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天然气发电机组余热回收技术在前处理中的应用

2020-05-23
来源: 礼德动力
  电力系统是一个极其庞大的系统,它所消耗的材料与供给的电能都是一个天文数字,在发电和用电过程中都会存在能源损耗,尤其是火力发电的热能损耗。若能够应用余热回收技术,对于提升能源利用率和提高整个电力系统的工作水平都有着无比重要的意义。我国天然气发电机已得到了广泛应用,天然气具有燃烧污染小、热值高等优点,本文结合发电过程实际环节,提出天然气发电机组余热回收技术在前处理中的应用,希望能够有所裨益。
 
1 天然气发电机组余热回收技术的重要意义
  无论如何提升技术,天然气发电的能效都不能达到百分之百,总会有一部分能量以热能形式散失,并且在一些技术不成熟的发电厂中,这部分能量占据相当大的比重。如今我国发电量已经达到一定水平,火力发电所消耗的资源量也有所降低,能够赶得上发达国家的水平,然而,我国的能耗依然较低,能源利用率有待提升。要知道,发电所使用的天然气是一次性能源。近年来,我国开采力度逐渐增大,它们含量逐渐减少且无法得到补充,势必在不久的将来影响我国电力事业,因此我国必须采取有效措施提升天然气发电的能效,其中一个十分有效的措施就是将余热回收技术在前处理中充分应用。
 
2 天然气发电机组余热回收技术
2.1 原理
  天然气发电机组余热回收热备示意图如下,发电机组通过燃烧天然气而产生大量热,将其转化为机械能再进行发电,并供给厂区。同时,天然气发电机组产生的部分热量以热能形式发散,利用两种换热器串联的方法对其进行回收,产生约为90℃的高温热水;而冷却系统中使用的冷却用水则会变成低温热水,与室温相比,温差不大,可不作回收。而高温烟气管道上需要做相应处理,以免影响发电机的正常运行,为发电工作带来不便。
 
2 设备
2.1 板式换热器
  天然气发电机组便于回收的余热包含两个方面,一是缸套水,需要采用板式换热器来进行热能回收。所谓板式换热器,指的是由一组形状特殊(带有波浪纹)的金属片构成的器械,具有热能损失少、不惧水汽腐蚀、寿命长等特点,是一种十分理想的液体——气体和液体——液体热交换的设备。另外,由于它结构紧凑,使用的金属材质较轻,因此占地面积较小、重量也较轻,在其他条件相同的前提下,它传热性能比普通的管式换热器要高3倍左右,但占地面积仅仅为后者1/3,因此得到了广泛使用。
 
  板式换热器主要框架式和钎焊式,前者可拆卸,可根据实际需求增大或者缩小换热器规模。框架式换热器由金属薄板叠加而成,四周加以密封并用框架固定,板片、垫片的角孔能够将热的和冷的气体、液体相互分开,通过板块进行热交换。
 
2.2 针管式换热器
  针管式换热器用于回收高温烟气中的热量,也是天然气发电机组的主要余热。一般会在该种换热器壳体内部安装折流挡板,以疏通引导流体,防止短路和堵塞,并能够增加流体的流通速度。管式换热器构造特殊,因此,清洗工作难以彻底。绝大多数发电企业对于管式换热器结垢的危害性与清洗技术掌握得不够透彻,而采用的清洗方法仅仅停留在传统的高压水、酸洗等层面,很容易对金属构件造成破坏和腐蚀,并且许多发电厂负责人观念守旧,认为只有当换热器结垢严重影响发电工作时才需要进行清洗,不是将其作为日常维护的一个重要环节。水垢的形成往往会造成管式换热器内部阻塞,降低换热效率,甚至严重时还会发生危险,而不恰当的清洗方法也可能给余热回收带来一系列麻烦。目前,1st-Tech清洗技术较为成熟,最适宜用来清洗管式换热器。这种技术采用生物制剂作为清洁剂,并且在配方中添加了湿润剂、分散剂、剥离剂等成分,能够直接将沉积物溶解,对于清除石灰、泥浆、锈渍等都有较好的效果,并且它的成分能够由分解者直接降解,不会给环境带来污染。另外,具有不易燃烧、无毒无害、无腐蚀等优点,目前已经得到了广泛的应用。
 
3 脱脂工作重要性
  在许多工业加工和生产过程中,都会出现大量被石油等有机物污染的废水,天然气发电过程也不例外,这些废水若直接排放,会对环境造成巨大的危害,在绝大多数情况下,由于这些有机物和水不能互溶,因此,油水混合物不能利用膜过滤方法处理,除非油和水能够形成乳液。乳液是由两种不能互溶的物质共同构成的一种分散系,脱脂池的主要功能则是分离乳液中的不同物质,减少甚至消除有机物的污染,避免危害环境。未经脱脂的废水主要危害为地表水地下水污染两类。
 
3.1 污染地表水,直接危害水生生物与人类饮水安全
  未经脱脂的发电污水若排放到湖泊、溪流、水渠中,会直接对这些地表水造成污染,有些毒性较大的废水或是含有重金属等物质的废水则可能导致水生动植物的死亡,甚至有可能造成物种的灭绝。另外,我国大部分地区人民的饮用水多来源于这些地表水,无数个淡水湖泊承担了供给饮用水的重任,若是水源遭到污染,附近居民不慎饮用含有有毒有害物质的水源,会对健康造成不同程度的损害,甚至危及生命。20世纪,日本出现了两起因发电污水排放引起的公害事件,即臭名昭著的日本水俣病时间与富山事件。
 
3.2 污染地下水,危害农作物
  地表水与地下水往往是相通的,排放到地表水的污染物可能会污染地下水系,对农作物造成危害,另外,我国南方地区居民取水灌溉一般都是在湖泊中取水或在深井中取水,若是这些灌溉水被污染,不可避免地会对农作物产生危害。
 
4 余热用途
  在进行脱脂时,需要对脱脂池中的混合液体进行加热,以加快分离速度,并降低油在水中的溶解度,从而实行分离。在天然气发电机组中,脱脂池内液体最佳的工作温度大约在55℃,而发电机组产生的热水温度是90℃左右,余热回收设备排出的高温烟气大约为100℃,完全可以应用于脱脂池中液体的加热。利用高温烟气和水的余热,可以使脱脂池温度维持在55℃左右,足以抵消脱脂池的自然能量损耗,不需再增加热能投入,可以大大降低加热脱脂池所需成本,并且提升天然气发电的能效。
 
5 主要问题
5.1 余热回收器表面磨损问题
  天然气的主要成分是甲烷,但还含有许多其他的物质,燃烧时会产生一些固体颗粒,这些固体颗粒所形成的烟气在通过余热回收器受热面时,会不可避免地造成磨损,时间一长就会使受热面的热传导效率大幅度降低,并且还可能附着在受热面上,使其无法与高温烟气进行热交换。
 
5.2 烟道阻力问题
  安装余热回收器后,锅炉整体烟气阻力必然会大幅增加,可能会在一定程度上影响锅炉本体的正常运行。
 
5.3 内壁结垢问题
  余热回收器管内可能会由于长期通过含有固体颗粒的烟气而发生结垢,且很难清理。
 
6 解决措施
6.1 改变余热回收器管排设计
  将余热回收器管排设计成特殊结构,例如,H型管排或者膜式管排,可以迫使烟气流动趋于层流,管排间没有烟气流动,减少对于受热面的磨损。此外,由于每个烟道的边界管排与烟气的摩擦,会形成中间流速高、两边流速低的分布方式,缓解飞灰对设备的磨损。最后布置受热面时,烟气流速不能过大,可以通过调整管排横向截距来调整流速,减少磨损。
 
6.2 改造引风机
  烟道阻力主要靠烟囱自拔力和引风机来克服,在安装余热回收器时对引风机进行改造,能够减少烟道阻力的影响。
 
6.3 保持系统内温度
  蒸汽对于盐类物质的溶解度比溶液要高出许多,控制系统内温度,使整个系统处于液相,就能够减少结垢问题的影响。
 
7 结语
  能源效率、环境污染的治理与工业技术的提升并非毫无关联,而是有着密切联系。例如,唯有做好经济方面的统筹工作,做好经济预算,才能够投入适量的原料资源,提升能效,同时避免浪费。而能效的提升会使得一定量的资源可提供更多能源,从而减少大量污染物的排放,降低处理污染所需费用。目前我国致力于推动可持续化发展,采用余热回收技术能够使天然气发电机组的能效大大提升,减少浪费,并降低成产成本。