发射机余热利用（共7篇）
发射机余热利用 篇1
1前言
在空气污染、环境污染、水污染日益严重的今天, 人们越来越重视环保工作, 减少废物排放是从源头为环保事业做出贡献的最根本措施。
广播发射系统是广播各系统中的一个重要环节, 根据我们多年设计经验及各发射台实际运行的情况, 我们发现广播发射系统在信号发射传输过程中, 需要耗费大量的能源, 是广播系统内的一个能源消耗大户。
2 广播电视发射机耗能原理分析
2.1 发射机的冷却系统
通常, 广播发射机标称的功率实际就是发射机的输出功率, 用数学方式表达为P=Pr-Ps, 式中:P为发射机输出功率, Pr为发射机输入功率, Ps为发射机损耗功率。
而发射机损耗功率Ps则是以散热的方式消耗在发射机的元器件上。对于大中型广播电视发射机而言, 其损耗功率基本可分为三个部分:
(1) 发射机电子管的损耗功率, 因其功率较大, 需要专门的冷却系统 ( 风冷、水冷、超蒸发冷却系统) , 其排除的热量占发射机损耗功率的主要部分;
(2) 安装在发射机机箱内部的, 包括发射机自冷电子管 ( 非人工冷却) 在内的元器件的散热功率;
(3) 安装在发射机机箱以外的设备及元器件 ( 如电力变压器、调幅元件、通风机、水泵等) 的散热功率。
无论发射机功率的大小, 其工作时耗散的功率都将变成热量使电子元器件温度升高, 如果不采取有效的冷却降温措施, 发射机就难以正常工作, 某些元器件甚至会因过热而被烧坏。在2000年以前, 国产大中型广播发射机的效率仅为50% 到60% ;2000 年以后, 大量进口的大中型广播发射机的效率提高到70% 到80%。发射机所耗散的功率绝大部分通过发射机的冷却系统排出室外, 其中, 发射管冷却系统带走的热量占发射机总的耗损功率的90% 以上。
2.2 超蒸发冷却系统冷却原理分析
发射机电子管的超蒸发冷却系统是液相、汽相合于一体的双相冷却方式。它与被特殊设计的水套连成一体, 阳极外表面有很多又窄又深的环形槽或螺旋槽, 在发射机正常工作时, 电子管阳极窄槽底部的水在吸收阳极的热能后, 汽化成水蒸汽, 当水蒸汽聚集到一定数量时, 就会以每秒数十米的高速从窄槽底部喷射到水套的流动水中, 被冷凝成水, 此时窄槽中的压力降低, 水套中的流动水立刻被压进窄槽, 窄槽底的水再次汽化。这种在水套中完成的水变汽、汽变水的冷却方式被称作双相冷却, 其水汽的转换周期很短, 每秒可以完成数十次, 所以冷却能力十分可观, 其阳极耗散功率密度的试验数据显示高达2000W/cm2, 这是在宽2mm, 槽深25mm的电子管窄槽上取得的。在实际研制超蒸发冷却电子管时, 一般窄槽深度均在10mm以内, 此时双相循环周期较长, 但耗散功率密度仍可达800W/cm2以上, 其冷却效率是普通水冷电子管的10 倍, 是蒸发冷却电子管的5 倍。
2.3 余热利用的设计方案
目前为止, 广电总局直属广播发射台大中型发射机普遍采用的是超蒸发冷却系统, 最终由风冷冷凝器降温。这种冷却方式在非采暖地区是正常的, 但是在我国大量的采暖地区的发射台, 也采用此种方式就值得商榷。在余热的利用上, 广电设计院的同志在上个世纪70年代末期, 就开始了这方面的研究和试点利用:黑龙江省双鸭山市中波发射台利用200k W发射机蒸发冷却系统的余热, 通过蒸发冷却管道上加装的热交换器产生的热水, 在当地采暖期 ( 约6 个多月) 向全台的采暖系统进行供热, 根据后期使用情况的反馈得知, 该供热模式完全替代了台内原有采暖系统的燃煤锅炉;我院1980 年设计的大连303 中波发射台 (该台发射功率为50k W, 当时中波发射机的效率仅有50% 左右) , 也回收利用了发射机工作过程中产生的余热, 将经热交换器产生的热水供全台采暖系统使用, 省掉了燃煤供暖锅炉, 取得了很好的经济效益和社会效益, 该工程随后荣获了国家级优秀设计奖;上世纪80 年代中期, 先后设计了辽宁省200k W中波发射台和西藏自治区200k W中波发射台, 这两个发射台均采用了回收利用余热的方式用于供暖, 这两个发射台选用的发射机冷却方式均为电子管蒸发管道系统加风冷冷凝器, 设计时, 在蒸发管道上并联安装了一台热交换器就解决了台内冬季供暖问题。
目前, 上述余热回收利用的方式仍在摸索尝试中, 尚未全面推广执行, 现在, 地处采暖地区的直属发射台的冬季供暖, 仍然全部采用的是电锅炉。以西北地区和华北地区发射机房为例, 采暖热负荷一般都在100k W左右 ( 东北地区的机房采暖负荷在150k W左右) , 而一部进口的500k W的短波发射机由风冷冷凝器排掉的散热量也是100k W左右, 也就是说, 我们只要把一部500k W的短波发射机的余热充分利用起来, 就可以解决整个发射机房的采暖问题。虽然这种发射机房设置了电锅炉, 但实际使用时, 电锅炉的使用率却很低, 以西北某发射台为例, 该台配置了八部500k W短波进口发射机, 分别布置在两个机房。一个机房的设计热负荷为100k W, 设计选用了两台70k W电锅炉 (该台地的气候属于严寒和寒冷地区, 电锅炉平时用一备一, 遇到严寒天气时, 两台同时开启供暖) 。2010 年1 月, 我院设计人员途径此台, 考察了该台的情况, 到达发射机房时, 感觉很冷, 问其原因, 原来设计考虑设置的电锅炉在实际工作中很少使用, 只是在保障重大事件安全播出的时候, 才开启电锅炉供暖。探究其更深层次原因, 就是为了节约日常的运行费用, 按一台电锅炉使用一天 (20 小时) 计算, 仅电费一项就要花费千余元, 如不使用电锅炉取暖, 一个采暖期下来, 至少可节省十几万的电费。如果将超蒸发冷却余热回收的技术利用到该台站, 将一部发射机风冷冷凝器并联安装上一台水冷冷凝器 ( 板式换热器) , 将二次水接到原有机房采暖系统上。在冬季采暖期间, 发射机播出时切换到水冷冷凝器的热量, 就足以解决机房的采暖问题。现以500k W短波发射机超蒸发冷却系统的余热利用为例, 其供暖工作原理图如图1 所示。
图1 中, 一次水泵是发射机自带冷却水泵;二次水泵是机房原采暖系统使用的循环水泵 ( 原设计为用一备一) , 因为电热锅炉的水流阻力大于水冷冷凝器 ( 板式换热器) 阻力, 所以采暖系统循环泵不用更换。发射机超蒸发冷却系统余热利用改造, 只需要增加一台板式换热器 (水冷冷凝器) , 即可解决机房冬季采暖问题。
改造后的发射机冷却系统的运行原理如下:采暖期运行时, 打开c、d阀门, 同时关闭a、b、e、f阀门, 发射机余热通过换热器向机房采暖系统供暖;非采暖期运行时, 打开a、b阀门, 同时关闭c、d阀门, 发射机冷却水经过风冷冷凝器进行循环降温处理。
3 小结
大中型广播发射机冷却系统的余热利用是一件利国利民的好事, 如果我国三北地区的发射中心都能采纳上述做法, 充分利用发射机超蒸发冷却系统的余热对机房进行冬季供暖, 必将产生良好的经济效益和社会效益。
摘要：本文对广播电视发射机的耗能原理进行了分析, 对超蒸发冷却的原理进行了介绍, 并结合一些台站对发射机余热利用的实例, 提出了发射机超蒸发冷却系统余热利用的设计方案。
关键词：短波发射中心,超蒸发冷却系统,余热利用原理,设计方案
参考文献
[1]许文祥.广播电视发射塔暖通专业设计.广播电视信息, 2013 (06) .
汽车余热利用技术研究 篇2
汽车行驶消耗了约30%的能量,70%的能量转化成废热,且排气温度最高可达600—700℃;发动机冷却系统通过大小循环将来自发动机的部分热量排到大气中。这两方面都造成了热能的极大浪费。通过余热能量分析,确定合适的余热利用技术,有效减少能量损失,可达到最好的节能效果。
1、废气涡轮增压
利用发动机排气能量驱动废气涡轮增压器实现进气增压。废气涡轮增压器主要由涡轮机和压缩机等组成,如图1所示。发动机排出的高温高速废气经排气管引入涡轮机,利用废气的能量推动涡轮机旋转,涡轮再带动与它同轴的压缩机叶轮旋转。压缩机将吸入的空气压缩,增压后的空气进入气缸。增压后空气压力和密度增大,可以燃烧更多的燃料,提高发动机的输出功率。
2、汽车余热制冷
由于太阳的辐射热、车外热空气、乘员密度大、发动机的散热等使得汽车空调负荷大,用于空调消费的汽车动力较大。充分利用余热制冷,可有效提高汽车动力性能。目前,国内外对汽车余热制冷技术的研究主要包括三个方面。
2.1汽车尾气余热驱动的吸收式制冷技术
吸收式制冷是一种以热能为动力的制冷技术。利用汽车尾气作为热源,如图2所示,加热发生器中一定浓度的溶液并使之蒸发,于是溶液中作为制冷剂的低沸点组分大部分被蒸发出来,进入冷凝器,在冷凝器中凝结成液体,经节流阀降至蒸发压力,然后进入蒸发器中进行蒸发制冷,把车厢内的部分空气冷却后再送回车厢。在蒸发器内产生的低压制冷剂蒸汽直接进入吸收器。另外,在发生器中,发生过程剩余的吸收剂经溶液热交换器冷却后进入吸收器,与从蒸发器来的低压制冷剂蒸汽混合并吸收这些蒸汽,而恢复了原来溶液的浓度。吸收器中的浓溶液再通过溶液泵升压后送入发生器,这样完成了吸收式制冷的基本循环。
2.2汽车尾气余热驱动的金属氢化物制冷技术
金属氢化物制冷系统属于固体吸附式制冷系统,是一种以热能为动力的制冷系统。利用储氢合金可大量、可逆地吸氢和放氢的能力,在释放氢气时吸收热量实现制冷。两种金属氢化物即低压贮氢化合物A与高压贮氢化合物B密封在管道容器内,如图3所示,当B受汽车尾气余热加热时,释放出氢气被金属氢化物A吸收,A由于吸氢放出的热量由散热器带走。B释放完氢气后,联动阀门M和N自动关闭,同时开启阀门D,则尾气余热供热系统关闭,吸热器吸热系统开启,由于B不再被加热,温度逐渐降回到环境温度,此时A的氢压高于B的氢压,B开始吸收氢气,A则释放氢气的同时吸收外界的热量,实现制冷降温。
2.3汽车尾气余热驱动的喷射式制冷系统
利用汽车尾气余热驱动的喷射式制冷系统的主要特点是以喷射器代替压缩机,以消耗热能作为补偿来实现制冷。如图4,由汽车尾气作为加热器的热源,来自加热器的高温高压工作蒸汽,通过喷管进行绝热膨胀,形成低压、高速气流,从而将蒸发器内的低压气体制冷剂吸入喷射器内与之混合,在扩压器内增压后进入冷凝器,被冷凝成液体。然后一部分凝结液作为制冷剂通过节流阀降压降温,在蒸发器中吸热气化变成低温低压蒸汽,另一部分则通过循环泵提高压力后送回加热器,用作工作蒸汽,完成整个喷射式制冷循环。
2、汽车余热温差发电
将发动机的尾气通过特定装置将余热转换成电能给蓄电池充电,可提供汽车行驶辅助动力,同时可提高汽车的燃料利用率,减少汽车尾气排放和空气污染,从而提升整车综合性能。
温差发电装置由两种不同类型的半导体构成回路,当半导体的一端处于高温状态,另一端置于低温状态时,两端便形成温差,从而产生直流电。将半导体材料制成的热电模块布置在汽车排气管上,位于三元催化装置之后和尾管消声器之前如图5示。当发动机工作时,排气管变热,利用尾气的高热量给发电片的一个端面加热,另一端面利用冷却液进行散热,使发电片两端面形成温度差,产生电能。将汽车尾气温差发电装置应用在混合动力电动汽车上,配合混合动力电动汽车已有的电力装置进行辅助充电,以延长混合动力电动汽车的续驶里程,增强其实用性。
3、汽车余热采暖
水暖式采暖装置以发动机冷却水为热源,结构简单,运行经济,已在轿车和货车中广泛应用。但由于冬季发动机冷却水温度低、散热量小、升温慢,该供暖装置无法满足大客车需要。
气暖式采暖装置以发动机排气作为热源,如图7示,利用换热器收集发动机尾气的热量给汽车车厢供暖并给前、侧挡风玻璃除霜。气暖式暖风装置由于漏气、增加发动机排气阻力、供暖能力有限等原因,现在已很少使用。
废气水暖式采暖装置,如图8示,利用发动机排气加热冷却水,被加热之后的冷却水流经加热器,放热并使其温度降低,然后流回发动机;冷空气被加热器鼓风机强制流经加热器,在加热器中被加热后由不同的出风口吹入车厢内,进行采暖和除霜。废气水暖式采暖装置不仅克服了气暖式空气温度高、干燥、舒适性差的缺点,而且结构比较简单,产热量高,不影响发动机的性能,是一种非常有发展前景的采暖装置。
4、汽车余热制氢
氢可再生、热值高、燃烧后生成物是水,是理想的代用燃料。余热制氢发动机以甲醇代替氢气随车携带,并利用发动机排气余热将甲醇裂解为氢,解决了难于将氢燃料直接在汽车上储存和安全性问题。如图9示,甲醇进入氢发生器,在废气余热和催化剂作用下裂解生成氢气并与雾化的汽油混合,作为混合燃料。氢气除代燃之外,还能帮助混合燃料中的汽油燃烧得更彻底,节省燃料并改善了发动机废气排放。
5、汽车余热储存
汽车余热的现采现用,容易出现热能供给与需求失配的矛盾,从而引出余热储存问题。相变蓄能是能量存储技术中最具有良好前景的一项技术,它利用相变蓄热材料如六水氯化钙、三水醋酸钠、有机醇等在凝固/熔化、凝结/气化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中,常伴有较大能量的吸收或释放的原理,进行能量的蓄存和释放。
相变蓄能利用汽车发动机冷却系统进行余热蓄能。以发动机冷却液作为热源,如图10时示,在发动机运转时将冷却液携带的间歇性热量储存在蓄热器中,停机后保温一定时间,供汽车再次启动时暖风、暖车、除霜等应用。车用相变余热蓄热过程是一个复杂多变的动态传热传质过程,受多种因素的作用和影响。目前,进行相变传热的分析研究也是蓄能领域的一个研究热点。
6、小结
各种余热利用技术均可将通过冷却液和排气浪费的热量加以回收再利用,但同时也都存在着不同程度的不足或困难。废气涡轮增压系统,目前存在的最大问题是很难实现与发动机的全工况匹配;余热制冷,无论是吸收式还是吸附式,存在COP值较小(对压缩式)、体积过大不适应汽车运行状况等致命缺陷;余热温差发电,尚未发现高效率的热电转换材料;在严寒地区利用废气余热供暖存在着明显的季节性,废气能量的利用不充分;余热制氢经济性较差;余热储存所用的相变蓄热材料以及蓄热过程效率有待于进一步提高。
综上所述,将废气能量转换为机械能进而转换为电能,对废气能量的利用率较高,且通过转换得来的电能可灵活方便地使用,更重要的是这种方法不需对原有汽车设备做较大改动,易于实现产业化,可作为废气能量利用的主要研究方向。此外合理解决氢燃料储存、运输问题,以氢气作为代用燃料必将会为人类的发展、社会的进步带来意想不到的收获!
摘要：汽车余热利用技术以其环保、节能等诸多优点在汽车上具有广阔的应用前景,是解决能源问题的一个有效途径。文章全面介绍了废气涡轮增压、汽车余热制冷、汽车余热温差发电、汽车余热采暖、汽车余热制氢、汽车余热储存等相关技术及其特点,有效指导并推进汽车余热利用从技术层面迈向产业化。
关键词：涡轮增压,温差发电,余热制氢
参考文献
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[7]刘敬平,付建勤,冯康.发动机废气涡轮增压系统的能量流研究[A].湖南大学学报,20-38(5):48-53.
石化企业低温余热利用设计 篇3
某石化企业新建300万吨/年重芳烃加氢综合利用项目, 制氢装置、延迟焦化和常减压装置建成后, 在生产过程中产生大量的低温余热, 约15.69MW。如果通过循环水冷却, 需要增加循环水量约2000t/h, 这样既浪费了热量, 又增加了循环水场的规模及循环水场的电能和水处理费用 (如加药系统、过滤系统等) 。因此, 本项目设计低温热回收站, 低温热主要用于厂区建筑物的冬季采暖、罐区加热、除盐水加热等, 可以节约蒸汽 (1.0Mpa;250℃) 14.46t/h;在夏季和过渡期, 主要用于热水型溴化锂制冷机组为厂区办公楼及及其他建筑物空调提供冷水系统, 可节约用电700Kwh。
二、低温余热回收利用原则
(1) 低温位热源≥158℃, 尽可能按发生≥0.4 MPa蒸汽设计;温位为80℃-158℃之间的热源可作为低温余热进行回收。
(2) 各装置低温热在尽量避免用循环水冷却的前提下, 首先考虑在本装置内使用, 多余的考虑送出装置统一回收。
(3) 各装置应采取措施 (如采用防腐材质;U型管型式;管与管板胀焊加工等) , 防止油品漏入热媒水系统。
(4) 热媒水供给各装置的温度按70℃设计, 压力按0.8Mpa设计, 装置内压降应小于0.3MPa。各装置供出的热媒水按95℃设计。热媒水系统补水为低压除氧水。
(5) 厂区、生活采暖采用热水;装置伴热、罐区加热等用途, 应优先使用热媒水, 热水温度95℃ (回水温度70℃) , 若热水温位不能满足要求时, 方可使用蒸汽。
(6) 使用热水伴热时, 要求在回水管线上安装恒温阀, 保证回水温度在70-75℃范围内, 防止大量热媒水走短路。
三、低温热负荷及用户热负荷
1. 低温热负荷
2. 用户及热负荷
四、低温余热利用方案设计
1.方案设计
根据上述负荷统计, 全厂低温热负荷共15.69MW, 制氢装置出来的低温热水温度稍高, 比较稳定, 主要供制冷站使用, 为保证制冷站的热水用量, 在全厂系统管网上设有旁通管, 制氢装置的低温热水不能满足制冷站的需求时, 旁通管阀门打开, 延迟焦化和常减压装置出来的低温热水补充过来。延迟焦化和常减压装置出来的低温热水主要供罐区加热、采暖用热, 剩余的低温热水用来加热除盐水, 作为除氧器预热。为使返回工艺装置取热的热媒水温度不高于70℃, 在热水循环泵后加循环水换热器冷却, 以保证返回装置的水温在各种工况下均维持在70℃。
2.工艺流程简介
从工艺装置来的95℃的热媒水, 一路去采暖系统和罐区加热;一路去制冷站;另一路经换热器加热除盐水。然后三路低温热水 (70℃~90℃) 汇集经过热水过滤器后进入热水循环罐定压补水, 再经热水循环泵升压至1.10Mpa后, 由循环水换热器冷却至70℃返回工艺装置。以此循环往复传递热量, 返回装置的水温在各种工况下均维持在70℃。
3. 低温余热回收站主要设备
设备投资主要是增加了脱盐水换热器、热水循环泵以及热水循环罐的费用。
五、效益分析
本项目在罐区加热、除盐水加热、冬季采暖方面, 可以有效节省蒸汽用量;制冷站采用热水型溴化锂制冷机组为夏季空调提供冷源, 可以节省用电。如果这些低温热不回收利用, 只能通过循环水冷却, 消耗大量的循环水。具体效益分析见下表:
注:蒸汽 (1.0Mpa;250℃) , 170元/吨计算;电费按0.75元/度计算;循环水按0.3元/吨计算;除氧水按0.5元/吨计算。采暖期按140天计算;全年空调期按5个月计算;其他按照每年8000小时计算。表中负号表示增加的消耗和费用。
低温余热回收站建设投资约600万元, 人工费、消耗等各种费用按250万元计算, 不到半年就可收回全部投资。
小结
低温余热回收是利用了低品位热能, 而节省了高品位燃料, 本项目不仅减少了冷却负荷及循环水的用量, 而且每年可节省1.35万吨标煤, 减少CO2排放, 降低温室效应, 同时还可减少烟尘、SOx、NOx的排放污染。低温热利用完全符合国家节能减排的政策要求, 减少环境污染, 同时提高了企业的经济效益。
参考文献
[1]《炼油厂设计热力工质消耗量计算方法》, 中国石化集团北京设计院主编 (SH/T3117-2000) .
[2]《锅炉房实用设计手册》 (第2版) , 锅炉房实用设计手册编写组编。机械工业出版社, 2001.1.
[3]《综合能耗计算通则》, 中国标准出版社出版 (GB/T2589-2008) .
水泥窑余热利用技术综述 篇4
水泥窑余热资源主要来源于生料预分解 (预分解炉) 、熟料烧成 (回转窑) 、熟料冷却 (熟料冷却机或篦冷机) 三个生产阶段 (如图1) , 主要包括:①窑尾预热器排出的废气;②窑头篦冷机排出的废气;③窑筒体表面散热;④用于烘干原料磨、煤磨的热量。
2 水泥窑余热利用技术
2.1 水泥窑低温余热发电
目前, 国内水泥产业已发展成熟的水泥窑低温余热发电技术, 该技术采用的热力系统有三种:①单压系统:AQC锅炉与SP锅炉产生相近参数的过热蒸汽;②双压补汽系统:AQC锅炉产生高压过热蒸汽和低压蒸汽, SP锅炉产生高压过热蒸汽, 该系统能够有效降低AQC锅炉的排烟温度, 必要时双压系统可拆分成单压系统;③复合闪蒸系统:在热力系统中增设了闪蒸器, 闪蒸器用于产生低压饱和蒸汽和饱和水, 饱和蒸汽进入汽轮机低压缸, 饱和水进入除氧器作为热力除氧的热源, 闪蒸系统在AQC锅炉和闪蒸器之间形成单独的水循环, 可实现省煤器中工质流量的自动调节, 以避免“汽塞”事故。
针对水泥窑废气余热量及其温度分布, 提高水泥窑纯低温余热发电能力的具体措施主要在于:同时提高汽轮机进汽压力和温度, 合理设置水泥窑废气取热方式。
2.2 窑头篦冷机取风技术、循环鼓风技术
窑头篦冷机废气余热高温部分以二、三次风形式分别供给回转窑和分解炉, 中低温部分主要用于发电。某水泥厂在篦冷机上设置了三个抽废气口, 分别送往不同参数的余热锅炉, 实现了篦冷机废热的梯级利用。此外, 从废气口抽出的废气也可连接至煤磨或原料磨。
抽废气口一般设置在篦冷机顶板或侧壁内腔端口处, 为了保持抽废气温度的相对稳定, 防止低温段热风流向中温段, 在抽废气口前设置有废气挡板, 以提高抽气效果。
窑头余热锅炉排出的废气温度还有70-100℃, 采用篦冷机循环鼓风技术可回收这部分热量, 即将这部分废气引入篦冷机中部, 可提高篦冷机中部的抽废气温度, 进而提高余热锅炉入口烟温, 一般来说, 可供选择的取风点有三个:① 窑头余热锅炉出口;② 窑头收尘器出口;③ 窑头排风机出口。
2.3 窑筒体散热的利用
回转窑筒体外表面温度高达250-350℃, 直接向大气中排放的热量可高达水泥生产总热耗的7-12%, 有些水泥厂在回转窑高温带筒体外安装两个半圆形水夹套, 利用窑体散热产生蒸汽或热水。某公司在窑筒体上装设6 组换热罩[4], 窑尾6 号换热装置用于预热给水, 位于烧成带的1-3 号换热装置和位于过渡带的5 号换热装置用作蒸发器, 4 号换热装置用作过热器, 产生的低温低压蒸汽用于纯低温余热发电 (如图2) 。
此外, 还可以在窑筒体外设置全封闭隔热罩, 在隔热罩中通入空气, 以强制对流方式与窑筒体表面换热, 产生的热风可作为系统热源。
2.4 水泥窑旁路放风余热利用
从窑尾排出的废气夹带着碱、氯、硫化合物等挥发份进入预热器内, 这些碱、氯、硫化合物会低温熔融, 使得废气管道内发生物料粘结, 造成风道堵塞。国内外采取旁路放风技术来解决该问题[5], 即在窑尾和预热器之间增设旁路放风装置, 从而减少挥发组分的循环和富集。旁路放风方式主要有两种:间歇放风和连续放风。某水泥厂旁路放风采用10% 的连续放风方式, 将旁路放风的部分废气输往SP炉或AQC炉。
3 结论
本文针对我国水泥窑余热资源特点, 总结出水泥窑余热发电、废气循环利用等相关有效节能措施, 在水泥工程实践中, 把握水泥工业余热资源、合理布局水泥窑余热发电工艺、推动篦冷机配风和循环鼓风技术的发展, 将对水泥工业能效水平的提高做出更大的贡献。
摘要：本文分别介绍了水泥窑低温余热发电、窑头篦冷机取风、废气循环利用、窑筒体散热利用和水泥窑旁路放风余热利用等技术, 这些技术能有效促进发展低能耗、高效益的水泥工业。
关键词：回转窑,篦冷机,余热利用
参考文献
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蒸汽锅炉排污余热再利用 篇5
锅炉排污分为连续排污和定期排污两。连续排污就是不断排出锅炉水中含盐量浓度最高的部分, 减少锅炉水的酸、碱含量和悬浮物, 所以连续排污管设置在正常水位下80-100毫米;定期排污主要排出污泥泥质沉积物, 污水排放口设置锅筒下部。
锅炉的排污存在两个问题:一是, 经过排污膨胀器的排污水仍具备较大未利用热能;二是, 浪费大量自来水来冷却排污水。本文就4台蒸汽锅炉实例探讨连续排污热能回收的技术方案。
1 连续排污余热回收量的估算
现以4台蒸发量为10t/h的蒸汽锅炉为例进行计算, 其连续排污率为3%。锅炉产生的饱和蒸汽分别用于换热供暖热水和生活热水。其中制取供暖热水和生活热水产生的冷凝水被回收利用。
若将连续排污水的余热进行回收利用, 排污水经换热器后温度降至35℃, 管内污水总放热量为:
回收的热量折合成标准煤量可用下式计算:
式中B为节煤量, kg/h;η为热效率, 取90%;Q标为标准煤低位发热值, k J/kg。
2 技术改造方案
冷凝水温度的蒸汽加热产生的热水在75℃, 流量为10t/h, 如果连续排污水由软化水回收, 软化水的出口温度将高于规定的排放温度若冷凝水和软化存储在水箱中的水, 根据各自水量的关系, 污水出口温度仍然不能降至规定的排放温度。因此, 为了使连续污水温度低于规定的排放温度和合理利用排污水携带的余热, 需要设置两个水箱, 两个水箱的布置和工艺流程如图1所示。
3 结论
燃气轮机余热利用方式分析 篇6
在海上油气资源的开采过程中, 海上石油平台电力系统为整个海上石油开采系统提供能源和动力, 保证了石油开采和运输的日常运营, 是海上油气开采作业系统的重要组成部分, 其优越性主要表现在: (1) 海上浮式生产储油轮 (FPSO) 的电力系统与陆地上相比有其独特性, 主要表现在:海上平台电力系统的发电机调压动作时间短、速度快、励磁能力和过载能力较强;此外, 燃气轮机发电机还具有启动快、运行平稳、效率高等优点。 (2) 海上电力平台系统可以充分利用海上油气开采平台采集到的天然气作为燃气轮机的能源供给, 既降低了燃气运输的风险, 又节省了燃气运输费用。 (3) 燃气轮机具有功率大、体积小、效率高、运行灵活、启动快捷、排放气体污染小等特点。因此, 其在海洋采油生产设施上应用的优势不言而喻。
2 燃气轮机余热利用必要性
目前, 燃气轮机的单循环热效率为20%-42%, 而小型、微型燃气轮机的热效率低于20%, 既浪费了大量燃气热能, 又造成了氮氧化物等的超标排放, 对燃气轮机未来的应用与发展是极为不利的。为了推动燃气轮机的进一步发展, 提高燃气轮机排气余热的利用率, 降低能源消耗。加大科技投入积极开发绿色产品, 实现燃气轮机余热的高效回收利用, 是我国当前燃气轮机发展的必由之路。
3 燃气轮机余热利用的方式
燃气轮机排气余热回收方式一般分为2种:联合循环式和回热式。
3.1 联合循环式
余热锅炉是一种典型的热交换器, 主要用于燃气轮机排气余热的回收和利用, 可有效提高热效率10%以上, 在此过程中产生的蒸汽或热水可用于取暖、制冷、发电等;将蒸汽回注可以有效提高热效率, 将热效率提高4%以上。
余热锅炉装置主要由省煤器、余热锅炉、过热器三部分构成, 一方面其外壁不承受压力, 但另一方面其换热管和外壁都要承担热负荷。一般地, 单纯使用余热锅炉并不能达到余热回收的理想效果, 而要使用单压式余热锅炉装置 (简称单压锅炉) 进行余热回收 (如下图所示) , 按照安装形式划分, 可分为卧式和立式;按照循环方式划分, 可分为自然循环和强迫循环。为了降低其辅助设备的能耗和制造成本, 余热锅炉装置一般采用卧式自然循环。
燃气轮机在工作时, 其排烟温度可高达400-600℃。为提升燃烧空气温度, 降低排气温度达到回收废热目的。厂商经过设计、开发、检验推出了一整套燃气轮机发电机组废热回收装置, 即在燃气轮机发电机组排烟管道原有的基础上加装一套热交换器, 即废气锅炉和一套燃油燃气锅炉组合而成的一套热介质锅炉。这套装置通过对废弃锅炉和燃油燃气锅炉的串联进行介质加热, 将排烟出口的温度降低200-300℃, 实现了废热回收和利用, 降低能源消耗, 实现燃气机余热的二次利用, 减少了大气污染。
3.2 回热式
小型燃气轮机压比小, 排气温度高, 热效率低。而回热循环具有体积小, 运行方便等特点。
3.2.1 板式回热器
板式回热器是在板式热交换器的基础上进行改进发展的, 用于气-气的板式热交换器, 其换热系数可达350W/ (m2/) , 而管式热交换器的换热系数只能达到30W/ (m2/) 。板肋式热交换器具有单位体积传热面积大、传热效率高、流体阻力小、热容量小、结构紧凑及同时允许几种介质进行热交换等优点, 它的传热面积能达到 (1500-2500) m2, 最高可以达到5000m2, 而管式热交换器仅能达到150m2左右, 其采用真空铅焊, 特别适用于小型燃气轮机。
近年来, 波形板式回热器经过一系列的改进, 新型波形板式回热器与原来相比有了很大的不同, 它由两块薄的金属板一次卷压为异型, 用激光焊接手法密封两端, 上下波形板的波形相交呈X形, 冷热流体在波形板两侧的流动时, 通过波形板实现热交换;改良后的波形板式回热器与传统的相比具有很大优势, 主要表现在:体积小、成本低、制造工艺简单、传热面积大等。因此, 波形板式回热器的气体流通度较好, 压力损失率低;以波形接触点作为结构支撑点, 强度较好;同时, 将回热器制成环形, 并安装在燃气轮机的外壳上, 可以构成一道坚实的转子破裂屏障, 具有很高的安全性, 噪声小, 安装拆卸方便。
3.2.2 热管式热交换器
热管式热交换器作为一种新型的高效热交换器, 其应用情况可追溯到上世纪六十年代, 它具有超强的导热能力, 是优良金属的1000-10000倍, 实现了低温条件下的有效传热, 其应用已最初宇航的热控制, 扩展到近期的电子工业、余热回收、新能源、石油化工等方面, 收效明显。专门用于燃气轮机余热回收的热管换热器主要有三部分:壳体、热管、隔板。热管式热交换器在工作时, 利用其高温烟气使工作液液化, 从而使冷流体的温度在热管的流动过程中得到提高, 冷热流体一般是逆向流动的, 具有较高的热传导效率。
4 余热利用实际数据分析
某平台500k W燃气轮机机组正常运转时, 发电功率约为400k W、排烟温度为520℃左右。采用回热器提升燃气轮机机组功率, 烟气余热回收装置排出的烟气温度为160℃, 经测量其每小时产生的烟气量一般约为2250m3/h左右。
平均烟气比重按1.25kg/m3计算,
则每小时排出烟气总重:2250×1.25=2812.5kg
排烟的比热容按烟道气体计算
(烟道气体的成分CO 13%H2O 11%N276%, 在100℃~600℃的平均定压比热容为0.27kcal/kg·℃)
每台发电机组可利用排烟余热为:27.34万kcal/h (317KW)
5 结论
余热锅炉燃气轮机机组的组合适用于回收和利用大中型燃气轮机的余热, 热效率高;回热器适用于压比低于10的中小型燃气轮机的回收与利用, 根据中小型燃气轮机未来的发展趋势, 回热器很可能成为小型燃气轮机的重要组件之一。就海洋石油发电系统而言:大型FPSO和中心平台适合采用余热锅炉进行余热回收;而中小平台由于受空间所限, 适合于采用回热器提升燃气轮机发电效率。实行余热锅炉和回热器的优化重组, 进一步提高燃气轮机余热的能源阶级利用, 提高整个系统的能源利用效率, 实现节能减排, 是海上浮式生产储油轮燃气轮机发展的必然选择。
摘要：作为海上石油开发的关键性设备, 海上浮式生产储油轮 (FPS0) 在海上石油、天然气等的开采、加工及运输上发挥着重要作用。但受其工作环境和自身电力系统等的限制, 燃气轮机大多没有相应的余热回收设备。为降低能耗, 保护环境, 海上燃气轮机的余热回收利用越来越引起人们的广泛关注。本文重点探讨余热利用的方法方式。
关键词：燃气轮机,余热利用,海上石油平台,回热器
参考文献
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余热利用电厂钢管道支架设计 篇7
1 钢结构管道支架设计一般原则
管道支架(以下简称管架或支架)设计应满足施工及正常使用状态下各种作用,偶然事故情况下结构维持必要的稳定。以可靠指标度量结构构件的可靠度,用含分项系数设计表达式进行计算。
1)管道支架设计使用年限为50年。安全等级取一级,结构重要性系数γ0取1.1。
2)所有结构构件均应进行承载力计算;有抗震设防要求的结构,尚应按规定进行结构构件抗震承载力验算。
3)管道支架横梁在垂直荷载及水平推力作用下,按照双向受弯构件计算。固定管道支架横梁的最大挠度不宜大于梁跨度的L/500。竖向荷载(标准值)作用下的挠度容许值不大于L/400。
4)当管道上敷设的振动管道质量占全部管道质量的30%以上时,该管道应按振动管道考虑,固定管道支架、刚性活动管道支架总振动管道水平力乘以1.3动力系数。
5)牵制影响:管架上管道多于2根时,管托采用滑动或滚动托座时,管道摩擦力及管架位移的计算皆应考虑牵制影响。
6)地震基本烈度为8度及8度以上地区的活动管道支架应采用刚性活动管道支架。
2 独立钢管道支架的设计计算
1)独立式管架包括固定管架、刚性管架、柔性管架、半铰管架、双向活动管架(摇摆管架)。相对于固定管架,其他均属于活动管架。
a.刚性管架:柱刚度较大,管道变形时管道支架顶不能适应管道变形要求,出现相对位移,两者为非整体工作;纵向为管道可移动支点,横向为管道的不移动支点;管架承受的水平推力为管道滑动摩擦力。管架平面内梁与柱刚结(平面内设置支撑除外);柱与基础刚结;平面外柱按照上端自由、下端固定的受弯构件计算;水平推力作用下平面外扭矩计算,两端按照固定计算;平面外弯矩计算,两端按照简支计算。适应于管道重量小、管道变形大和高度较低的管线。电厂的蒸汽管道、高度较低的小型水管。
b.柔性管架:柱刚度较小,管道变形时管道支架顶能适应管道变形要求而出现相应变形,不出现相对位移,两者为整体工作;纵向为管道可移动支点,横向为管道的不移动支点;管架承受的水平推力为管道位移反弹力。管架平面内梁与柱刚结(平面内设置支撑除外);柱与基础刚结;平面外管架柱按主动管层和非主动管层共同作用下的管道支架位移进行内力分析;水平推力作用下平面外扭矩计算,两端按照固定计算;平面外弯矩计算,两端按照简支计算。适应于管道重量较大、管道变形较小和高度较高的管线;烟风支架、独立电缆支架、独立水管以及直径较小的多介质管道(滑动支架)。
c.半铰管架:半铰接管架的柱脚沿纵向采用半铰接构造,管道支架的位移以立柱的倾斜适应管线的变形要求,不出现相对位移,管架倾斜度不大于2%;纵向为管道可移动支点,横向为管道的不移动支点;管架承受的水平位移反弹力忽略不计。管架平面内梁与柱刚结(平面内设置支撑除外),柱与基础纵向为半铰接,横向为固结;平面外支架柱主动管层按中心受压计算内力、非主动管层按简支梁计算内力。适应于管道重量较大、主动管道变形值不大于2%高度的管线,如高炉煤气、焦炉煤气管道。
2)柱及支撑计算长度。
管道支架柱横向(平面内)计算长度:当采用单柱时按悬臂柱确定柱计算长度;管道支架柱纵向(平面外)计算长度:
a.沿管道纵向为单柱时柱的计算长度按下式计算:H0=μH。其中,H为柱高度,固定管道支架、刚性管道支架取支柱顶面至基础顶面距离,其他类型管道支架取主动管管托底至基础顶面距离;当主动管位于下层梁时,上层柱计算长度为H0=2H上(H上为主动管管托底至支柱顶面的距离);μ值见表1。
b.沿管道纵向为框架时柱的计算长度:按现行GB 50017-2003钢结构设计规范的第5.3.3条确定。
c.柱间支撑:单斜杆按压杆计算;交叉杆可按拉杆计算;按照钢结构规范计算。
3)支架摩擦力计算。
水平力按照工艺专业提资要求,若无提资,刚性及柔性管架摩擦力按照支架所属管道重量乘以摩擦系数:钢对钢滑动时取0.3,钢对钢滚动时一般取0.1,蒸汽管托座和管道若采用四氟乙烯板,可取0.1。
3 常规钢管架设计思路
高炉煤气管、焦炉煤气管道支架可以按照固定支架+半铰支架+摇摆支架的概念进行设计。支架立柱宜采用H型钢,主轴和管道走向一致。平面内设十字交叉支撑。
蒸汽管、高温压缩煤气管支架则可以按照固定支架+刚性支架进行设计。立柱可采用工字钢、H型钢或钢管。采用型钢时,主轴和管道走向一致。烟风管道支架可以按照固定支架+柔性支架进行设计。实际中比较难以处理的是电缆支架、多介质管道支架的综合管架设计。
3.1 单柱独立支架
单柱独立支架上敷设单排电缆桥架、单根管道或多根小管道(DN100以下)。特点是管道直径小,重量轻,水平力小。立柱高度一般不超过6 m,管架跨度不超过6 m。抗震设防烈度7度及以下不考虑风荷载和地震作用影响。可按照钢管式柔性管架设计,平面内外稳定性一致,而且防腐性能较好。当管道沿线无固定支架或拉结措施,立柱计算长度建议取1.25,长细比不宜超过150;当管道沿线设固定支架或有可靠拉结,立柱计算长度建议取1.25,长细比不宜超过170(抗震区除外)。同时单立柱宜考虑外观协调。单立柱间距不宜大于9 m,管道或电缆跨距不大于3 m,单立柱之间需设置管道支撑点,可加设纵向横梁。横梁可采用型钢或蜂窝梁。跨度大于6 m,横梁和立柱连接应有可靠的抗扭措施,防止平面外失稳。
3.2 横梁式支架
单片支架为门型支架。工艺管道分多层敷设,管道数量多,直径小,重量和水平力小。立柱高度一般不超过8 m,管架跨度不超过12 m。当管道沿线无固定支架或纵向支撑,管道中无蒸汽管等主动管,按照柔性管架设计,立柱平面外计算长度建议取1.5,长细比不宜超过180。管道中有蒸汽管,按照刚性管架设计,立柱平面外计算长度建议取1.5,长细比不宜超过150。长细比越大,柱脚刚度应加大,长细比超过150柱脚平面外应设计为固结。当管道沿线设固定支架或设纵向支撑,立柱平面外计算长度建议取1.0,长细比不宜超过150(抗震区除外)。纵向连接梁刚度较大时可适当放宽,不宜超过180,且柱顶平面外位移不应超过限值(H/400)。管道或电缆跨距不大于3 m,门型支架之间需设联系杆件作为管道支撑点。根据支架间距联系杆件设置方式不同,可分为以下几种情况:
1)支架间距小于6 m,可采用两根联系梁。联系梁间距较大且管道较多时,联系梁之间设水平斜撑。联系梁可采用工字钢或H型钢。2)支架间距在大于6 m小于9 m,联系梁可采用H型钢或蜂窝梁。其他要求同上。3)支架间距在大于9 m小于12 m,可设计为联系梁或桁架。联系梁可采用蜂窝梁或组合梁。组合梁可设计为工字钢(H型钢)+角钢(钢管)桁架支撑。两片桁架下弦无结构联系杆件。4)支架间距大于12 m宜设计为桁架式。
3.3 桁架式支架
单片支架为门型支架,支架间采用桁架。适用于工艺管道多,立柱高度高(大于6 m),管架跨度大于10 m。桁架一端宜设固定支架。管架按照半铰管架设计,立柱可采用H型钢或钢管,平面外立柱计算长度取1.0。桁架上下弦兼作管道的支撑梁。桁架弦杆宜采用工字钢或H型钢,弦杆采用角钢或钢管。
4 结语
高炉煤气管、焦炉煤气管道支架可以按照固定支架+半铰支架+摇摆支架模式进行设计。蒸汽管支架则可以按照固定支架+刚性支架进行设计。蒸汽管、氮气管、水管、电缆支架等综合管网则可设计为桁架式,单片支架结构形式根据纵向支撑体系确定。
摘要：介绍了钢铁企业余热利用电厂管道支架设计的一般原则,针对不同的管道支架类型提出相应的计算模型和解决方案,并对综合管网的常规设计进行了优化,最后提出合理建议,以指导实践。
关键词：余热发电,管道支架,设计
参考文献
[1]GB50017-2003,钢结构设计规范[S].
[2]GB50709-2011,钢铁企业管道支架设计规范讨论稿[S].
[3]《钢结构设计手册》编写组.钢结构设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.