瓦斯发电机组余热利用系统设计和应用

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1、瓦斯发电机组余热利用系统设计和应用摘要：瓦斯发电机组排烟废气带走的热量占热效率的35%-45%,通过在机组排烟管道上安装针形管换热器可有效回收利用这一热量，提高瓦斯发电机组的热效率，本文通过计算，对整改系统进行了选型设计，可为类似单位提供参考。关键词：瓦斯发电余热利用选项计算目前，在高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井中，均建立了煤层瓦斯抽采及综合利用设施。瓦斯发电是目前最主流的综合利用项目。但瓦斯发电机组所使用燃气发动机的有效热效率仅为30-40%,而冷却水与废气带走的热量高达45-65%。综合利用这一能量可使瓦斯发电机组的有效热效率达70%以上，能起到较好的节能效果。1项目实施方案设计及选项安阳鑫龙

2、煤业（集团）红岭煤业有限责任公司（下称'‘红岭矿”）共安装4台500GF1-3PW型燃气发电机组。为充分利用资源，回收利用瓦斯发电机组余热，经过研究分析及多方论证，确定红岭矿瓦斯发电机组余热利用方案为：利用4台发电机组排出的尾气直接引入针形管换热器，利用排烟余热产生0.5MPa的蒸汽加热负荷。1.1余热利用系统流程1.2发电机组排烟余热回收计算按每m3纯瓦斯可发电3KWh,空燃比15：1计算，500GF1-3PW机组正常工作发电功率为420kW时的总耗气量为：420/3X(15+1)=2240m3/h(常温体积)平均重量按1.25kg/m3计算，排烟总重：2240X1.25=2800kg/h

3、排烟的比热容按烟道气体计算：可利用排烟余热为：(550-170)X0.27X2800=28.7万kcal/h则一台发电机组排烟余热可回收28.7万kcal/ho可产生0.5MPa饱和蒸汽量为：287000X95%/(656-20)=429kg/h00.5MPa蒸汽饱和温度151°C,比焙为656kcal/kg；补给水按20°C计算，比焙为20kcal/kgo经计算，每台发电机组排烟余热可回收利用2&7万kcal/h,产蒸汽量429kg/ho则4台发电机组余热利用产生蒸汽总量为1716kg/ho1.3主要设备选项设计供气压力：0.5MPa；机组排烟温度：550°C左右。设计范围：从冷水箱进口到

4、汽水分离器蒸汽出口法兰的整合余热回收系统的所有管线、附件及设备的设计选项和布置。1.3.1针形管换热器选择与500GF1-3PW机组配套的KNPT04-500型针形管换热器，换热面积60m2,设计压力IMPa。1.3.2循环水泵的选择根据锅炉设计手册，采用强制水循环的余热锅炉系统中，强制循环倍率为5-8倍，取强制循环倍率为8,4台机组产生蒸汽总量为1716kg/ho则系统循环量为13728kg/ho根据循环水量及水力计算结果，选用KQWR-G40/315C-18.5/2型热水循环泵，流量25m3/h,扬程63m,电机功率为18.5kWo1.3.3汽水分离器根据余热利用系统的蒸汽产量，选择KN

5、QF020型汽水分离器，产汽量：2t/h,设计压力：l.OMPa。卧式安装，下设排污阀联至室外排污沟。1.3.4余热系统补水泵根据汽水分离器的补水量，选用KQDP25-2-8.5X8型余热系统补水泵，流量加3/h,扬程68m,电机功率为1.5kWo1.4余热利用系统管径计算与管材选择1.4.1蒸汽输送管线管径根据产蒸汽量计算管道直径，以管道内饱和蒸汽流速不超过30m/s为计算依据。根据质量流量计算管径：d=594.86X[m/（pw）]0.5式中：d管道内径（mm）m在工作状态下的质量流量（t/h）P一一在工作状态下的密度（kg/m3）,查的为3.Illkg/m33在工作状态下的流速（m/s

6、）,取w=30m/s则d=594.86X[1.72/（3.111X30）]0・5二81mm。因此蒸汽管管径选DN100,管内蒸汽实际流速为17m/so1.4.2余热循环管线管径针形管换热器出水管内介质为汽水混合物，饱和水蒸汽的干度不确定，可根据蒸汽管线管径取针形管换热器出水总管管径为DNIOOo针形管换热器进水管内介质为热水，可根据体积流量计算管径：d二18.8X（V/3）0.5式中：d管道内径（mm）V——在工作状态下的体积流量（m3）,根据蒸汽产量，取进水总管内体积流量V=13.76m3/h3在工作状态下的流速（m/s）,取3二l・5m/s则d二18.8X（13.76/1.5）0.5=5

7、7mm针形管换热器进水总管管径选DN100,管内实际流速为0.43m/so针形管换热器进出水接口为DN80,所以取进出水支管管径为DN80o1.4.3管材选择余热系统管线采用符合《输送流体用无缝钢管》GB/T8163-1999标准生产制造的20#钢镀锌无缝钢管；套管采用符合《普通流体输送管道用螺旋缝埋弧焊钢管》SY/T5037-2000标准生产制造的螺旋缝埋弧焊钢管。1.5热水循环泵的冷却热水循环泵冷却水供水