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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))起重機有限公司		點擊數(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))起重機有限公司，河南新鄉(xiāng)453424)
[摘 要] 為了對瓦斯發(fā)電機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)電機組廢氣余熱再利用的可行性，對余熱工藝進行了介紹，并對余熱蒸汽在向某
礦輸送的過程中的品質(zhì)變化情況能否達到用戶所需進行了深入研究，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[文獻標識碼]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)有裝機容量15 X 500 kW
低濃度瓦斯發(fā)電機組(500GF1—3RW型)。因瓦斯
發(fā)電機組在正常運行時，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550℃ ，
若不加以利用其熱量將白白浪費。將瓦斯機組排
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，燃氣機余熱利用是必然趨勢。
2 瓦斯發(fā)電機組余熱計算
目前該公司1臺瓦斯發(fā)電機組瓦斯發(fā)電情況
是平均3 kWh／m ，機組空燃比為15：1，機組正
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，軟化水進入100m。
軟水池，再由汽水分離器補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，最后進入汽水分離器；汽水分離器對
汽水混合物進行汽水分離，合格蒸汽通過輸送管
道供給用戶，水重新進入循環(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)局部阻力損失當量長度。
蒸汽輸送管道沿途有閘閥4個，損失當量長度
1O．56 m；焊接彎頭數(shù)量為6個，損失當量長度為
19．2 m。所以局部阻力損失當量總長度：／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厚的復合硅酸
鹽作保溫(導熱系數(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
外側面為基準的傳熱系數(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，℃。
以管外側面為基準的傳熱系數(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，以管道外側面為基準的傳熱系數(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為139．0℃
通過對蒸汽輸送管道的全程阻力和溫降計算
結果來看，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)生的應力，管道上每隔一
定距離應當裝設補償器。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，余熱輸送管道熱補償采用了多種方式，
一種是管道自然補償，第二種是采用方型補償(耵
型補償)，第三種是特殊補償方式——旋轉補償器
補償 ]。
(1)自然補償就是利用管道敷設上的自然彎
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 自然補償方式
(2)方型補償器( 型補償器)。方型補償器
是無縫鋼管煨彎而成(管徑較大時采用焊接彎制
成)。其優(yōu)點是補償能力大，維護方便。余熱利用輸
送管線大多都采用了這種補償方式，如圖3所示。
圖3 方型補償
(3)特殊補償(旋轉補償)。由于在瓦斯電站
內(nèi)公路護坡位置蒸汽輸送管道無法使用方型補償
器，選擇使用兩組旋轉補償器。旋轉補償器優(yōu)點是
安裝簡單，補償能力大，阻力小，占地面積??；缺點
是軸向推力大，造價高，如圖4所示。
圖4 旋轉補償器運行前后位置示意圖
(下轉第1 1 1頁)
2012年第5期 卞永生CFB鍋爐提高負荷率及穩(wěn)定性淺析 111
內(nèi)顆粒提高到50％以上，使爐膛內(nèi)有足夠物料，
不會因顆粒細被大量揚析到返料器內(nèi)，加大返料
器負荷，造成返料不正常；對碎煤系統(tǒng)進行改造，
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)運行調(diào)整方面進行優(yōu)化。一次風量由原
來的90 000 Nm3／h調(diào)整在70 000—75 000 Nm3／h
之間，一次風機電流控制在85A以下，料位650mm，
水冷風室壓力在l0．5—12 kPa之間波動，最高床溫
不得超過980 oC，返料風量基本保持比例為2：1
(返料側與松動側風量比)。認真做好流化試驗，更
加科學地確定臨界流化風量，只有當所有床料全
部流化起來時對應的風量，才能認為是臨界流化
風量，正常運行時保持適當料位運行，既能保證流
化良好，又減輕受熱面磨損，還能降低風機電耗，
一次風機電流由以前的110 A降到8O A，二次風
機電流由65 A降到50 A左右，節(jié)約了電能。
(3)設備改造。布風板南側加部分耐磨澆注
料，縮短最邊緣風帽與爐墻距離，提高流化效果；
一次風左右側擋板調(diào)整一致，避免出現(xiàn)兩側風量
偏差。返料風機出口母管由靠右側改為中間位置，
改善返料風的風壓均勻性；返料器風帽孔徑普遍
增加1 mm，同時中心管徑縮小1 mm，提高通風能
力；將所有風帽中心管與布風板進行滿焊，防止漏
風；返料風側與松動風側之間的隔板進行滿焊，形
成2：1的風量比例，滿足設計要求；一次風機液
耦執(zhí)行機構重新由廠家優(yōu)化檢修，調(diào)節(jié)性能大大
提升。
(4)加強運行分析，及時調(diào)整運行參數(shù)。運行
人員每周根據(jù)來煤及機組負荷情況進行分析，將
一二次風量、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行。
3 效果
鍋爐經(jīng)過上述摻燒配煤及改造，機組負荷大
幅度提高并保持穩(wěn)定運行。機組運行參數(shù)更加經(jīng)
濟，機組運行可靠性提高。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，沒有局部結焦情況，解決了1 鍋爐運行穩(wěn)定
性差、帶負荷能力低的問題。
[作者簡介]
卞永生，男，工程師，本科學歷，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
行擴展，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)運行參數(shù)
進行實時采集、處理，形成以PLC為中心的控制
系統(tǒng)實現(xiàn)設備遠程監(jiān)控。同時設立設備的就地控
制回路以便需要時進行現(xiàn)場控制。在正常運行情
況下，運行人員可通過操作員站的LED及鍵盤參
與控制的設備進行操作和監(jiān)控，在異常情況或事
故情況下通過PLC進行報警顯示及連鎖。
4 結論
瓦斯發(fā)電廢氣余熱再利用，帶來了良好的經(jīng)
濟和社會效益，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]
[1]徐榮晉．暖通空調(diào)設備工程師實務手冊[M]．北京：機
械工業(yè)出版社．2006
[2]嚴家碌，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，機電助理工程師，本科學歷，長期
從事火力發(fā)電技術及管理工作。
[收稿日期：2012—04—28]

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