)機(jī)出口母管由靠右側(cè)改為中間位置，
改善返料風(fēng)的風(fēng)壓均勻性；返料器風(fēng)帽孔徑普遍
增加1 mm，同時中心管徑縮小1 mm，提高通風(fēng)能
力；將所有風(fēng)帽中心管與布風(fēng)板進(jìn)行滿焊，防止漏
風(fēng)；返料風(fēng)側(cè)與松動風(fēng)側(cè)之間的隔板進(jìn)行滿焊，形
成2：1的風(fēng)量比例，滿足設(shè)計要求；一次風(fēng)機(jī)液
耦執(zhí)行機(jī)構(gòu)重新由廠家優(yōu)化檢修，調(diào)節(jié)性能大大
提升。
(4)加強(qiáng)運(yùn)行分析，及時調(diào)整運(yùn)行參數(shù)。運(yùn)行
人員每周根據(jù)來煤及機(jī)組負(fù)荷情況進(jìn)行分析，將
一二次風(fēng)量、氧量、排煙溫度、給水溫度、汽溫汽
壓、蒸汽流量等重要參數(shù)逐一畫成曲線，努力找到
最佳值，摸索出規(guī)律，使鍋爐在最佳工況下運(yùn)行。
3 效果
鍋爐經(jīng)過上述摻燒配煤及改造，機(jī)組負(fù)荷大
幅度提高并保持穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)組運(yùn)行參數(shù)更加經(jīng)
濟(jì)，機(jī)組運(yùn)行可靠性提高。從2010年11月底以
來，l 鍋爐沒有發(fā)生返料不正?，F(xiàn)象，床溫分布均
勻，沒有局部結(jié)焦情況，解決了1 鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定
性差、帶負(fù)荷能力低的問題。
[作者簡介]
卞永生，男，工程師，本科學(xué)歷，現(xiàn)在上海大屯能源股
份有限公司發(fā)電廠從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作。
『收稿日期：2012—03—28]
(上接第104頁)
3．2．2 控制方案的制定
對某瓦斯發(fā)電公司現(xiàn)有的PLC控制系統(tǒng)進(jìn)
行擴(kuò)展，增加模擬量輸入、輸出模塊，熱電阻模塊，
數(shù)字量輸入、輸出模塊，對余熱利用系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)
進(jìn)行實時采集、處理，形成以PLC為中心的控制
系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控。同時設(shè)立設(shè)備的就地控
制回路以便需要時進(jìn)行現(xiàn)場控制。在正常運(yùn)行情
況下，運(yùn)行人員可通過操作員站的LED及鍵盤參
與控制的設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)控，在異常情況或事
故情況下通過PLC進(jìn)行報警顯示及連鎖。
4 結(jié)論
瓦斯發(fā)電廢氣余熱再利用，帶來了良好的經(jīng)
濟(jì)和社會效益，既節(jié)約了能源，又減少了氣體和固
體污染。瓦斯發(fā)電廢氣余熱再利用項目的實施，使
得瓦斯發(fā)電機(jī)組排放煙氣溫度大為降低，大大提
高了能源利用效率。
[參考文獻(xiàn)]
[1]徐榮晉．暖通空調(diào)設(shè)備工程師實務(wù)手冊[M]．北京：機(jī)
械工業(yè)出版社．2006
[2]嚴(yán)家碌，余曉福，王永青．水和水蒸汽熱力性質(zhì)圖表
[M]．北京：高等教育出版社，2004
[作者簡介]
楊衛(wèi)華(1981一)，男，機(jī)電助理工程師，本科學(xué)歷，長期
從事火力發(fā)電技術(shù)及管理工作。
[收稿日期：2012—04—28]

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