_烟气余热回收利用型溴化锂吸收式冷热水机的研发

烟气余热回收利用型溴化锂吸收式冷热水机的研发

大连海事大学　邓洋波☆大连理工大学　解茂昭

大连三洋制冷有限公司　岳永亮

摘要　介绍了烟气余热回收利用型溴化锂吸收式冷热水机在冷热电三联供系统中的应用。烟气高压发生器的设计采用数值仿真的方法,重点介绍了参数的选定、液管的布置以及压力损失和换热量的计算,并对数值仿真的计算结果进行了分析。

关键词　冷热电三联供　烟气余热回收利用　溴化锂吸收式冷热水机　高压发生器

Research and development for lithium -bromide absorption refrigerating and heating machine with flue gas heat recovery

B y De n g Ya n g b o ★

,Xi eMa o z h a o a n d Yu eYo n g l i a n g

Abstract Presents the application of lithium -br omide absor ption r ef riger ating and heating machine with

flue gas hea t r ecover y in combine d cooling heating and power system.Adopts the numer ical sim ulation f or the high pr essur e gener ator design ,explor es the par am eter selection ,tube arr angement ,pr essure drop and heat tr ansf er c alcula tion ,and analyses the num erical sim ulation r esults.

Keyword s combined cooling heating and power supply ,flue gas heat recove ry ,lithium -br omide

absor ption r efr iger ating and he ating machine ,high pressur e gene ra tor

★D alian Maritime Un iversity ,Dalian ,Liaon ing Provin ce ,Ch ina

0　引言

冷热电三联供能削减夏季电力峰值,填补夏季燃气谷值,提高电力和燃气设备的负荷率,减小公共事业的投资,被能源专家大力提倡。系统具有设计简便、施工周期短、可实现自动化运行管理等优点,也被广大工程技术人员所接受。因此,冷热电三联供系统成为目前世界各国大力提倡的新技术。

冷热电三联供系统的核心设备之一是烟气利用型吸收式制冷机,最近几年,国内制冷企业先后推出烟气余热回收利用型溴化锂吸收式冷热水机(以下简称烟气利用溴冷机),并在国内外冷热电三联供项目中应用。在烟气利用溴冷机的开发研制过程中,为了缩短研发周期、减少研发费用,多采用数值仿真的手段。本文采用了数值仿真与实验相结合的方法,对烟气利用补燃型溴冷机的烟气高压发生器进行优化设计,并对所设计的烟气高压发生器数值仿真计算结果进行了分析。1　烟气利用溴冷机的应用模式

在国内,烟气利用的冷热电三联供系统应用较多,它充

分利用了直燃型溴冷机的特点,主要模式是将直燃机与燃

气轮机“无缝”结合。具体的结合方式是燃气轮机+烟气利用补燃型溴冷机[1],如图1所示。这种模式的工作原理是:

图1　烟气利用冷热电三联供系统

燃气轮机发电机组的烟气余热能够满足空调负荷所需加热量时,由烟气余热单独驱动补燃型溴冷机进行制冷(供热);当烟气余热量小于空调负荷所需加热量时,烟气利用补燃型机组中的燃烧装置启动,从而由燃气直接燃烧对机组提

82 设备开发 暖通空调H V &AC 2007年第37卷第9期

①☆

邓洋波,男,1970年9月生,博士研究生,副教授

116026大连海事大学机电与材料工程学院(0411)84725039E -mail :dengyb1970@ 收稿日期:2006-12-07修回日期:2007-04-09

供补充热量,使得机组的总热量与空调负荷相匹配,满足供冷(供热)要求。

在烟气利用补燃型溴冷机的设计中,烟气高压发生器、补燃高压发生器及机组本体的配比比例主要有1∶1∶1, 1∶1.5∶1.5和1∶2∶2三种方式,具体的配置方式需根据项目、燃气轮机、空调使用方案以及投资等具体情况来确定。本项目中采用1∶1∶1配比的机组,该型号机组适用于燃气轮机排出的烟气量较大的情况,能够在保证区域供电负荷的前提下满足区域的空调负荷。具体匹配方式是在直燃型溴冷机上增设一个相应的烟气利用型高压发生器,机组运行时优先利用烟气热量;当发电机停机或发电负荷比较小,排出烟气量少时,如果单独利用烟气高压发生器无法满足空调负荷,则启动补燃高压发生器。

2　烟气利用补燃型溴冷机烟气高压发生器的设计烟气利用补燃型溴冷机结构设计的关键在于利用燃气轮机排出烟气的高压发生器,具体地说,就是烟气高压发生器的设计计算,它包括循环参数的选定、烟气高压发生器液管的布置及压力损失和换热量的计算、烟气的比热容及比焓计算等。

2.1　高压发生器本体管程溴化锂水溶液、过热水蒸气和壳侧烟气工质的热物性的确定

在进行溴化锂水溶液物性参数的计算时,以现有的和文献[2-4]中的经验公式为依据,编制运算程序,把所得结果与样机实验测试值进行对比,然后对公式和程序加以修正。而在水蒸气物性参数计算中,则采用了I AP WS-I F97物性参数计算模型[5-6]编制运算程序。在产品研发过程中,烟气高压发生器内溴化锂水溶液和水蒸气物性变化也按上述方法选用数学计算模型,用Excel编制程序,并制作了烟气高压发生器溴化锂水溶液和水蒸气物性参数变化Excel表。关于壳侧烟气工质的热物性计算,采用了文献[7]中的计算方法。

2.2　烟气高压发生器液管布置、压力损失和换热量的计算

采用商用软件编制了烟气利用溴冷机的烟气高压发生器本体换热器流动和换热数值模拟程序,对给定条件进行计算。在高压发生器设计过程中,液管布置方案有全光管叉排、全肋片管叉排和前肋片管后光管叉排三种方式。经过对模拟计算结果分析,本文选用了前肋片管后光管叉排方式。具体的结构形式是烟气和溴化锂水溶液逆向流动,烟气先冲刷光管再冲刷肋片管,肋片管每排是一流程,全部光管是一流程,溴化锂水溶液沿烟气逆流方向流经多程肋片管管排,被烟气加热到烟气高压发生器内压力所对应的饱和温度,然后再进入烟气高压发生器内的光管群中继续被加热、蒸发,产生水蒸气。

2.3　数值仿真

1)设计过程中样机的给定参数

壳程:排烟温度550℃,流经高压发生器后出口温度170℃,流量2988kg/h,要求压降低于973Pa。管程:溴化锂水溶液入口温度126.6℃,质量分数57.84%,流量6852kg/h;溴化锂水溶液出口温度153.7℃,质量分数60.73%,流量6526kg/h;蒸气出口温度153.7℃,流量326kg/h。整体换热量大于348.9kW。

2)设计样机数值模拟计算结果

肋片管:管排数6,管数45,管程数6,横向间距67mm,纵向间距58mm,管长度1000mm,管外径34mm,管内径25mm,肋片直径67mm,肋片数197个/m。光管:管排数14,管数119,管程数1,横向间距59mm,纵向间距29.5 mm,管长度1000mm,管外径34mm,管内径25mm。

壳程:排烟温度550℃,流经高压发生器后出口温度165.7℃,流量2988kg/h,压降189Pa。管程:溴化锂水溶液入口温度126.6℃,质量分数57.84%,流量6852kg/ h;溴化锂水溶液出口温度153.6℃,质量分数60.73%,流量6526.5kg/h;蒸气出口温度153.6℃,流量325.5kg/ h。整体换热量为357.7kW。

3　结论

本文研发的烟气利用补燃型溴冷机应用于冷热电三联供系统中,采用1∶1∶1的匹配方式。烟气高压发生器的设计采用了计算机数值仿真的方法,将物性参数计算结果、高压发生器结构形式的设计和高压发生器的热力计算结果,与相同型号直燃机相近结构高压发生器进行了对比,除壳程烟气压降偏差较大外,其余的参数与各项测试结果非常接近。但计算结果还有待于与生产所设计的样机测试结果进行对比,之后还需要对计算方法和程序进行必要的改进,以便在不同型号的烟气利用补燃型溴冷机的设计选型时应用。

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更正

本刊2007年第8期文章《闭式水系统中补水泵的设置》的第一作者应为“卫军锋”,特此更正并向作者和读者致歉。

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