瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱利用系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱利用系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 摘要：瓦斯發(fā)電機(jī)組排煙廢氣帶走的熱量占熱效率的35%-45%，通過在機(jī)組排煙管道上安裝針形管換熱器可有效回收利用這一熱量，提高瓦斯發(fā)電機(jī)組的熱效率，本文通過計算，對整改系統(tǒng)進(jìn)行了選型設(shè)計，可為類似單位提供參考。關(guān)鍵詞：瓦斯發(fā)電余熱利用選項計算目前，在高瓦斯及煤與瓦斯突出礦井中，均建立了煤層瓦斯抽采及綜合利用設(shè)施。瓦斯發(fā)電是目前最主流的綜合利用項目。但瓦斯發(fā)電機(jī)組所使用燃?xì)獍l(fā)動機(jī)的有效熱效率僅為30-40%，而冷卻水與廢氣帶走的熱量高達(dá)45-65%。綜合利用這一能量可使瓦斯發(fā)電機(jī)組的有效熱效率達(dá)70%以上，能起到較好的節(jié)能效果。1項目實施方案設(shè)計及選項安陽鑫龍煤業(yè)（集團(tuán)）紅嶺煤業(yè)有限責(zé)任公司（下稱“紅嶺礦”）共安裝4臺500GF1-3PW型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組。為充分利用資源，回收利用瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱，經(jīng)過研究分析及多方論證，確定紅嶺礦瓦斯發(fā)電機(jī)組余熱利用方案為：利用4臺發(fā)電機(jī)組排出的尾氣直接引入針形管換熱器，利用排煙余熱產(chǎn)生0.5MPa的蒸汽加熱負(fù)荷。1.1余熱利用系統(tǒng)流程1.2發(fā)電機(jī)組排煙余熱回收計算按每m3純瓦斯可發(fā)電3KWh，空燃比15：1計算，500GF1-3PW機(jī)組正常工作發(fā)電功率為420kW時的總耗氣量為：420/3×（15+1）=2240m3/h（常溫體積）平均重量按1.25kg/m3計算，排煙總重：2240×1.25=2800kg/h排煙的比熱容按煙道氣體計算：可利用排煙余熱為：（550-170）×0.27×2800=28.7萬kcal/h則一臺發(fā)電機(jī)組排煙余熱可回收28.7萬kcal/h?？僧a(chǎn)生0.5MPa飽和蒸汽量為：287000×95%/（656-20）=429kg/h。0.5MPa蒸汽飽和溫度151℃，比焓為656kcal/kg；補(bǔ)給水按20℃計算，比焓為20kcal/kg。經(jīng)計算，每臺發(fā)電機(jī)組排煙余熱可回收利用28.7萬kcal/h，產(chǎn)蒸汽量429kg/h。則4臺發(fā)電機(jī)組余熱利用產(chǎn)生蒸汽總量為1716kg/h。1.3主要設(shè)備選項設(shè)計供氣壓力：0.5MPa；機(jī)組排煙溫度：550℃左右。設(shè)計范圍：從冷水箱進(jìn)口到汽水分離器蒸汽出口法蘭的整合余熱回收系統(tǒng)的所有管線、附件及設(shè)備的設(shè)計選項和布置。1.3.1針形管換熱器選擇與500GF1-3PW機(jī)組配套的KNPT04-500型針形管換熱器，換熱面積60m2，設(shè)計壓力1MPa。1.3.2循環(huán)水泵的選擇根據(jù)鍋爐設(shè)計手冊，采用強(qiáng)制水循環(huán)的余熱鍋爐系統(tǒng)中，強(qiáng)制循環(huán)倍率為5-8倍，取強(qiáng)制循環(huán)倍率為8，4臺機(jī)組產(chǎn)生蒸汽總量為1716kg/h。則系統(tǒng)循環(huán)量為13728kg/h。根據(jù)循環(huán)水量及水力計算結(jié)果，選用KQWR-G40/315C-18.5/2型熱水循環(huán)泵，流量25m3/h，揚(yáng)程63m，電機(jī)功率為18.5kW。1.3.3汽水分離器根據(jù)余熱利用系統(tǒng)的蒸汽產(chǎn)量，選擇KNQF020型汽水分離器，產(chǎn)汽量：2t/h，設(shè)計壓力：1.0MPa。臥式安裝，下設(shè)排污閥聯(lián)至室外排污溝。1.3.4余熱系統(tǒng)補(bǔ)水泵根據(jù)汽水分離器的補(bǔ)水量，選用KQDP25-2-8.5×8型余熱系統(tǒng)補(bǔ)水泵，流量2m3/h，揚(yáng)程68m，電機(jī)功率為1.5kW。1.4余熱利用系統(tǒng)管徑計算與管材選擇1.4.1蒸汽輸送管線管徑根據(jù)產(chǎn)蒸汽量計算管道直徑，以管道內(nèi)飽和蒸汽流速不超過30m/s為計算依據(jù)。根據(jù)質(zhì)量流量計算管徑：d=594.86×[m/（ρω）]0.5式中：d――管道內(nèi)徑（mm）m――在工作狀態(tài)下的質(zhì)量流量（t/h）ρ――在工作狀態(tài)下的密度（kg/m3），查的為3.111kg/m3ω――在工作狀態(tài)下的流速（m/s），取ω=30m/s則d=594.86×[1.72/（3.111×30）]0.5=81mm。因此蒸汽管管徑選DN100，管內(nèi)蒸汽實際流速為17m/s。1.4.2余熱循環(huán)管線管徑針形管換熱器出水管內(nèi)介質(zhì)為汽水混合物，飽和水蒸汽的干度不確定，可根據(jù)蒸汽管線管徑取針形管換熱器出水總管管徑為DN100。針形管換熱器進(jìn)水管內(nèi)介質(zhì)為熱水，可根據(jù)體積流量計算管徑：d=18.8×（V/ω）0.5式中：d――管道內(nèi)徑（mm）V――在工作狀態(tài)下的體積流量（m3），根據(jù)蒸汽產(chǎn)量，取進(jìn)水總管內(nèi)體積流量V=13.76m3/hω――在工作狀態(tài)下的流速（m/s），取ω=1.5m/s則d=18.8×（13.76/1.5）0.5=57mm針形管換熱器進(jìn)水總管管徑選DN100，管內(nèi)實際流速為0.43m/s。針形管換熱器進(jìn)出水接口為DN80，所以取進(jìn)出水支管管徑為DN80。1.4.3管材選擇余熱系統(tǒng)管線采用符合《輸送流體用無縫鋼管》GB/T8163-1999標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造的20#鋼鍍鋅無縫鋼管；套管采用符合《普通流體輸送管道用螺旋縫埋弧焊鋼管》SY/T5037-2000標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造的螺旋縫埋弧焊鋼管。1.5熱水循環(huán)泵的冷卻熱水循環(huán)泵冷卻水供水壓力為0.3MPa-0.6MPa，供水量為3-4m3/h，水質(zhì)為地下水，根據(jù)紅嶺礦實際情況，新建一座冷卻水池，冷卻水泵從水池中吸水為熱水循環(huán)泵提供冷卻水，冷卻后經(jīng)熱水循環(huán)泵出水管回到冷卻水池，在冷卻水池上方的熱水循環(huán)泵出水管采用噴淋方式與空氣接觸進(jìn)行散熱。2項目效益紅嶺礦瓦斯發(fā)電站4