烟气余热利用热水系统设计方案_secret

二台600Kw
煤层气发电机组高温烟气余热利用
热水系统
1、销钉管换热技术原理
2、设备特点
3、设计目的
4、系统原理及组成
5、热工计算
6、施工说明
7、经济效益分析
青岛xx公司
2012年3月
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一、 销钉管技术的应用原理
强化换热表面的对流传热是提高换热设备传热系数最有效的方
法。

一般强化换热表面的措施虽然使传热系数有一定提高，但幅度
不大，并且经过强化的传热管外表面容易腐蚀结灰，因而使用寿命
较短，传热效果也因结灰、结垢而大幅度降低。

而销钉管技术彻底
改变了这些致命弱点。

经过特殊焊接工艺制作的销钉管，其单位长
度的传热面积是相同规格的普通光管的七倍左右。

这样，即使在传
热系数相同的条件下，销钉管的吸热量也是普通光管的七倍左右。

另外在热源介质横向冲刷钢针的同时，在钢针的圆柱北面形成对称
的稳态旋流和回流区，热边界不断的被破坏和再重新形成，从而使整个换热面边界层减薄，这样就减小了热阻而大大提高了换热系数，而且强烈的回流和旋流使销钉管表面具有较强的防灰防垢和较高的自除灰能力。

二、 销钉管余热回收装置的结构特点
①结构紧凑
单位长度的销钉管换热面积是普通光管的七倍左右，同时销钉管之间用小半径推制弯头连接。

因而相同换热面积的销钉管余热回收装置普通光管的设备相比，其体积和占地面积成数倍的减小，并且其重量也有不同幅度的降低。

因而，在设备布置安装和吊装等方面为用户提供了很大的空间。

②维修方便
销钉管是采用整根无缝钢管制造完成的，各销钉管之间用弯头连接，使其具有很高的耐压性能，一般情况很少出现质量方面的问题。

如果偶然发现某一根销钉管出现泄漏，也可以方便的进行更换。

③受压元件热应力小
每一件受压元件在整体组装时，无任何强制组装现象，因而不会产生组装应力。

同时每一销钉管组，只有一端焊接在钢结构上，而另一端呈自由状态。

这样设备在运行过程中，无热应力产生。

④标准化设计和灵活的尺寸变化
迄今为止，我们已开发设计了多系列的标准产品。

广泛应用于大中小型柴油机和天然气发电机组，以及锅炉的高温烟气的余热回收利用，另外，我们可在短时间内按照用户要求，根据用户提供的设计参数，对各种余热回收装置进行灵活设计。

⑤可高效连续的运行
根据其传热机理和结构特点，我们不难得知，销钉管技术具有
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较强的防垢、防灰和自除垢、除灰能力。

因而其设备可以长时间的
保持高效运行，这是普通光管换热设备所不能比拟的。

三、设计目的
本设计利用某煤矿二台600Kwa 瓦斯发电机组的余热，每小时将
70℃、20040千克的热水加热成95℃热水供冬季取暖应用，供暖面
积约为8300平方米。

该电站二台600Kwa 发电机组，每台发电功率
约为450Kw/h ，根据胜利油田动力机械厂的测试结果表明，所燃气
体只有36%的热量用来发电，约有38%的热量通过高温烟气排空。

为
充分利用余热，设计一套余热利用系统，充分利用高温烟气热量，
使所燃气体总热量65%得到应用。

四、系统组成及原理
系统主要由烟气——水热交换器、给水泵或热水循环泵、阀门
仪表、保温输水管线组成。

由以上部分组成一个循环系统，该系统由给水泵或热水循环泵
作为动力源，采用烟气——水热交换器，加热水介质，产生热水，
供生产生活应用。

系统的设计压力为1.0Mpa ，水介质工作温度在95℃，循环水流
量为20040千克/小时，热交换量约为50万大卡/小时，
五、设计中的有关数据计算
瓦斯在空气中完全燃烧公式：
2222248282N CO O H N O CH ++−−→−++燃烧
5 瓦斯在空气中不完全燃烧公式：
2222412241232N CO O H N O CH ++−−→−++燃烧
目前国内产的600kW 瓦斯发电机组正常运转时，发电功率为
450KW 、排烟温度为530℃左右，当烟气—水热交换器出水温度为
95℃左右时，它排出的烟气温度为120℃，瓦斯完全燃烧时瓦斯和
空气的体积比为1：10，为使燃料充分燃烧，一般燃气与空气的混
合比例为1:12，（按1m 3纯瓦斯发3度电计算）
600kW 机组的耗气总量为：450/3×（1+12）＝1950m 3/h ；
平均重量按1.25kg/m 3计算，烟气总重量为：
1950×1.25＝
2400kg/h;
换热器热效率按95%计算
;
排烟的比热容按烟道气体计算
（烟道气体的成分 CO
13% H2O 11% N2 76%，在100℃～600℃
的平均定压比热容为0.268kcal/kg ·℃）
数据列表
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如果将水自70℃加热到95℃用来冬季供暖，则二台发电机组可
利用排烟余热为：
（530-120）m 3
/h ×0.268kcal/kg ·℃×2400kg/h ×95%×2＝
501000kcal/h
按进水温度
70℃计算，加热成95℃热水计算，每小时可产生热
水量为
501000kcal/h ÷（95-70）℃=20040kg/h;
按每平米冬季取暖需要热量70w 计算，根据热量换算1Kw 合
860Kcal/h ，则供暖面积为：
回收热量合千瓦数为：501000kcal/h ÷860 Kcal/h =583Kw;
供暖面积为：583Kw ×1000w/Kw ÷70w/m 2=8300m 2;
注：瓦斯实际在缸内燃烧不完全，产生一定量的一氧化碳，并
在排气管中继续燃烧；实际烟气排出的热能比计算值要多。

六、施工说明
1、系统中的管线采用以下具体规格DN80（循环水管线）。

2、烟气—水热交换器：安装在现有发电机组的上部外端，尽量
靠近发动机排气口，将消声器改装在旁通支路上。

3、排气口到换热器、消声器管线采取保温措施，保温材料选用
厚100mm 硅酸铝，用钢丝捆扎，外包镀锌铁皮，用铆钉固紧。

4、给水和蒸汽输送管线采用架空铺设和埋地铺设相结合，首先
7 在管线表面涂刷防锈漆两道，然后采用60mm
岩棉管包扎保温，
用钢
丝捆扎，外包油毡玻璃丝布防雨层，最外层刷绿色面漆，并用红箭
头标示水流方向。

5、系统安装完毕后，进行管线冲洗和水压试验，试验压力
1.5MPa ，冲洗试压后方可开泵试运行。

七、经济效益综合分析
1、投资预算
（1） 600千瓦机组高温烟气余热回收:
设备价格:4.3万元/台,2台小计:8.6万元;
ZG-35型销钉管式烟气—水销钉管热交换器
设计压力:1.0MPa;
工作压力:<0.9MPa;（泵压）
换热面积:60m 2
;
换热量:350Kw;
供货范围:
设备主体;
设备保温;
设备用阀门仪表:安全阀、压力表、放空阀、双金属温度计;
烟气进出口配对法兰DN250；
(2) 烟气旁通系统:
耐高温烟气三通阀DN250:0.25万元/台,两台小计0.5万元;
8 (3)热水循环泵：IRG50-200(I)A,流量25 m 3
,扬程50m,电机功 率7.5Kw ，耐温100℃；(上海华通集团)
设备价格:3800元/台，一用一备,两台0.76万元；
以上设备总计：9.86万元，其中第3项甲方可以自行购买。

2、按每吨蒸汽的价值为120元（相当于60万大卡的热量）计算。

两台发电机每个取暖期余热回收所产生的价值为：
120
×24×
150×（501000/600000）=36万元
综合上述可知，两台发电机机组余热回收在一个取暖期可以回
收热量的价值为36万元，本系统运行期按10年计算，可节约资金
360万元。

青岛xx 公司
2012年3月。