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1、回收余热锅炉排污疏水热量提供生活热水浅析与应用王新年（中海福建燃气发电有限公司，福建 莆田 351100）摘 要：根据某厂余热锅炉连排疏水的运行方式，通过热平衡计算与分析，提出使用换热器回收余热锅炉连排疏水热量提供厂前区生活热水方案，简述了方案实施应用效果和存在问题，为关心此类应用电厂提供借鉴。关键词：分布式能源；余热锅炉；连排疏水；余热回收；生活热水 Analyses and Application of Recycling the HRSG Hydrophobic heat to Provide Hot water WANG Xin-nian(CNOOC Fujian Gas Power
2、Co. Ltd , Putian 351100 China)Abstract: According to the HRSG hydrophobic operation mode, through the heat balance calculation and analysis, put forward a solution that using heat exchanger recover the HRSG hydrophobic heat to provide the living hot water, this paper expounds the application effect
3、of plan implementation and existing problems, provide reference for concerned about such applications.Key words: distributedenergysources; HRSG; waste heat recovery ;living hot water天然气分布式能源通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用，综合能源利用效率在70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式。建筑冷热电联产，是解决建筑冷、热、电等全部能源需要并安装在用户现场的能源
4、中心，是利用发电废热制冷制热的梯级能源利用技术，能源利用效率能够提高到80以上，是当今世界高能效、高可靠、低排放的先进的能源技术手段，发展尤为迅速。为积累分布式能源和建筑供热供冷经验，并节省厂用电量有效利用余热锅炉疏水废热，福建某燃气电厂厂前区新建宿舍楼2和旧宿舍楼1改造均考虑采用集中供热方式，使用回收余热锅炉排污热水的热量加热生活水的方式提供职工洗澡等用途热水，热水的温度控制在50-70。热水箱同时具备换热和蓄热的作用，#1、#2余热锅炉配备一个热水箱，#3、#4余热锅炉配备一个热水箱，每个热水箱配两个独立的盘管式水水换热器，利用余热锅炉排污水的热量加热给水箱内生活热水，换热后排污水排至机组
5、排水槽。1 余热锅炉和连排疏水运行方式与某燃气电厂M701F燃气轮机配合的余热锅炉，是采用比利时CMI公司设计，由国内某锅炉有限公司生产的三压、再热、无补燃、自然循环、立式布置余热锅炉，其运行方式是跟随机岛设备采用日启停的运行方式，能满足快速启动和调峰要求。为保证炉水品质，高压汽包和中压汽包设置连续排污和定期排污，连续排污是连续不断地从汽包锅水表面层将浓度最大的锅水排出。它的作用是降低锅水中的含盐量和碱度，防止锅水浓度过高而影响蒸汽品质。在余热锅炉启动后，高中压汽包连续排污阀保持在一定开度，根据化学人员检测炉水品质情况开大和关小，但只有在余热锅炉停运后全关。2 热平衡计算与换热器选择2.1设计
6、计算条件厂前区宿舍楼1房间70间，宿舍楼2房间100间，计算供热房间共170间，设定同时使用热水用户约60间，每个房间每天热水用量约0.03-0.1t/h，热水温度50-70，最大热水消耗量6t/h，每天全部热水消耗约17 t/d，设定冬季生活水最低温度5。设计单个热水箱长宽高为2.5m*2m*2m，每个热水箱容积除去空余空间外约9m，热水蓄积量共约9 m。从机组运行数据可查到，连排至定排疏水温度约140-150，连排压力0.3-0.39MPa，日启停单台机组补水量约60-90 t/d，连续运行机组补水量约80-110 t/d，连排至定排疏水约占机组补水量的50%，即最小约为30-40 t/d
7、，最大为190 t/d。考虑水箱内盘管式换热器管外流动缓慢，设定盘管式换热器端差取5，换热器出口疏水温度取55-80。水比热容4.2kJ.kg/,为简化计算水的汽化潜热取2200 kJ/kg。2.2热平衡计算与结果为保证宿舍楼生活热水的连续和可靠，首先计算单台机组运行热量是否满足生活热水最大热值热量要求。生活热水最大单日需求热量Q1Q1=17*4.2*(70-5)= 4641 MJ （2-1）生活热水基本单日需求热量Q2Q2=6*4.2*(70-5)=1638 MJ （2-2）单台机组连排最小提供热量Q3经查饱和水和水蒸气表0.3MPa、140饱和水的比焓值为604.87 kJ/kg；80热水
8、的的焓值为335.45 kJ/kg；Q3=30*（604.87-335.45）=8082.6 MJ （2-3）在考虑水箱、管道热量损失为10%的比例，从热量平衡看单台机组运行在最严苛的冬季条件下，均能满足新建宿舍楼生活热水用量，多台机组运行时或者其他季节热水量十分充足。夏季多台机组运行时因热量充足，能使热水箱的生活热水温度达到100，引起较大量蒸发，此时需考虑关闭部分机组至盘管换热器手动阀，直接将疏水排至机组定排扩容器。2.3换热器面积和换热管道长度、管径、流速选择根据经验选取换热对数温差45，传热系数102.6w/(.k)如按照日最大供生活热水量17吨的情况下，计算换热面积SSQ1/时间/对
9、数温差/传热系数=4641*1000/24/45/102.6=41.8 （2-4）选用外径为20mm的不锈钢管作为换热管，盘管换热器管道长度L=S/3.14/D=24/3.14/0.02=667m （2-5）按每根盘管长度120米计算，需布置5-6只盘管，可并列布置减少管道阻力。为保持盘管内流量和流速，增强换热效果，管道选择DN16*2，盘管高度1.5米，不锈钢双层盘管换热器，内圈直径0.15米，外圈直径0.25米，内外层各70圈，上直段0.25米，焊接接口，经计算长度约112米，可布置6组，即能满足换热面积需求，因施工和投运期为夏季，补水水温较高，为检查校核换热效果，先按照12组盘管采购，每
10、个水箱分布6组，每台机3组安装，试运行一段时间后，再根据实际运行情况增加盘管数量。经查安装图纸，连排到定排疏水管道DN150，考虑异常情况下全开事故放水，根据投产以来运行经验连排流量不大于表1最大流量，DN50管道既可满足正常运行排水需要。表1 管道流速校核项目数值加热水量（t/d）3060t/d90平均流量（t/h）1.252.53.75水管直径（mm）DN50DN50DN50管内流速（m/s）0.17700.35370.5305从表1可以看出管内流速较低，满足工业热水管道设计要求。2.4异常工况供热方案机组隔日或多日不开机的工况下的供热考虑：隔日不开机依靠热水箱蓄热和余热锅炉保温保压能满足
11、供热需要；多日不开机的情况下，设置电加热器作为备用，如无机组运行需要供应热水，投入#1热水箱电加热器连续运行，功率36kW，可满足生活需要。3 经济性分析生活热水与宿舍楼各房间配备单体电热水器的相比：热水供应泵采用变频控制，每小时耗电量4.5 kW.h，每日耗电108 kW.h；每个房间配备1.5kW的电热水器，每日1-2人/次洗澡，24小时平均耗电量3.5 kW.h，170房间共595 kW.h；日节能量487kW.h，按照上网电价0.513元/ kW.h，约250元；年节省费用9.1万元。初投资比较：生活热水加热系统设备和施工费用共约35万元，宿舍楼2安装单体电热水器按照功率1.5kW容量
12、40升的单价1500元，共约15万元；仅需2.2年即可收回投资，经济上可行。维护方面，按照国际通用的常用家电使用年限标准：电热水器的使用寿命是，在电厂25年设计寿命内，需要更换一次，共需设备投资25.5万元。国际通用的标准供热管道寿命可达到30年，热水泵和换热器寿命，在电厂25年设计寿命内，需要更换一次热水泵和换热器，共需设备投资8万元。从25年全周期费用总额计算，初投资设备投资基本相同，均需约40多万元，但采用集中供热系统，节省厂用电费用十分可观，共约200万元。4 换热器结垢的清洗因余热锅炉使用除盐水，连排的水质相对较为干净，结垢问题比较轻微，但连排疏水在降温和慢速流动过程中仍会出现结垢问
13、题，考虑待运行结垢比较明显后，拆开阀门法兰使用醋酸等弱酸进行酸洗，并冲洗干净。如发生堵塞情况，因盘管换热器价格低廉，考虑增加盘管换热器或者直接整体更换盘管换热器。5 连排疏水汽化闪蒸冲刷问题由于连排水为饱和水，在进入加热器前压力降低，因此管内流动过程中会有汽化闪蒸的现象。设定连排出口热水压力0.4MPa（a）温度143 （饱和温度）到换热器入口时，压力下降为0.25 MPa（a），温度下降为127.5，可大约计算表1中三种热水流量闪蒸产生的饱和蒸汽量分别为0.0112kg/s、0.0224kg/s、0.0336kg/s.因比例较低，闪蒸蒸汽如果均匀随水流进入换热器，一般不会对管内流动产生凝结冲
14、击、水锤等现象，使管子产生振动。但连排到水箱的管道设计上，不能出现在垂直方向上有管道的弯曲，造成闪蒸蒸汽堆积。如果在施工中无法避免，则需要在弯曲处管道的最高点，开孔用一管道将闪蒸堆积的蒸汽引入地沟，并阀门控制流量。图1 侯班楼生活热水系统图6 生活热水系统图、选材与安装如图1所示：加热热水流向为，余热锅炉连续排污扩容器自动疏水阀后接管至生活水箱，经过盘管换热器后排水到机组排水槽；生活热水流向为，厂区生活水管道来水通过采用浮球阀进入生活热水箱，被盘管换热器加热后，通过热水泵输送到宿舍楼，为保持管网水温，在宿舍楼热水管网末端安装再循环管道回至生活热水箱。生活热水供水管网，埋地部分采用内径80mm不
15、锈钢管，管架和管沟部分采用内径80mmPPR管道，外加闭孔橡塑保温棉保温层，具有良好的保温性能和防腐蚀能力；生活热水箱采用不锈钢水箱，浮球阀水位控制；生活热水泵采用单级离心热水输送泵，变频控制。室外生活热水再循环管道考虑美观和强度需要，均采用内径20不锈钢管。宿舍楼楼内供水母管和房间支管以及再循环管道均采用PPR管道。在生活热水设备管道安装中，严格按照电力建设施工技术规范 第5部分：管道及系统（ DL5190.5）规范要求控制施工质量，与厂前区空调热水系统安装协同，减少开挖工作量，经2个月的安装9月系统投入运行，并逐步完善控制和保温护板部分。7 应用情况新建宿舍楼2首先投入生活热水系统运行，经过三个月的使用，经历机组各种运行方式的验证，均使用正常，水温控制良好。此后在宿舍楼1的改造工作中，全面布置了生活热水管道，至今已使用半年时间，生活热水均供应良好。据统计，在投运的半年时间内，只有因天然气供应紧缺的一周，四台机组均未运行，投入了#1生活热水箱的电加热器，其余时间不投入电加热器的情况下，均能可靠供应生活热水。经过半年时间运行，生活热水存在问题，需要进一步采取改善措施，主要有以下两点：因PPR管线性膨胀系数较大，且受热后刚性较差，在支架密度较小和设置膨胀节不足管段，管道变形较为明显，影响美观；在节日期间使用人数极少的情
